城市污水处理厂运行成本研究

河北工业大学

硕士学位论文

城市污水处理厂运行成本研究

姓名：刘家勇

申请学位级别：硕士

专业：工业工程

指导教师：陈立文；原培胜

2010-12

河北工业大学工程硕士学位论文

城市污水处理厂运行成本研究

摘 要

近年来，随着我国城镇化的加快，污水处理厂建设也是快速发展，我国已投产的城市污水处理厂已有上千座。然而虽然建立起来了，但大部分城市污水处理厂不同程度的存在运行费用不足，很多是不能满负荷运行或处于停运状态。主要是城市污水处理厂的运行成本费用是庞大的、长期的。如果通过有效地控制，能够将城市污水处理厂的运行费用节省1%，对全国的污水处理厂来说也是个巨大的数字。

我国城市污水处理事业的发展从九十年开始，从大城市逐渐向中小城市推进，污水处理与其他行业相比，由于发展较晚，设计和管理存在一些不足，相当多的污水处理厂建成后难以维持正常运行，环境效益和社会效益得不到实现，导致我国城市污水处理厂的吨水耗电量是发达国家的数倍，而运行管理人员数显得臃肿。因此，有效提高我国城市污水处理厂的运行管理水平和技术人员的专业素质，是污水处理厂快速发展急需解决的前提条件。

城市污水处理厂的运行成本主要包括：水电费、人员工资、材料费、设备维护保养、管道维护、化验费、管理费、污泥处理费用及其他费用。为了方便，我们把污水处理厂的运行成本分为：动力费、人员费、药剂费、维修费和其他费用，其中动力费包括全厂水电费，人员费包括人员工资、管理费、车辆费，维修费包括日常的设备维修和保养费、设备大修费、仪表的检校费和管道的维护费，药剂费包括实验室各种化学试剂、消毒费、絮凝剂费。

本论文针对我国城市污水的特点和处理现状，对污水处理设施与运行管理进行了研究、提出一些了对策，以此降低污水处理厂运行成本。城市污水处理设施的建设和运行是我国当前节能减排控制的重点，建立一套科学的污水管理体制和方法，运用到城市污水处理厂的管理当中，可以大大推动我国污水处理事业的发展和改善人们的生活环境。

关键词：城市污水，运行成本，对策

i

城市污水处理厂运行成本研究

STUDY ON OPERATING COST OF URBAN SEWAGE

TREATMENT PLANT

ABSTRACT

In recent years, with the acceleration of China's urbanization, the rapid development of construction of sewage treatment plant, urban sewage treatment plant which China has put into achieve over a thousand. However, the operating cost of most of the urban sewage treatment plant is insufficient to different degree, many can not operate at full capacity, or in the shutdown state. Because the operating cost of the urban sewage treatment plant is huge and long-term. If through the effective control, We can save 1% operating cost of the urban sewage treatment plant, that will be a huge number to the national sewage treatment plant.

China's urban sewage treatment started at nineties, then advanced from big cities to medium and small cities. Compared with other industries, the design and the management have some insufficiencies because of late development, a considerable number of sewage treatment plant completed is difficult to maintain normal operation, environmental and social benefits are not achieved, then lead to power consumption of urban sewage treatment plant in china is several times more than developed countries, the number of operation and management personnel appears extremely bloated. Therefore, to effectively improve operation and management level and professional quality of technical staff of China's urban sewage treatment plant, it is prerequisites of rapid development of the sewage treatment plant needed to be resolved.

Operating costs of urban sewage treatment plant include: Water and electricity charges, staff salaries, material cost, equipment repairs and maintenance, pipeline maintenance, laboratory fees, management fees, sludge treatment and other expenses. For convenience, operating costs of sewage treatment plant are divided into: power

ii

河北工业大学工程硕士学位论文

costs, staff costs, pharmacy costs, maintenance costs and other expenses, power costs include entire water and electricity charges, staff costs include staff salaries, management fees, vehicle fees, maintenance costs include routine repairs and maintenance costs, equipment overhaul costs, instrument calibration costs, pipeline maintenance costs, pharmacy costs include various chemical reagents costs, sterilization costs, flocculant costs.

This thesis focuses on the characteristics and treatment status of China's urban sewage, studies sewage treatment facilities and operation and management, proposes some countermeasures, to reduce the operating costs of sewage treatment plant. Construction and operation of urban sewage treatment facilities are the focus of energy saving control in china. A scientific sewage management system and method Established are applied to the management of urban sewage treatment plant, which can greatly promote the development of wastewater treatment and improve people's living environment.

KEY WORDS：Urban sewage , Operating costs, countermeasures

iii

河北工业大学工程硕士学位论文

第一章绪论

§1.1 研究背景

我国是一个水资源贫乏的国家，人均占有的水资源量仅为世界人均占有量的四分之一，而且分布极不均匀，致使许多城市和地区严重缺水，尤其是北方地区和沿海城市。在全国现有的城市中，有近一半的城市不同程度缺水，其中一百多座城市十分严重。水资源的减少和污染严重威胁了我国社会经济和居住环境的可持续发展，每年因缺水造成的直接和间接经济损失高达上千亿元。面对如此严峻的水资源形势，有效的降低污水处理的运行成本，是有效发展城市污水处理事业的基础，是缓解城市日益严重缺水的极其重要的途径。

城市污水处理的迅速发展是我国水业发展的源泉与动力，同时也带来了严峻的挑战和机遇，目前发展所面临最大的问题是怎样保证这部分污水处理厂的正常运营，随着人们对环保事业的逐步重视，全国已经大量建成污水处理厂，但大多数都污水处理厂存在严重的运营困难。据估计及行业了解，我国目前污水处理厂约有“1/3基本上闲置，1/3存在开开停停，只有1/3运营正常”，随着我国对节能减排的重视，各地污水处理厂的正常运行有所改观。结合我国城市在自身环境发展的压力、社会的压力和财不能实现正常运营的关键是缺乏有效的财政支撑，并且这一问题将随着城市污水处理厂的大量建设而进一步恶化。

污水处理厂的能耗是运行成本组成的重要部分，根据《全国城市污水处理及再生利用设施建设规划》到2010年底，年污水处理量达到297亿m3。据此推算到2010年全国城市污水处理厂将消耗电能100亿kW.h。［1］

污水处理厂运行费用高，能量消耗大和管理人员多，已经给相关的政府部门、管理部门带来了沉重的经济包袱。怎样使污染处理设备在最佳状态下运行，怎样减少能量消耗，在达到污水处理排放标准的情况下，使建设费用和运行费用最低，一直是污水行业探讨的问题。

本文结合污水处理厂的运行情况，对城市污水处理厂的运行成本进行了分析，并提出了运行成本及其构成，为降低城市污水处理厂的运行成本，提出了一些管理办法和对策，对如何降低城市污水处理厂的运行成本进行了归纳与总结，以期为污水处理厂今后的运营管理提供参考。

1

城市污水处理厂运行成本研究

§1.2我国城市污水处理厂运行的概况

1.2.1我国城市污水处理厂的运营困境

随着城市化进程的步伐提速和工业化的快速发展，污水的排放量是与日俱增，环境已经是不堪重负。据有关统计资料，我国市政污水年排放量己经达到400多亿立方米，未经处理的污水大量排放，直接导致了水环境的恶化和水资源可利用性的降低，全国很多的河流的水已经是无法使用。根据中国环境保护部的要求，到2010年年底我国的污水平均处理率为：建制镇将不小于50%，设市城市将不小于60%，重点城市将不小于70%。

我国城市污水处理事业面临的实际问题是污水处理率低，许多城镇的污水管网不成系统，缺乏有效地污水收集系统，城市污水处理能力增长迟缓和污水处理率低给我国水环境造成严重污染，导致了水环境的加剧恶化，严重的制约了我国经济与社会的和谐发展。

我国近几年虽然经济总体水平增长速度很快，但我国总体经济水平相对于发达国家还有一定的差距，很多基础设施需要建设，用于污水处理的资金还很紧缺，其昂贵的污水处理运行费用也成为城市污水处理率低，水体污染严重的重要原因。

为了遏制我国水环境的进一步恶化，近几年来大量的污水处理厂得到新建，而且迅速从大城市发展到中小城市。据有关资料统计，截至2008年6月，已建成的城市污水处理厂多达1400余座。浙江、山东、江西、江苏、河南等省已经全部建成县市级污水处理厂。在国家拉动内需的四万亿投资中，有近千亿用干污水处理厂建设，不久的将来我国全部县城以及主要城市地区都将拥有污水处理厂，可以，我国城市污水处理市场将得到井喷似的发展。

由于一些城市管网设施建设滞后，污水处理规模不大，政府没有大量资金的投入，并且不同地域的经济发展状况不同，加上污水处理工艺的对地域性的要求比较高，这些问题都进一步加大了城市污水处理的难度。

我国城市污水处理厂的运营和管理难度大，与我国当前“重建设、轻运营”的思路有很大的关系，我国城市污水处理厂往往由政府建设，建成后还进行移交，建设单位与运行单位往往不是一家。我国城市污水处理厂建设资金的来源有很多，包括国家财政国债资金、政府财政资金、各种水环境治理工程专项资金、还有国际援助资金等，因此在污水项目建设过程中，建设单位和设计单位在规划、设计时很少考虑建成后的运营成本，而是一味追求形象工程和面子工程，大多污水处理厂的设计存在超大、超前、追求世界领先，追求使用进口配套设备等现象。最终的结果是污水处理厂的运营、维护成本非常高。三峡地区的18座污水处理厂，设计日处理能力高达47万吨，而实际每天仅处理15万吨。“吃不饱”直接造成了运营的高成本，折旧成本高达2.96元/吨，占运营成本的71%。［2］

我国城市污水处理厂的建设资金来源很多，但污水处理厂运营和管理的费用几乎全部由各地方财政承担。并且，我国有些地方的自备井数量很多，取水渠道也是很多，加上政府部

2

河北工业大学工程硕士学位论文

分的监管力度不强，污水处理厂的实际处理水量远远大于城市自来水公司统计的水量，造成收取的污水处理费偏低。在我国大中型城市里，目前污水处理费一般在0.8元/吨左右，有些地方采用BOT方式实行市场化的管理,污水处理费一般在1元/吨左右，基本上刚刚满足污水处理厂的日常运营成本。我国环保部的要求是市政污水的处理费收取为0.8元/吨，一些地区可以据此适当减少和增加，一般由自来水公司随水费一同收取，在收取的污水处理费上，大中城市接近70%左右，中小城市有的不足70%。这样造成污水处理厂开工建设的越多,地方政府的财政支出就越大,长期下来地方政府就失去对污水处理厂运营的积极性，采取有检查就开机，平时就减少处理量或停运。在一些经济欠发达地区或监管不完善的城市，关停污水处理厂成为地方政府减少财政支出的首选。

城市污水处理厂的运行往往具有运行费用高、工艺复杂、管理严格等特点。目前全国的污水处理厂中普遍存在运行费用居高的现象，许多污水处理厂是和监管部门玩起猫和老鼠的现象，来时开走后关，造成污水未经处理而直接排放，城市污水处理厂的社会效益和经济效益不能得到体现。

由于城市污水处理的成本高居不下，不少建成的城市污水处理厂存在经费不足，往往是不能正常运行或停运。因此在污水处理厂的运行中应加强科学的管理，有效降低污水处理厂的实际运营成本,使城市污水处理技术向低能耗、高效率的路线发展，这样才能使城市污水处理事业走上良性循环的发展道路。

1.2.2我国城市污水处理厂运行存在的问题

我国城市污水处理厂存在严重的运营与管理效率低下的问题，城市污水处理厂的设备较多，需要具备较强的专业技能，而很多城市污水处理厂缺乏此类专业人才，员工的文化程度普遍偏低，没有专业的环保技术人员。总的说来，城市污水处理厂大部分存在人员与机构臃肿、设备的管理维护不够、污水处理设施不能发挥应有的作用，花费了巨资而得不到环境的改善。

我国城市污水处理厂运营效率底的主要原因可以归结为以下四个方面：

1)投资力度不够，资金缺乏

城市污水处理系统是未来城市必须拥有的基础设施。也是防止城市周边水体污染、改善人居水环境质量的重要措施。随着我国城市发展的加快，改善我国城市污水处理事业，减少和降低水环境的污染，建设和运行资金是个很重要的问题。据有关资料统计：2010年全国要增加6722万吨的污水处理量，环保投入的资金高达1344亿元，如果每立方米的运行费用按0.6元计算，需要增加运行费用高达147.21亿元/年，这样庞大的资金支出对于财政来说是个不小的数目。随着我国经济水平的提高，人们对环境的按要求是逐步提高，虽然近些年国家对污水处理行业的投资有所加大，但与国外发达国家相比还存在不小的差距，远远不能满足污水处理量的增加。

据有关资料统计：美国、德国、日本、法国、英国等发达国家用于排水设施与污水处理

3

城市污水处理厂运行成本研究

方面的投资约占国民经济总产值的0.53%-0.88%。而我国在20世纪90年代用于排水设施与污水处理方面的投资仅占国民经济总产值的0.02%～0.03%。［3］

因此，我国必须通过宏观调控政策，加大对城市污水处理设施的投入，改善人们的居住水体环境，提高生活质量。

2)污水处理工艺与技术落后

城市污水处理技术是城市污水处理设施能否有效运转和最大负荷运转的前提，从我国污水处理事业的起步到现在，我国城市污水处理工艺与技术大多是沿用发达国家的，有很多的设计是直接照搬过来。从20世纪90年代开始，我国环保事业逐步得到重视，大中专院校和科研机构相继对水处理技术进行了研究和探索，在消化吸收国外技术的同时也拥有了一套自己的技术，城市污水处理技术有了快速的发展，但是污水处理事业的发展，不但需要好的工艺，还必须拥有好的环保设备，我国的环保设备也是沿用国外或者仿制，存在效率低、能耗高、自动化程度低和维护费用高等缺点，从而也影响了我国城市污水处理事业的发展和效率的提高。

3)管理水平低

我国城市污水处理工程起步较晚，缺乏成熟的设计与运营管理经验，普遍存在设计技术人员经验不足，设计的工艺难以满足当地水处理的需要，很多城市污水处理工程建成后难以达到设计的效果，环境效益和社会效益难以实现，这些情况严重影响了我国城市污水处理工程的发展进程。此外，我国目前污水处理厂的人员大多为临时或东拼西凑而来，这些员工的的技术水平及管理水平不高，这样就势必造成污水处理厂也不能正常运行。

4)运营效率低

长期以来，污水处理设施项目的投资、建设和运营一直是由政府包办，许多污水处理厂的建设都缺少可行性的论证，即使有论证往往也是纸上功夫，缺乏合理的理论依据，设计上往往是追求上档次、具备如何如何的先进性，致使污水处理项目建设成本和运营管理费用过高，并最终导致污水处理厂半开半停。还有就是我国污水处理厂的设计一般由国内几个大的设计院完成，往往很多污水处理厂的设计工艺都一样，其实在实际的使用中，有的污水处理厂处理效果很好，但有的地方就不一定能够达到设计的预期效果，原因是由于地域和每个地方的进水水质是不一样的。因此，要保证所建设的污水处理厂适合当地的需求，在污水处理项目建设前，必须进行认真、扎实的进行可行性论证，进行水质、水量及处理方案的调研，使项目有可行的依据，不盲目追求高标准，。

我国现有污水处理厂大多由政府投资兴建，有的地方甚至由当地环保局负责项目的施工和运行管理，这样就形成自己建设自己监管的现象。在人们的意识中，每年的处理费用是逐年增加的，因此污水处理厂每年是尽量争取最大的运营费，并且逐年递增，但污水处理厂每年的污水处理量是没有变化的，造成污水处理运行成本是逐年增高。不言而喻，城市污水厂的政府垄断式供给方式不仅造成运行成本居高不下，而且普遍的财政拮据又使得许多城市陷入了“建得起、养不起”的怪圈。［4］

4

河北工业大学工程硕士学位论文

§1.3 国内外对污水处理厂运行成本控制的研究

1.3.1国内对污水处理厂运行成本控制的研究现状

国内目前对污水处理成本控制的研究主要在如何规范运行管理、如何提高工人素质以及如何优化工艺使成本进一步降低。

例如邯郸的原培胜以日处理量3万吨的污水厂为例分析了运行的主要成本，结合实际工程及经验公式，确定动力费和维修费是运行成本的主要部分，并提出了几点降低运行成本的措施。[5]

常州市污水管理处的周斌老师就针对华东地区40座大中小型污水处理厂的运行成本进行了分析和对比，并且比较了各种不同工艺的运行成本，就当前如何建立一个运行与收费的良性循环机制等问题提出了相应的观点和建议。[6]

威海市污水处理厂的王丽也提出了几点降低运行成本的做法，如加强技能培训，提高员工素质；改良运行方式，降耗节能等等。提出了城市污水处理厂实行企业化管理势在必行，降低运行成本是当前各厂面临的实际问题，威海市污水处理厂通过改良运行方式、推广中水回用、加强财务监管、提高员工素质等途径，使单位运行成本降低55.68％[7]济南污水处理厂的段存福对济南污水处理厂的实际运行提出减半运行的新工艺运行模式，并进行了科学的论证，通过生产部门组织实施情况看，出水水质较好，出水水质在设计要求以内，运行质量明显提高，运行费用降低许多。[8]

西南交通大学的杨敏等人从能耗角度出发，分析造成运行成本高的主要原因以及相应采取的措施。[9]

安徽省合肥市污水处理管理处的蔡学平依据财务管理的基本理识，结合污水处理行业的特点。对城市污水处理厂的运行成本进行了分析，并提出了主要成本费用的日常管理办法和措施，为降低城市污水处理厂的运行成本，提高经济效益提供借鉴和参考。[10]上海东方建筑设计研究院有限公司的孙浩国提出工艺运行管理是污水处理厂日常管理的中心任务，污水处理厂工艺运行好坏，从一定角度上讲取决于运行设备的优良程度及工艺设计方案的完善程度，但关键的因素是要看管理方式及新方式、新技术的嫁接能力，尤其是对老的污水处理厂，在充分发挥机电设备和构筑物最大承受能力的同时一定要挖潜改造，探索新的运行方式。[11]

污水处理采用自动控制技术可根据来水的变化及时地调整控制参数，达到质量与成本的双优控制，因此，过程控制和信息管理的自动化也是节能增效的主攻方向。[12]

1.3.2国外对污水处理厂运行成本控制的研究现状

发达国家对于污水处理的研究已经有近百年的历史，早期的污水处理厂的结构和设备都

5

城市污水处理厂运行成本研究

比较简单，经过不断探索和发展，发达国家的技术和污水处理设备都取得很大的发展，开发了很多适用的新型环保设备，随着自动控技术和仪表技术的发展，特别是西门子和ABB等公司开发了适用于污水处理厂的的控制软件，为污水处理厂的运行提供了便利。国外在污水处理运行成本研究方面主要是通过先进的软件技术建立数据模型，为污水处理厂进行系统分析，找到最佳的处理方案。美国的George Lee和Jim Goodley均来自美国生化技术公司，他们在上海对曲阳、松江污水厂的处理工艺做了优化，利用国际水协活性污泥模型等工具，建立了符合污水厂实际运行状况的水质模型，提出了能确保达标的改造设计工艺和优化方案。通过工艺诊断优化成果的具体实施可为污水厂节省一次性基建费用10%-30%和运行费用15%-40%。[13]

Lefevre等研究开发了一种新型控制系统,通过ORP优化曝气系统、根据ORP随时间变化情况对曝气系统加以控制，节省电量。[14]

Paul等对连续流好氧/缺氧交替活性污泥法，应用OPR、DO和pH控制曝气进行了研究[15]。

Galluzzo等应用专家控制研究了生物脱氮除磷工艺的DO控制。以模糊监测控制器确定反应器的DO，而应用自适应鲁棒遗传模型控制器控制鼓风机的阀门开启度维持确定的DO浓度，仿真和试验结果表明应用该系统可以获得较好的效果，有效降低供气量，节约运行费用，提高出水水质。[16]

§1.4 研究目的和意义

城市污水处理事业属城市基础公共设施，近二十年才逐步发展起来，并逐步走向成熟，目前我国大部分污水处理厂是事业单位编制，靠财政拨款维持生产和各种费用支出，大多数污水处理厂不大重视运行成本管理。从我国改革发展趋势来说，一部分事业单位逐布向企业化转轨，随着市场经济的改革，污水处理行业必将逐步走上市场化企业化管理。

我国污水处理工程目前还属于基础公共设施，但其面临着运营成本高、管理复杂等诸多问题，在当前体制下，运行的高成本和收费体制不完善，污水处理厂运行投产后，污水处理的越多，环境效益就会越好，但污水处理厂的费用支出就越多，经济效益就越差。纵观国内现已建成运营的污水处理厂，处理能力低于设计能力20%以上的情况较普遍，有些污水厂甚至仅达设计能力的50%左右，这必将造成国家投资的巨大浪费和环境效益降低。［17］发挥污水处理厂运营成本管理的功能，有效降低污水处理直接运行成本，要做好污水处理运行成本管理的基础工作，建立起一系列的成本管理规章制度外，还必须做好运行成本的分析，重点抓好主要成本费用的日常管理。

其实，污水处理厂也是一个能够创造社会效益和经济效益的单位，把污水作为原材料，将其进行生化处理，去处污水中污染物，如COD、BOD、SS、氨氮和磷等，得到符合国家排放标准的洁净水，可以排入自然水体或作为进一步深化处理的原水，改善了当地居民的生态

6

河北工业大学工程硕士学位论文

环境，使周围的人民受益。

对于城市污水处理厂而言，无论采用何种工艺的运行方式，其主要成本为能源消耗、药剂消耗、大修改造费用、维修费用、人员费用等。如何根据具体情况建立起污水处理厂运行成本的有效控制方式，使各种消耗实现最小化、减量化、副产品资源化，是有利于水环境可持续发展的，是发展城市污水处理这个新兴产业面临的迫切问题。

§1.5 论文结构安排

本课题以污水处理厂实际运行情况，将运行过程中的工艺、管理制度、费用支出以及设备运行方面进行成本分析，并且针对存在的问题提出解决问题的方案和对策，以此降低污水处理厂运行成本。

第一章为绪论，介绍污水处理行业国内外运行成本控制研究现状与发展趋势，及论文的研究目的和意义。

第二章是运行成本现状分析，介绍了城市污水处理厂运行成本的因素和国内污水处理厂实际运行的主要工艺，以及污水处理厂运行的直接成本。

第三章讨论在污水处理运行管理中，降低城市污水处理厂运行成本的对策，从运行方式、材料采购、生产管理等方面讨论了成本控制的对策。

第四章是案例分析，以砀山污水处理厂为实例进行分析，对运行主要成本因素数据进行统计分析，结合在砀山污水处理厂的实际优化情况，建立了一套科学的污水管理体制和方法，运用到砀山污水处理厂的运行和管理当中。

第五章是结论，对全文进行总结，管理者必须根据实际运行情况，合理确定最佳的工艺和设备运行模式，实现节能降耗和提高运转效能的目的，降低污水处理厂运行成本。

7

城市污水处理厂运行成本研究

第二章城市污水处理厂运行成本现状分析§2.1 城市污水处理厂运行成本的组成

2.1.1城市污水处理厂成本的构成

城市污水处理厂的费用主要包括基建费用和实际运行费用。

基建费用如图2-1所示，运行费用如图2-2所示。

图2-1 基建费用构成图

Fig.2-1 system capital outlays

图2-2 运行费用构成图

Fig.2-2 System operating cost

8

河北工业大学工程硕士学位论文

2.1.2城市污水处理厂运行的直接成本组成

1）生产成本

生产成本主要包括：电费、水费、各种药剂和脱水机房絮凝剂、人工工资、污泥外运和物料消耗等。

2）制造成本

制造成本主要包括：基建、设备、自控仪表维护检修费；设备、仪表大修费；污泥处置费等。

3）管理成本

管理成本主要包括：办公费、培训费、保险等。［18］

2.1.3 城市污水处理厂经营管理费

经营管理费包括折旧费、大修理费、管理费及直接费。［19］

1）.固定资产折旧费(Al)

指可提折旧固定资产与建设期贷款利息之和乘以折旧提成率。

折旧提成率=［(1-净残值)/折旧所限］×100%

国家规定城市公用事业单位固定资产报废时的净残值为4%。

建设部、财政部规定了城市公用事业企业固定资产分类折旧年限，见表

表2-1 固定资产折旧年限表

Table 2-1 capital asserts

序号 分类 拆旧年限 序号 分类 拆旧年限

一 自来水 3 电器设备 18

1 厂区工艺管道 30 4 载货汽车 12

2 输送管道 管网基金 5 载人汽车 15

3 水泵 20 6 自动化控制设备 10

4 电动机 20 四 房屋

5 液氯钢瓶 复置金 1 生产用房 30～50

6 水表 复置金 2 非生产用房 40～60

7 挖泥船 20 五 公用企业专用建筑物

8 泵船 1 清水池 30

其中： 钢质船 25 2 水塔 30 木质船 15 3 沉淀池 30

水泥船 20 4 专用深井 20

二 各种专用仪器仪裂 10 5 露天库 20

9

城市污水处理厂运行成本研究

三 通用设备 6 电级沟道 20

1 起重设备 14 7 暖气沟道 20

2 动力设备 20 8 修车槽 30

折旧提成率也可以按综合折旧提成率，污水工程项目取 5.3%。由于我国污水处理厂一般由政府投资，然后托管给下属单位或其他运营单位，在实际运行的成本统计中，一般不考虑设备的折旧费。

2）.大修费(A2)

污水处理厂用于设备大修的专用款项。一般的取费为项目的1.7%～2.0%。

3）.维护费(A3)

指保证污水处理厂正运行所需的备品备件、消耗品和设备维护修理费。一般的取费为项目的1%。

4）.电费(A5)

指污水处理厂运行实际消耗的电费，其值为

运行时设备开机功率之和×开机时间×电价

5）.各种药剂费(A5)

各种药剂的使用量乘以药剂单位价格。

6）.工资福利费(A6)

是指污水处理厂的员工工资及相关福利待遇，一般是员工人数乘以平均工资，平均工资按污水处理厂当地收入的平均值核算。

7）.其他费用(A7)

如水费，按使用水量上的立方数×单位价格核算。

8）.管理费及其它(A8)

指污水处理厂生产和服务所支出的费用。取按以上7项之和乘以综合费率核算，综合费率一般取10%.

9）. 运行成本费(S)

即污水处理厂运行成本，指以上费用中A3+A4+A5+A6+A7+A8=S

污水处理的单位运行成本M=S /365Q(元/m3)

式中M-污水处理单位成本，元/m3

式中Q-污水平均日处理水量，m3/d

§2.2 城市污水处理厂处理工艺介绍

随着人们生活水平的提高，对环境的要求也越来越严格，近些年我国城市污水处理事业是快速发展，一些研究成果已经达到国际先进水平或处于领先水平。随着我国改革开放的深

10

河北工业大学工程硕士学位论文

入，城市污水处理技术的国际交流与合作也取得了进展，引进了和消化了国外一些新技术、新工艺、新设备。我国城市污水处理工艺也有原来简单的一级处理，发展到如今普遍采用的二级处理工艺及更加先进的深度处理，达到污水回用的目的。对于污水处理设备，也由原来的引进发到自行生产，我国完全已经形成了污水处理设备国产化，某些产品的性能指标已经达到国际先进水平，我国自行生产的污水设备大量进入了我国环保市场，如自动格栅机、表面曝气机、防堵塞潜水泵、浓缩脱水一体机等大型设备与装置。

以下是对我国城市污水处理厂主要几种工艺的说明介绍：

2.2.1 活性污泥法工艺

活性污泥法工艺是一种广泛应用的污水理技术,也是最早在国内实行的工艺，主要由预处理曝气池、二次沉淀池以及污泥回流系统组成。污水经过预处理沉淀池后与来自二次沉淀池中的活性污泥一起回流进入曝气池，通过曝气设备进行曝气，活性污泥中的微生物与污水充分接触混合。污水中粒径小的悬浮固体被活性污泥吸附，污水中的可降解有机物被活性污泥中的微生物代谢转化为生物细胞，并转化成为最终产物，主要是CO2等排放空气中。大分子有机物需先转化成溶解性的小分子有机物，才能被微生物代谢。污水达到可排放的标准。处理后的污水与活性污泥的混合液在二次沉淀池内进行分离沉淀，上层清液排放；分离浓缩后的活性污泥一部分回流曝气池，以维持曝气池内活性污泥的浓度，一部分为剩余污泥，进入脱水机房脱水后成为污泥外运。［20］

2.2.2 AB法工艺

AB法工艺是在传统的两段式活性污泥法和高负荷活性污泥法的原理上开发的一种新工艺，也称为吸附生物降解工艺。由A段鼓风曝气池、中间沉淀池、B段鼓风曝气池和二次沉淀池组成，两段活性污泥各自回流。AB法工艺虽不设初沉池，然而A段SS及BOD5的去除率是远远高于初沉池，因为进入AB工艺的A段污水是直接由排水管网来的，污水中含有大量且活性很强的细菌及微生物。AB法工艺是根据活性污泥微生物生长繁殖及其代谢的原理确定的，设计的原理是维持A段在高负荷下，使活性微生物对可降解有机物快速吸附，维持B段在低负荷下运行，利用微生物的作用，保证出水达到排放标准。［21］

2.2.3 A/A/O法工艺

A/A/O是厌氧一缺氧一好氧工艺，具有生物脱氮除磷的效果。

生物脱氮除磷的功效是将生物脱氮和生物除磷在一个流程中完成，污水先进入厌氧池，与同时进入的来自二沉池回流的含磷污泥混合，主要功能为释放磷，使污水中磷的浓度得到升高，可溶性有机物被微生物吸收，使污水中的BOD浓度降低，另外，氨氮因细胞的合成而被去除一部分，使污水中氨氮浓度显著下降。在缺氧池中，反硝化菌将污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中带入的氨氮还原为N2释放至空气中，此时，有机可降解的BOD5浓度

11

城市污水处理厂运行成本研究

下降，氨氮的浓度大幅度下降，磷的变化不大。

在好氧池中，可降解的有机物继续被微生物生化降解，有机氮继续被硝化，使氨氮浓度下降，随着硝化过程的继续，氨氮的浓度却增加，磷随着聚磷菌的作用而下降,A/A/O法工艺可以一并完成可降解有机物的去除、脱氮、除磷的等功能。［22］

2.2.4 SBR法工艺

SBR法工艺为序批式活性污泥法，又称为间歇式活性污泥法。该工艺要求自动化程度较高，工艺构筑物简单。随着控制技术的发展，对此工艺的研究也是日益广泛,越来越成熟。

SBR法的主要工艺设施是由鼓风曝气装置、上清液滗水器排出装置等组成。SBR对污水中有机物的去除原理为：在反应池内培养一定量的活性污泥，污水在反应池内与活性污泥混合接触，微生物通过污水中的有机物进行新陈代谢，将污水中有机污染物去除。

SBR法工艺一般由五个工序组成，在反应池内完成：分为污水进入、污水与活性污泥接触反应、污泥沉淀、清水排放排放、设备待机。

SBR法工艺按进水方式分为间歇式和连续式，工艺系统结构简单，一般不再需设有调节池、初沉池、二沉池和污泥回流系统，并且基建费和运行费较低，但对于自动化程度较高。

2.2.5氧化沟工艺

氧化沟也称“循环曝气池”，是活性污泥法的改良，由荷兰卫生工程研究所首先研究和开发的。

氧化沟工艺的曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥混合液在其中循环流动，曝气装置一般采用表面曝气机，可降解的有机物被混合液中的微生物分解。该工艺对水温、水质和水量的波动有较强的适应性，负荷低，污泥龄长。在处理方式上，氧化沟工艺介于完全混合与推流式之间，污水与活性污泥在氧化沟内流态是完全混合式的，并且具有推流式的特性，在曝气设备的下游，溶解氧浓度从逐步递减，甚至出现缺氧段。氧化沟这种独有的水流状态，十分有利于活性污泥的凝聚，其形成的不同溶解氧区域，如在富氧区、缺氧区，用以进行硝化和反硝化，使其具有脱氮的效应。

根据构造结构及运行方式，氧化沟有不同的类型，如卡鲁塞尔式、奥贝尔型、、三沟式和一体化氧化沟等。

§2.3 城市污水处理厂的规模划分

根据我国污水处理厂的实际情况，污水处理厂大体上可分为大型、中型和小型三种规模形式。

日处理量大于10万吨的是大型污水处理厂，一般建在省会或地级市，基建费用投资达12

河北工业大学工程硕士学位论文

亿元。

日处理量介于10万吨和1万吨的是中型污水处理厂，一般建于中、小城市和大城市的郊县，基建费用从几千万到上亿元，目前全国建成的已有千座，目前全国基本上每个县都有此规模的污水处理厂。

日处理量小于1万吨的是小型污水处理厂，一般建于小城市或乡镇，基建费用投资从几百万到上千万，随着经济的发展，目前此类规模的污水处理厂在今后将会是主要的发展趋势，将会越来越多。

近二十年来，自然水体富营养化的程度越来越严重，污水排放标准也在提高，对于去除氮、磷也列入了污水处理的范畴，于是出现了一些新的工艺。氧化沟工艺是活性污泥法的一种改良，在水力流动状态上不同于普通传统活性污泥法，氧化沟工艺是一种首尾相接的循环流，该工艺通常采用延时曝气，在污水在处理的同时污泥也得到稳定。氧化沟工艺不设初沉池，处理设施相对于其他工艺简单。氧化沟工艺不但具有传统活性污泥法的优点，而且去除有机物的效率很高，同时还具有脱氮的功能。如果在氧化沟前设置厌氧池，还可以除磷。氧化沟具有的这种高效、简单的特点，使它在县一级的城市污水处理厂中得到广泛应用。

在我国现有的城市污水处理厂中,大型污水处理厂一般采用传统的改良型的活性污泥法工艺,中小型污水处理厂一般采用AB法、氧化沟法、A/A/O工艺、SBR法,由于氧化沟法工艺简单和处理效果好,氧化沟法工艺所占比例较大。

§2.4 城市污水处理厂实际运行成本的概况

城市污水处理厂的实际运营费用主要由能耗费（耗电费）、员工工资、药剂费、设备维护费、污泥处置费和其它费用等几项组成。

在这几项费用中，电耗的费用占到城市污水处理处理厂的运行费用的60%左右，我国城市污水处理厂的能耗比起发到国家来说，电耗水平高出很多，具有较大的节能降耗空间。

当前，我国城市污水处理厂的建设大多属于市政、公用基础设施建设项目，一般由政府投资进行先期的建设，建成后移交水务公司或其下属机构，污水处理厂的实际运营单位一般只考虑日常的运行费用，因此在核算污水处理厂的实际运行成本时，一般只计算直接成本。直接成本主要有几下几个方面：

1.能耗费

能耗费主要包括电费。电费是污水处理厂能耗费的最大部分，是污水处理厂的主要成本之一，耗电主要是大功率提升水泵、曝气设备的电费，而向一些小功率的设备，所占比例不大，一般不超过污水处理厂电耗的5%，例如像格栅、刮泥机、砂水分离器、电动闸门等。

2.员工管理费

员工管理费包括污水处理厂职工的工资、各种津贴和日常管理费，这些费用的支出一般

13

城市污水处理厂运行成本研究

是固定的，每月基本没有变化。当遇到国家政策调整工资和福利时，员工费用才有变化。在污水处理厂的运行成本分析中，员工管理费是比较固定的，可以将员工资设定为固定值。

3.设备维修和保养费

设备维修和保养费包括污水处理厂日常的设备维修和保养费、仪表的定期校正费和每各几年的设备大修费，设备维修和保养费和校正费一般按照设备总投资金额的5%计算，设备大修费一般几年才有一次，每年按照设备总投资金额的2%计算。

4.药剂费

药剂费包括实验室各种化学试剂、脱水机房絮凝剂、出水消毒费。城市污水消毒的方法有：氯、二氧化氯、臭氧和紫外线等方式，这几种消毒方式在污水处理厂都已经得到应用。臭氧消毒方式的投资大、电耗高；氯化消毒剂是直接投药，一般用于自来水厂，在污水处理厂的应用比较少；紫外线消毒的方式投资大，而且运行成本高,但是它是一种最清洁的消毒方式；二氧化氯消毒是我国目前城市污水处理普遍采用的一种消毒方法，它运行费用低、性能稳定，工艺成熟。化学试剂和絮凝剂也是污水处理厂经常使用的，其用量及所花费的成本比较小，按照每吨废水0.005元进行计算，消毒一吨污水的药剂费为0.03元。［23］

5.其他

其他费用主要有水费、运输费。水费是指污水处理厂的日常用水和脱水机房的用水，运输费主要指污泥外运的费用。

城市污水处理厂要根据实际情况，具体分析各设备单元的电耗，了解各设备单元设备的电耗和效率，为节能和降低电耗采取措施，使各设备单元发挥最大的效能。城市污水处理厂可以根据已有的自动控制系统，对各设备单元的电流和工艺运行情况进行实时监控，制定各单元设备运行时间和和节能措施，对降低污水处理厂的运行成本具有重要的意义。

14

河北工业大学工程硕士学位论文

第三章降低城市污水处理厂运行成本的对策与实施

国家大量建设城市污水处理厂的目的是要保护环境造福于民，而管理和营运好污水处理厂，污水处理的正常运营是改善环境的前提，实行优化运行管理方案，有效节约能源地消耗，降低污水处理成本，是实现这一目标的有效措施。依靠技术进步和管理水平的提高是降低污水处理厂运营费用的必经之路，本节对污水处理厂能耗及其运行的其他成本进行了分析，提出污水处理厂节能和降低运行成本的一些主要对策。

§3.1 城市污水处理厂运行工艺参数的优化

根据《全国城市污水处理及再生利用设施建设规划》，到2010年底，全国年污水处理量达到297亿立方米。据此推算到2010年全国城市污水处理厂的电耗将达到100亿kW/h。污水处理厂巨大的运行成本已经给相关的管理部分带来了沉重的经济负担。如何使污水处理厂的设备在最佳状态下运行，减少设备的开启时间，根据进水水量、水质来调整工艺运行模式，对于大功率的高耗能设备如：提升泵、曝气装置要调整好运行状态与工作时间，必要时配备变频器装置。污水处理厂的实际处理处理水量要达到设计处理水量要求，提高设备的使用率和工作效率，降低能耗。有效降低污水处理厂的运行成本，可以通过运行工艺参数优化来实现。

通过查看以前的运行数据来确定以后的工艺时间控制，污水处理厂有很多相关的工艺参数数据及现场仪表监测的数据，可以利用统计原理选择有效的参数，观察特定参数的有效性和规律，从大量的数据和工艺运行情况信息进行系统分析，从而指导污水处理厂的运行。

污水处理厂的工艺调整前，一线运行人员要进行长期的运行记录分析，找出正确和有效的数据，分析工艺参数的变化。污水处理厂的实际运行中，环境变化的影响不大，季节型的水质变化大，工业进水较大的地方，水质波动性就较大，在数据分析时应给予充分考虑。污水处理厂工艺控制参数调整后，必须每天检查污水处理厂运行效果，如运行一段时期后效果，需重新进行参数设计，调整设备的工作时间。

总之，污水处理厂工艺管理人员要污水处理厂实际运行情况，总结出运行规律来指导工艺运行模式，使各种污水处理设备发挥最大的效能，满足污水处理厂工艺运行的需要。

15