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【摘 要】城市污水处理厂通常因散发气味和影响景观而易成为周边地块升值、商业开发的限制因素，地下式污水处理厂的集约化构造模式可改变这一困境，但存在技术、投资成本等方面的问题，导致污水厂布置方案的比选成为难题。本文以重庆市广阳岛污水处理厂为例，采用成本效益分析方法对两种布置形式进行方案比选，得出结论和建议，为同类工程方案选择作参考。
【关键词】地下式污水处理厂；广阳岛污水处理厂；成本效益分析；方案比选
1. 前言
（1）广阳岛位于重庆市南岸区，是重庆主城区内最近、面积最大的滨河岛屿。根据主城区广阳岛控制性详细规划，广阳岛功能定位为面向重庆主城及周边区域大型生态公园之一、高品质居住区，集生态居住、商务会议、休闲旅游、运动健身为一体生态开发展示区，拟在岛内修建污水处理厂一座，处理规模为5000m3/d，尾水排放标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准，臭气排放执行该标准的一级标准。
（2）污水厂初步设计方案按竖向布置形式分为地上式污水厂和地下式污水厂，由于两种形式的设计方案在技术、经济两方面存在巨大差异，拟用成本效益分析方法对污水厂布置形式进行比选，为主管部门决策和后续设计提供依据。
2. 分析方法
成本效益分析作为一种经济决策方法，将成本费用分析法运用于政府部门的计划决策之中，以寻求在投资决策上如何以最小的成本获得最大的收益，常用于评估需要量化社会效益的公共事业项目的价值[1]。本研究对广阳岛污水处理厂项目的成本和收益进行识别，并进行量化，效益最大的方案即为推荐方案。成本效益分析的主要步骤[2]：（1）提出广阳岛污水厂布置形式的所有可行方案。（2）计算方案成本及收益时间表。（3）评估与量化，选择广阳岛污水厂最优布置方案。
3. 方案分析
由于污水厂执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准，污水处理工艺的选择必须考虑脱氮除磷。此外，污水厂处于生态开发展示区，环境要求较高，还必须考虑 除臭和景观协调问题。同时，污水厂布置形式对污水处理工艺选择也具有重要影响。
3.1 二级处理。
本工程排放标准为一级A，对脱氮除磷有较高的要求。常见脱氮除磷功能的活性污泥法有A2/O、氧化沟、CAST和MBR。CAST具有工艺简单、脱氮除磷效果良好、基建投资较低的特点，拟作为地上式污水处理厂二级处理工艺；地下式污水处理厂具有场地紧张、一体化池体结构、检修艰难的特点，拟采用工艺流程简单、HRT较短的A2/O工艺，为延长污泥龄和去除SS，以增强脱氮除磷效果，同时减少占地面积，拟采用MBR池代替二沉池，串联在A2/O池之后。
3.2 深度处理。
（1）为保证出水TN、TP达到一级A标准，还需在二级处理后增加深度处理工艺。常用的深度处理工艺有曝气式生物滤池（BAF）、DE滤布滤池、MBR池等。对于地上式污水处理厂，由于CAST脱氮除磷效果有限，需采用BAF（脱氮）+DE滤布滤池（除磷）的深度处理工艺；对于地下式污水处理厂，由于采用了MBR作为二级处理工艺，无需增加脱氮除磷为目的的深度处理。
（2）为保证出水细菌学指标达到排放标准，还需进行消毒处理。对于地上式污水处理厂，可采用经济可靠的加氯消毒方式；对于地下式污水处理厂，可采用简易安全的紫外线消毒方式。
3.3 除臭及加盖。
（1）常用污水厂除臭方式有生物脱臭法、离子氧法、活性炭吸附法、臭氧氧化法、燃烧法等，本工程拟采用技术成熟、应用范围广、去除效果好的生物除臭工艺，将污水厂各构筑物单体间产生的臭气经密封收集后，经过预洗、生物滤床的生物降解，达到降低臭气浓度的效果。
（2）由于气体具有逸散性，所以对恶臭气体的加盖后密闭收集是做好气体治理的前提。
（3）对于地上式污水处理厂适合选用造型简洁美观的轻型骨架覆面结构加盖方式，推荐 “普通碳钢骨架（外侧）+氟碳纤膜”的骨架覆面结构加盖密闭方式，减轻自重且外观优美；对于地下式和半地下式污水处理厂，推荐钢筋混凝土加盖方式，增加自重以抗浮。
3.4 方案选择。
综合以上，初步设定四种方案：
方案一：传统地上式污水处理厂（不加盖）
方案二：地上式加盖污水处理厂（轻型骨架覆面加盖）
方案三：全地下式单层加盖（混凝土加盖）
方案四：全地下式双层加盖（混凝土加盖）
其中地上式污水处理工艺为“CAST+BAF+DE滤池+加氯消毒”，地下式污水处理工艺为“A2/O+MBR+紫外消毒”，两者均采用生物除臭工艺。
4. 成本分析
4.1 污水厂成本包括项目总投资和运行成本。按照重庆市物价局相关文件及可行性研究项目估算方法，计算总投资分析见表1，其中总投资资金筹措方式为：企业自筹30%，银行贷款70%。由表可知：
（1）四种布置方式项目投资均较大，单方水指标偏高，主要原因为设计规模较小，只有5000m3/d，且需要达到一级A排放标准。
（2）地下式双层加盖布置方案项目总投资最大，为6763.47万元，其次为地下式单层加盖（5002.47万元），再其次为地上式加盖（4562.64万元），最低为传统地上式布置方式（4206.66元），主要因为地下式污水厂土建设备性能要求和费用比传统地上式污水厂要高，且传统地上式污水厂没有设置除臭设施。
4.2 污水厂运行成本主要包括电费、药剂费、污泥外运费用、材料费及人工费，其中电费按照0.8元/度计算，地上式加盖污水厂通风次数为1～2次/h，地下式加盖污水厂通风次数为3～6次/h，则四种方案计算结果见表2。由表可知，地下式污水处理厂运行成本高于地上污水厂。主要原因如下：地下式污水厂除臭要求较高，通风次数为地上式加盖污水厂的3～6倍，电费支出较大（通风耗电占总用电量的46%左右）；地下式污水厂需要支出1.0元/m3的膜更换费用，导致总运行成本增加，吨水处理成本较高（2.64元/m3）。 5. 效益分析
按照效益的评价范围，项目效益分为内部效益和外部效益（externalities）。内部效益为排污费和政府补贴，前者一般以与自来水费捆绑收费的方式向居民收取，后者是政府为保证污水厂正常运营给污水厂的补贴，由于本次效益分析服务对象为政府部门，因此补贴不计入收益；城市污水厂外部效益主要为水环境、大气环境和景观的改善，以及房价、地价的提高等[3]，这些效益并不能由污水厂获得，但应该作为公共项目决策的重要考虑因素。本次项目评价将综合考虑两方面内容。
5.1 内部效益。
根据重庆市物价局相关文件，重庆市自来水中居民生活用水排污费为1.0元/m3，商业用水代收排污费为1.3元/m3，本污水厂服务范围内生活用水、商业用水量之比为4：6，则污水厂实际所得排污费为1.18元/m3。
5.2 外部效益。
（1）污水厂外部效益中，水环境、大气环境和景观的改善表现在广阳岛建成后旅游产业和配套服务业的发展促进作用，经济价值逐年收回，可量化性差；房价、地价的提高最终转化为房产增值，经济价值可与污水厂建设同期收回，相对容易量化。以深圳吉布污水处理厂为例[4]，污水厂建成前，环境“脏乱差”导致房价一直偏低，地下式污水厂建成后极大改善当地水环境，污水厂的上部空间也被建设为休闲公园，周边房产显著升值。由于目前未见污水厂对房价影响的研究资料，本次研究采用函数方法进行效益分析。
（2）假设污水厂的建设对居民的居住意愿的影响半径为R，相对于污水直排，房价的升值率为x，则房产增值的外部效益W=x*P*FAR（πR2-A'）（1），其中P为生活污水直排时预期房价，FAR 为容积率，A'为影响区域内非建设用地面积，包括污水厂、绿地防护地带、水域等其他规划非建设用地面积。当生活污水直排时，其对环境造成的负面影响与广阳岛住宅江景优势抵消，预期房价P以重庆市照母山片区住宅均价1.2万/m2计算，已知广阳岛规划容积率FAR为1.2，影响半径R取0.5Km，影响区域内非建设用地面积A'为52.4ha（见图9.5），带入式（1）得房产增值效益W= 37.584 x（亿元），即影响区域内房价每上升1%，外部效益增加3758.4万元。以广阳岛影响区域外的预测房价1.45万/m2为方案四房价，则方案四房价升值率为20%，以等差形式预测其他方案的升值率，并进行外部效益计算，结果见表3。 对比表1和表3可知，污水处理厂外部效益远大于其工程投资。
6. 方案比选
由于污水厂运行的影响是长期的，在对方案的效益进行比选时，应考虑项目周期内的全部现金流量，本文采用净现值法进行评价。计算周期为21年（含1年建设期），建成后以满负荷计算，基准收益率为4%，计算结果见表4。由表可知，地下式双层加盖污水厂项目净现值最大，为推荐方案。
7. 结论及建议
结合广阳岛的规划及功能定位，成本效益分析结果表明：地下式双层加盖污水厂对于广阳岛是较合适的选择。地下式双层加盖污水厂项目总投资为6763.47万元，吨水处理经营成本为2.64元/m3（不含折旧），基准收益率为4%时，净现值为56301万元。
地下式双层加盖污水厂收益最高，但工程投资和运行费用均高于普通生活污水处理厂，这是由地下式污水厂的布置形式和工艺方案决定的，也是广阳岛规划及功能定位的需求。可以考虑污水转输后进行异地处置，以降低投资和运行费用，但其可行性尚待论证。
参考文献
[1] 郭春莉，城市污水处理工程综合效益评估的理论与模型研究[D]。湖南科技大学， 2009年.
[2] 薛玮， 贺恒信. 我国城市污水处理市场化问题探讨. 中国行政管理学会2005年年会暨“政府行政能力建设与构建和谐社会”研讨会论文集[C]， 2005年.
[3] 张琼华， 王晓昌. 城市污水处理环境效益量化分析[J]. 环境工程学报， 2009，5（3）： 861-863.
[4] 王剑锋，污水厂顶上盖公园，2011-08-31.
【关键词】地下式污水处理厂；广阳岛污水处理厂；成本效益分析；方案比选
1. 前言
（1）广阳岛位于重庆市南岸区，是重庆主城区内最近、面积最大的滨河岛屿。根据主城区广阳岛控制性详细规划，广阳岛功能定位为面向重庆主城及周边区域大型生态公园之一、高品质居住区，集生态居住、商务会议、休闲旅游、运动健身为一体生态开发展示区，拟在岛内修建污水处理厂一座，处理规模为5000m3/d，尾水排放标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准，臭气排放执行该标准的一级标准。
（2）污水厂初步设计方案按竖向布置形式分为地上式污水厂和地下式污水厂，由于两种形式的设计方案在技术、经济两方面存在巨大差异，拟用成本效益分析方法对污水厂布置形式进行比选，为主管部门决策和后续设计提供依据。
2. 分析方法
成本效益分析作为一种经济决策方法，将成本费用分析法运用于政府部门的计划决策之中，以寻求在投资决策上如何以最小的成本获得最大的收益，常用于评估需要量化社会效益的公共事业项目的价值[1]。本研究对广阳岛污水处理厂项目的成本和收益进行识别，并进行量化，效益最大的方案即为推荐方案。成本效益分析的主要步骤[2]：（1）提出广阳岛污水厂布置形式的所有可行方案。（2）计算方案成本及收益时间表。（3）评估与量化，选择广阳岛污水厂最优布置方案。
3. 方案分析
由于污水厂执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准，污水处理工艺的选择必须考虑脱氮除磷。此外，污水厂处于生态开发展示区，环境要求较高，还必须考虑 除臭和景观协调问题。同时，污水厂布置形式对污水处理工艺选择也具有重要影响。
3.1 二级处理。
本工程排放标准为一级A，对脱氮除磷有较高的要求。常见脱氮除磷功能的活性污泥法有A2/O、氧化沟、CAST和MBR。CAST具有工艺简单、脱氮除磷效果良好、基建投资较低的特点，拟作为地上式污水处理厂二级处理工艺；地下式污水处理厂具有场地紧张、一体化池体结构、检修艰难的特点，拟采用工艺流程简单、HRT较短的A2/O工艺，为延长污泥龄和去除SS，以增强脱氮除磷效果，同时减少占地面积，拟采用MBR池代替二沉池，串联在A2/O池之后。
3.2 深度处理。
（1）为保证出水TN、TP达到一级A标准，还需在二级处理后增加深度处理工艺。常用的深度处理工艺有曝气式生物滤池（BAF）、DE滤布滤池、MBR池等。对于地上式污水处理厂，由于CAST脱氮除磷效果有限，需采用BAF（脱氮）+DE滤布滤池（除磷）的深度处理工艺；对于地下式污水处理厂，由于采用了MBR作为二级处理工艺，无需增加脱氮除磷为目的的深度处理。
（2）为保证出水细菌学指标达到排放标准，还需进行消毒处理。对于地上式污水处理厂，可采用经济可靠的加氯消毒方式；对于地下式污水处理厂，可采用简易安全的紫外线消毒方式。
3.3 除臭及加盖。
（1）常用污水厂除臭方式有生物脱臭法、离子氧法、活性炭吸附法、臭氧氧化法、燃烧法等，本工程拟采用技术成熟、应用范围广、去除效果好的生物除臭工艺，将污水厂各构筑物单体间产生的臭气经密封收集后，经过预洗、生物滤床的生物降解，达到降低臭气浓度的效果。
（2）由于气体具有逸散性，所以对恶臭气体的加盖后密闭收集是做好气体治理的前提。
（3）对于地上式污水处理厂适合选用造型简洁美观的轻型骨架覆面结构加盖方式，推荐 “普通碳钢骨架（外侧）+氟碳纤膜”的骨架覆面结构加盖密闭方式，减轻自重且外观优美；对于地下式和半地下式污水处理厂，推荐钢筋混凝土加盖方式，增加自重以抗浮。
3.4 方案选择。
综合以上，初步设定四种方案：
方案一：传统地上式污水处理厂（不加盖）
方案二：地上式加盖污水处理厂（轻型骨架覆面加盖）
方案三：全地下式单层加盖（混凝土加盖）
方案四：全地下式双层加盖（混凝土加盖）
其中地上式污水处理工艺为“CAST+BAF+DE滤池+加氯消毒”，地下式污水处理工艺为“A2/O+MBR+紫外消毒”，两者均采用生物除臭工艺。
4. 成本分析
4.1 污水厂成本包括项目总投资和运行成本。按照重庆市物价局相关文件及可行性研究项目估算方法，计算总投资分析见表1，其中总投资资金筹措方式为：企业自筹30%，银行贷款70%。由表可知：
（1）四种布置方式项目投资均较大，单方水指标偏高，主要原因为设计规模较小，只有5000m3/d，且需要达到一级A排放标准。
（2）地下式双层加盖布置方案项目总投资最大，为6763.47万元，其次为地下式单层加盖（5002.47万元），再其次为地上式加盖（4562.64万元），最低为传统地上式布置方式（4206.66元），主要因为地下式污水厂土建设备性能要求和费用比传统地上式污水厂要高，且传统地上式污水厂没有设置除臭设施。
4.2 污水厂运行成本主要包括电费、药剂费、污泥外运费用、材料费及人工费，其中电费按照0.8元/度计算，地上式加盖污水厂通风次数为1～2次/h，地下式加盖污水厂通风次数为3～6次/h，则四种方案计算结果见表2。由表可知，地下式污水处理厂运行成本高于地上污水厂。主要原因如下：地下式污水厂除臭要求较高，通风次数为地上式加盖污水厂的3～6倍，电费支出较大（通风耗电占总用电量的46%左右）；地下式污水厂需要支出1.0元/m3的膜更换费用，导致总运行成本增加，吨水处理成本较高（2.64元/m3）。 5. 效益分析
按照效益的评价范围，项目效益分为内部效益和外部效益（externalities）。内部效益为排污费和政府补贴，前者一般以与自来水费捆绑收费的方式向居民收取，后者是政府为保证污水厂正常运营给污水厂的补贴，由于本次效益分析服务对象为政府部门，因此补贴不计入收益；城市污水厂外部效益主要为水环境、大气环境和景观的改善，以及房价、地价的提高等[3]，这些效益并不能由污水厂获得，但应该作为公共项目决策的重要考虑因素。本次项目评价将综合考虑两方面内容。
5.1 内部效益。
根据重庆市物价局相关文件，重庆市自来水中居民生活用水排污费为1.0元/m3，商业用水代收排污费为1.3元/m3，本污水厂服务范围内生活用水、商业用水量之比为4：6，则污水厂实际所得排污费为1.18元/m3。
5.2 外部效益。
（1）污水厂外部效益中，水环境、大气环境和景观的改善表现在广阳岛建成后旅游产业和配套服务业的发展促进作用，经济价值逐年收回，可量化性差；房价、地价的提高最终转化为房产增值，经济价值可与污水厂建设同期收回，相对容易量化。以深圳吉布污水处理厂为例[4]，污水厂建成前，环境“脏乱差”导致房价一直偏低，地下式污水厂建成后极大改善当地水环境，污水厂的上部空间也被建设为休闲公园，周边房产显著升值。由于目前未见污水厂对房价影响的研究资料，本次研究采用函数方法进行效益分析。
（2）假设污水厂的建设对居民的居住意愿的影响半径为R，相对于污水直排，房价的升值率为x，则房产增值的外部效益W=x*P*FAR（πR2-A'）（1），其中P为生活污水直排时预期房价，FAR 为容积率，A'为影响区域内非建设用地面积，包括污水厂、绿地防护地带、水域等其他规划非建设用地面积。当生活污水直排时，其对环境造成的负面影响与广阳岛住宅江景优势抵消，预期房价P以重庆市照母山片区住宅均价1.2万/m2计算，已知广阳岛规划容积率FAR为1.2，影响半径R取0.5Km，影响区域内非建设用地面积A'为52.4ha（见图9.5），带入式（1）得房产增值效益W= 37.584 x（亿元），即影响区域内房价每上升1%，外部效益增加3758.4万元。以广阳岛影响区域外的预测房价1.45万/m2为方案四房价，则方案四房价升值率为20%，以等差形式预测其他方案的升值率，并进行外部效益计算，结果见表3。 对比表1和表3可知，污水处理厂外部效益远大于其工程投资。
6. 方案比选
由于污水厂运行的影响是长期的，在对方案的效益进行比选时，应考虑项目周期内的全部现金流量，本文采用净现值法进行评价。计算周期为21年（含1年建设期），建成后以满负荷计算，基准收益率为4%，计算结果见表4。由表可知，地下式双层加盖污水厂项目净现值最大，为推荐方案。
7. 结论及建议
结合广阳岛的规划及功能定位，成本效益分析结果表明：地下式双层加盖污水厂对于广阳岛是较合适的选择。地下式双层加盖污水厂项目总投资为6763.47万元，吨水处理经营成本为2.64元/m3（不含折旧），基准收益率为4%时，净现值为56301万元。
地下式双层加盖污水厂收益最高，但工程投资和运行费用均高于普通生活污水处理厂，这是由地下式污水厂的布置形式和工艺方案决定的，也是广阳岛规划及功能定位的需求。可以考虑污水转输后进行异地处置，以降低投资和运行费用，但其可行性尚待论证。
参考文献
[1] 郭春莉，城市污水处理工程综合效益评估的理论与模型研究[D]。湖南科技大学， 2009年.
[2] 薛玮， 贺恒信. 我国城市污水处理市场化问题探讨. 中国行政管理学会2005年年会暨“政府行政能力建设与构建和谐社会”研讨会论文集[C]， 2005年.
[3] 张琼华， 王晓昌. 城市污水处理环境效益量化分析[J]. 环境工程学报， 2009，5（3）： 861-863.
[4] 王剑锋，污水厂顶上盖公园，2011-08-31.