西北典型缺水城市污水再生利用系統(tǒng)優(yōu)化與情景分析.pdf

1、污水再生回用作為解決城市水資源短缺、水環(huán)境污染的一種有效途徑，已受到世界各國(guó)的關(guān)注。而在我國(guó)尤其是西北地區(qū)進(jìn)行污水再生利用的推廣使用還存在許多障礙，這固然有技術(shù)方面的原因，但對(duì)污水再生回用系統(tǒng)缺乏合理的規(guī)劃和優(yōu)化布局，建設(shè)資金的不合理使用，人們認(rèn)識(shí)觀念的誤區(qū)，再生水價(jià)格體系不完善等則是影響污水再生回用的重要社會(huì)因素。本論文結(jié)合國(guó)家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目“西部干旱缺水地區(qū)水資源再生利用研究”，采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(SD)模型與非線性優(yōu)化(NLP)模型

2、相結(jié)合的方法對(duì)西北地區(qū)缺水城市污水再生利用體系的規(guī)劃和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了研究和評(píng)價(jià)。 主要研究?jī)?nèi)容和研究成果包括以下幾個(gè)方面： 1)從西北地區(qū)缺水城市污水再生回用系統(tǒng)的特征出發(fā)，在對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，提出了以城市生態(tài)環(huán)境為主的污水再生回用系統(tǒng)模擬與非線性優(yōu)化相結(jié)合的規(guī)劃方法。 2)根據(jù)再生水的回用方向和污水再生回用工程類型，建立了污水再生回用工程的成本費(fèi)用模型；以再生水的支付意愿函數(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了分散式污水再生

3、回用工程的最小經(jīng)濟(jì)規(guī)模函數(shù)。 3)將臨界距離的概念引入到了污水再生回用系統(tǒng)中作為研究區(qū)域污水集中和分散處理回用合理布局的經(jīng)濟(jì)判據(jù)，并建立了臨界距離的數(shù)學(xué)模型。 4)建立了污水再生回用的非線性規(guī)劃(NLP)模型，應(yīng)用NLP模型確定了污水再生回用水廠的規(guī)劃布局和再生水量的優(yōu)化分配問(wèn)題。另外，應(yīng)用該模型可合理確定SD模型的輸入變量。 5)針對(duì)西北地區(qū)缺水城市再生水的利用特點(diǎn)，從系統(tǒng)內(nèi)部的微觀入手，通過(guò)分析系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)和

4、變量之間的內(nèi)在聯(lián)系，建立了西北地區(qū)缺水城市污水再生回用系統(tǒng)的SD模型，并將情景分析法作為策略分析的工具應(yīng)用到SD模型中。 6)以西安市作為西北地區(qū)缺水城市的典型代表，應(yīng)用所建的NLP-SD模型對(duì)西安市區(qū)的污水再生利用規(guī)劃和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了研究和評(píng)價(jià)。在確定了西安市區(qū)進(jìn)行分散式回用對(duì)人口和用地面積要求以及回用水戶合理分布的基礎(chǔ)上，利用NLP模型計(jì)算出回用水設(shè)施的增長(zhǎng)率和集中與分散處理規(guī)模的比例；并應(yīng)用情景分析法進(jìn)行了策略分析。

5、 情景分析結(jié)果表明： ①在基準(zhǔn)情景下，西安市在2030情景水平年未經(jīng)處理的污水量將增長(zhǎng)3.10倍，入河BOD5總量增長(zhǎng)3.08倍，城市缺水率達(dá)22％。必須加大污水的處理和再生回用的力度，以扭轉(zhuǎn)不利狀況。 ②西安市的污水處理規(guī)模必須達(dá)到甚至超過(guò)建設(shè)部的規(guī)劃要求，同時(shí)還需考慮污水回用對(duì)污染物的削減作用，才能基本保證污染物排放量不增加或少量增加。 ③為確保西安市供需水量的平衡，城市污水的回用率需高于建設(shè)部的要求。未來(lái)

6、水平年污水的回用率在45％左右的范圍內(nèi)，不依靠遠(yuǎn)距離調(diào)水就可解決西安市缺水問(wèn)題。 ④污水的回用對(duì)污染物削減量的貢獻(xiàn)不顯著，污水回用率每提高十個(gè)百分點(diǎn)，BOD5的削減率只能提高2個(gè)百分點(diǎn)左右。為了確保未來(lái)水環(huán)境狀況得到改善，應(yīng)根據(jù)西安市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，制定較合理的削減率目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)水環(huán)境保護(hù)和水資源的可持續(xù)開發(fā)與利用。 ⑤西安市由于生態(tài)環(huán)境用水價(jià)格偏低，影響了再生水處理設(shè)施規(guī)模的增長(zhǎng)。水價(jià)的增量率只有達(dá)到8％，近期在生態(tài)環(huán)

7、境方面使用再生水才能產(chǎn)生直接效益。 ⑥西安市區(qū)在充分挖掘現(xiàn)有水資源的條件下，未來(lái)年份人均新鮮水的供水量也只能達(dá)到150m3/cap·a左右，遠(yuǎn)低于缺水警戒線(200m3/cap·a)。而通過(guò)污水的再生回用可確保各水平年水資源開發(fā)利用程度低于開發(fā)率的警戒線(40％)。 ⑦在投資的需求方面，西安市在近期將是污水處理和再生回用設(shè)施建設(shè)資金增幅最大的時(shí)期，最大投資需求為BOD5削減目標(biāo)，其所需投資約占GDP的0.16％，但與國(guó)外