污水处理厂中水回用的潜力与经济性分析

1污水处理厂中水回用的潜力与经济性分析黄儒林（淮北朔里矿业有限责任公司；安徽淮北235052）【摘要】本文通过中水回用方案的经济性分析比较，说明了中水直接用于冲厕比用于绿地浇灌更为经济合理。同时揭示了因水价偏低，造成中水回用的成本较高，并难以推广。分析还指出了推广的潜力，并对水价的影响进行了定量分析。【关键词】中水回用；经济性；利用潜力分析1引言城镇或企业污水处理厂，采用膜生物反应器一体化工艺生产水，其中水可用于冲洗厕所、锅炉给水、空压机冷却、绿地浇灌等使用，其经济利用价值一般随着水价的升高而升高。2经济分析一般中水回用的经济性在很大程度上受到水价的影响，水价越高，项目的收益越大。例如某市的现行居民生活自来水价为1.3元/m3，居民污水处理费为0.3元/m3。近期以来，根据物价局核定的价值，又将居民生活自来水价格调整为1.57元/m3（调价幅度为21%），居民污水处理费为1.03元/m3(调价幅度为243%)，即到户价格为2.6元/m(上涨62.5%)。由于连续多次的调整，该价位已经接近或略高于了成本。从远期的角度讲，调整的幅度则将减缓。现假定2002年—2016年水价年增长率的三种可能为5%，8%和10%。若将中水按上述使用的三个方面考虑，则采用费用效益分析方法对可这三种方案的经济性进行比较①，其计算公式为②：2NPV=PVB-PVC ①式中：PVC——中水回用项目的总费用现值。式中：PVB——中水回用项目的总效益的现值。式中：NPV——中水回用项目的净效益现值；Ct——第t年的费用,包括建设费用、运行费用；Bt——第t年的效益，包括节省了新鲜水费、污水处理费用等；r——贴现率(以长期国库券利息为贴现率)；t——时间，a。根据计算结果，将数据列入表1。从表1的数据可知，方案一的投资回收期最短、NPV最高、需要的最小水价增幅最小，因此直接用于冲厕的方案是最经济的。表1不同回用方案的投资回收期、NPV和最小水价增幅水价增长率(%)方案①方案②方案③投资回收期(a)NPV(万元)投资回收期(a)NPV(万元)投资回收期(a)NPV(万元)59.77130.4114.3719.58无-25.8287.71323.7411.8876.1414.230.70106.68501.4810.18146.0912.677.51最小水价1.984.487.753增幅说明：最小水价增幅指的是：在假设第15年末NPV值为零，第16年末为正值时应该规划的水价年均增长率。3潜力分析我们可以通过计量经济学回归与预测，并结合不确定性分析方法，定量给出某市与某市厂区可能的中水来源量范围和可能的中水利用量范围。3.1中水来源与潜力分析（厂区为例）1）中水来源分析。一般中水来源主要集中在生活污水方面。若假定生活污水中除去冲洗厕所部分全部可用于中水回用。其中水来源用公式可表达为：Q(t)＝(1-K)·P2·W(t)＝(1-K)·P1·Z(t)·P2②式中：Q(t)——t年可能的中水来源量，104m3/a；W(t)——t年居民生活用水量；Z(t)——t年总用水量，104m3/a；K——t年厕所冲洗水量占居民生活用水量的比值；P1——生活用水量占总用水量的比例；P2——排放系数，可取经验值为0.8。例如某市的1984年平均厕所用水量，占据居民生活用水量的约1/3左右。那么，再考虑到节水大便器的推广使用，则可取K值为0.2～0.3。而根据该市某厂区的1994年—1999年数据，可将确定在0.35～0.43之间。4对于总用水量的确定，可根据1990年—2000年总用水量的历史数据(并删去奇异点)，再利用二次曲线进行拟合，即可确定基本模型为：Z(t)=a+bt+ct 2 ③式中：t——时间，a；a、b、c——系数。回归的结果：Z(t)=446.0898+7.9621t+1.8697t2其中：t检验值：(50.129)(1.864)(4.471)95%置信区间为：(421.3825～470.7971) (-3.9006～19.8248)(0.7088～3.0307)R2＝0.9955；F=439.7813；D.W＝2.177利用MonteCarlo在参数的置信区间内随机正态取样2000次，得到2000年—2015年总用水量和可能的中水来源量平均值和标准差。这样的结果，即可显示出某厂区总用水量平均值和可能的中水来源量。也就是从2000年到2015年，增加了近1.5倍，同时由于参数的不确定性，导致模型预测结果的不确定性也逐渐增大。2）利用潜力。假设处理过程中的中水可能用于冲洗厕所和浇灌绿地。其冲洗厕所的中水利用量便为：T(t)＝W(t)·K＝W(t)－Q(t)④式中：T(t)——t年可能的冲厕中水量，104m3/a。再假设绿地的面积在近15年的内变化可以忽略，则浇灌绿地的中水量便为：S＝Sg·m⑤5式中：Sg——绿地面积，104m2；m——单位绿地面积需水量，m3/m2。根据某厂区的绿化用水调查，按照单位绿地面积需水量为1m3/m2，则中水来源量与可能方案的中水利用量的平均值有关。这样可以看出，冲洗厕所利用量均值为浇灌绿地利用量平均值的约3～10倍，剩余中水量接近中水利用量，这也表明中水来源的一半得到了有效利用。3.2中水来源与潜力分析（某市为例）1）中水来源。某市的中水来源也主要集中在生活污水方面。所以将式(2)中的W(t)换成三次曲线拟合形式，则成为：W(t)=a+bt+ct2+dt3⑥回归结果：W(t)=23540.093-619.111t+183.155t2-3.819t3 t检验：(66.690)(-4.112)(10.335)(-6.397)其95%置信区间为：(22741.607～24338.579)(-959.711～-278.510)(143.064～223.246)(-5.169～-2.468)R2＝0.992；F=1099.8；D.W＝2.222再利用MonteCarlo在参数置信区间内随机正态取样2000次，便得到2000年—2015年居民生活用水量和可能的中水来源量的平均值和标准差。这一结果也显示了某市居民生活用水量平均值和可能的中水来源量平均值。可知从2000年到2015年增加甚微，大约为14.3%，明显呈现出下降趋势。分析也可知，这与某市节水力度的加大有着密切的关系。同样，由于参数的不确定性，也导致模型预测结果的不确定性逐渐增大。2）利用潜力。对于浇灌绿地而言，可能的中水量为：6S＝Sz·m·r⑦式中：Sz——总占地面积，km2；r——绿地面积占总占地面积的比例系数，hm2/km2。根据资料调查，某市共有1369.9km2，若按绿化用水量为1m3/m2计算，则r可根据某厂区绿地面积进行推算，即r＝20hm2/2.64km2＝7.576。再假设某市的比例的上下浮动为20%,即有r=6.0608～9.0912。经上述的比较可见，1990年以前中水不够用，以后则出现剩余；2000年后冲厕中水量同居民生活用水总量一样，变化也趋于平缓；冲厕中水量占浇灌绿地量的比保持在1.2～1.6之间，并呈现先增后减的趋势，剩余中水量约为中水利用量的1/3～1/2，这表明了中水来源的近2/3得到了有效利用。3.3水价起到的调节作用在冲洗厕所和浇灌绿地的15年末运营期，其净现值为零的最优水价增长率分别为1.98%和4.48%。若以这两种方式的中水利用量比例为权重系数，则可确定最优水价增长率，即表达为：Pr(t)=Tr(t)·Prt+Sr(t)·Prs ⑧Tr(t)＝T(t)/[T(t)+S(t)] ⑨Sr(t)＝S(t)/[T(t)+S(t)]⑩式中：Prt——冲洗厕所最优水价增长率，%；Prs——浇灌绿地最优水价增长率，%；Pr(t)——t年最优水价增长率，%；Tr(t)——t年冲厕中水量与中水利用总量之比；Sr(t)——t年浇灌绿地中水量与中水利用总量之比。将具体的计算结果列入表2,可见某厂区的中水利用最优水价增长率平均为2.34%,随时间呈现明显的递减趋势，到了2015年水价增长率便为2.21%，这样即可满足。对于某市来说，其最优水价增长率平均便为3.03%，随时间也呈现波动中的下降后缓慢回升。表2由中水回用分析所得出的最优水价增长率7年份t某市的厂区某市Tr(t)Sr(t)Pr(t)/%Tr(t)Sr(t)Pr(t)/%20000.790.212.500.540.463.1320010.800.202.470.550.453.1020020.810.192.450.560.443.0920030.820.182.420.570.433.0520040.830.172.410.570.433.0420050.840.162.380.580.423.0320060.850.152.360.590.413.0120070.860.142.340.590.413.0020080.860.142.320.590.413.0220090.870.132.300.590.413.0020100.880.122.280.590.412.9920110.880.122.270.600.402.9820120.890.112.260.590.413.0020130.890.112.240.590.413.0120140.900.102.230.590.413.0020150.910.092.210.580.423.044结束语通过以上中水回用的例证经济分析，充分表明了只要水价保持一定的增长速度，将中水用于冲厕或绿地浇灌或考虑用于生态、景观用水，都是经济可行的，均可大面积的推广使用。水价对于中水回用的经济可行性起着决定性的作用，因此合理运用水价这一经济杠杆，也是推动中水回用项目发展、实现水资源可持续发展的重要手段。作为矿区的矿井水处理厂，以及市内的污水处理厂，其中水均可如此得方法利用。8【参考文献】[1]曹型荣.城市水资源的调查利用和预测[M].北京：中国环境科学出版社，1998.[2]姚枫.论开发项目环境影响经济损益分析的方法[J].干旱环境监测，2000，14(1).【作者简介】黄儒林，男，高级工程师。现在淮北朔里矿业有限责任公司从事节能计量、经济管理等工作。地址：安徽省淮北市朔里，邮编：235052。