污水处理厂作为城市水环境保护不可或缺的单元,对于改善城镇化质量具有重要的意义。根据“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划要求,至2015年底,全国新增污水处理规模4 569万m³/d,升级改造污水处理规模2 611万m³/d,全国污水处理总规模达到2.08亿m³/d。污水量增加、水质标准提高和处理功能拓展,使得污水处理厂建设用地需求不断增加。开展污水处理厂用地现状调研,可为科学规划和集约利用污水处理厂建设用地提供数据支撑,从而为城市可持续发展奠定坚实的基础。

　　 国家、地方从规划和建设层面对污水处理厂用地指标进行了明确规定,污水处理厂用地影响因素较多,主要包括规模、处理要求、进水水质、处理工艺和设计水平,各规范和标准中的用地指标主要考虑规模和处理要求这两大因素,具体数值如表1、表2所示,其中《城市排水工程规划规范》(GB50318-2000)^[1] 在污水处理厂规模划分、指标内涵和指标数值与其他标准之间存在差异,《城市污水处理工程项目建设标准》(CJJ-01)^[2] 、《城市生活垃圾处理和给水与污水处理工程项目建设用地指标》(建标[2005]157号)^[3]和北京、上海、天津等地方标准则保持了较好的一致性。表1中二级处理指标(二)的数值主要在指标(一)基础上增加了污泥消化和沼气利用设施用地;表2中各标准对于二级处理的用地指标差异较小,但对于规模在1万~5万m³/d的小型污水处理厂深度处理用地指标差异明显;此外各规范标准对指标的内涵、范围和使用作出了相应的规定,需特别指出的是北京市的标准要求中心城地区新建污水处理厂用地指标在基准值基础上压缩10%,体现了明确的节地导向。

　　 通过统计已建污水处理厂实际占地面积,分析污水处理厂的用地情况,为污水处理厂规划和设计提供参考。

　　 污水处理厂用地面积调研范围涵盖了华东、华北、华南、华中、西南、西北、东北等七大地理分区,占地面积数据通过设计图纸和百度地图获得。根据地理位置、规模、工艺、处理标准筛选调研对象,总计421座污水处理厂。

　　 污水处理厂用地面积随处理量增加不断增大,不同规模的污水处理厂用地情况如表3所示。与《城市污水处理工程项目建设标准》相比,在一级A出水标准下,处理规模<5万m³/d时,单位用地面积高于建设标准值;处理规模介于5万~10万m³/d时,单位用地面积同建设标准值基本相同;处理规模大于10万m³/d时,单位用地面积低于建设标准值。在一级B出水标准下,调研污水处理厂单位用地面积均高于建设标准值,在5万~10万m³/d和20万~50万m³/d两个规模范围,调研的一级B污水处理厂单位水量用地甚至高于一级A污水处理厂,这表明我国污水处理厂升级改造过程中需考虑节约用地,以控制污水处理厂最终用地水平。

　　 进一步分析污水处理厂单位用地面积与规模之间的关系,发现两者呈较好的幂函数关系,具体公式如下式(1)为出水一级B标准,式(2)为出水一级A标准。

　　 式中y———用地指标,m²/(m³/d);

　　 x———处理规模,万m³/d。

　　 对调研的A²/O、氧化沟和SBR工艺城镇污水处理厂用地数据进行整理分析,结果如表4所示,在所有处理规模段的污水处理厂中,SBR工艺的单位处理水量用地最小;当处理规模<10万m³/d时,氧化沟工艺的单位处理水量用地最大;当处理规模≥10万m³/d时,氧化沟工艺的单位处理水量用地与A²/O工艺差异较小。

　　 在大范围调研全国污水处理厂占地的基础上,针对重点流域(太湖、巢湖、滇池)和重点城市(北京、上海等),采用A²/O、氧化沟、SBR三大主流工艺的60座典型污水处理厂用地现状开展调研分析。调研数据通过收集、分析设计文本、运行资料和现场调研的方式获得。

　　 根据污水处理厂流程和功能特点,将污水处理厂分为预处理区、生化处理区、深度处理区、污泥处理区、道路及广场附属设施区、绿化等七大区域。60座调研污水处理厂用地组成分布情况如表5所示,绿化占地占据了污水处理厂总占地的44.7%,其次为生化处理设施、道路及广场用地,面积占比分别为24.1%和16.9%,绿化面积占比大的一方面反映污水处理厂对厂区景观的重视,另一方面则因为部分备用地也进行了绿化,统计的时候难以精确区分;为避免绿化统计带来的误差,对各设施的扣除绿化后的占地进行了统计,生化处理设施和道路及广场用地面积占比分别为43.6%和30.6%,污水处理厂设计过程中节约用地应重点从这两方面着手,此外厂区各类管线也占用部分土地,由于其大多位于地下并同绿化和道路布置相结合,可不单独统计,但是在设计过程中避免直接横穿整块用地,影响厂区空地的后续利用。

　　 对不同处理工艺污水处理厂用地组成进行分析(不含绿化的备用地),结果如表6所示,在所有工艺中,生化处理设施占地比例最大,但具体数字差异明显,氧化沟生化处理设施占地比例最大,A²/O其次,SBR最小;但是在深度处理方面,SBR深度处理设施占地最大,A²/O其次,氧化沟最小,主要是由于SBR池出水液位变化大,通常需设置中间水池以保障深度处理设施进水稳定。

　　 污水处理厂用地基准值对于指导污水处理厂建设非常重要,必须规范基准值的选取。以《城市污水处理工程项目建设标准》为例,对用地指标和处理规模进行拟合,两者呈很好的幂函数关系,一级B和一级A污水处理厂的用地指标可利用式(3)、式(4)确定:

　　 污水处理厂实际单位用地曲线与基准值曲线对比如图1所示,对于一级A污水处理厂而言,8万m³/d是临界规模,低于该值单位用地面积高于基准值,高于该值单位用地面积低于基准值;对于一级B污水处理厂而言,24万m³/d是临界规模,低于该值单位用地面积高于基准值,高于该值单位用地面积低于基准值。

　　 为提高建设标准的指导性和科学性,应根据调研得到的污水处理厂实际用地值调整建设标准中的基准值。鉴于新建污水处理厂的排放标准普遍执行GB 18918-2002一级A乃至更高排放标准,建议适当提高规模小于10万m³/d污水处理厂的用地基准值,具体数值可通过更加全面的调研和研究确定。

　　 通过对全国范围421座典型污水处理厂用地现状进行调研和分析,可得出以下三方面结论:

　　 (1)用地现状方面,污水处理厂规模越大,单位用地面积越小,且两者呈较好的相关幂函数关系,对于一级A污水处理厂,规模较小10万m³/d时,实际单位用地面积平均值高于基准值;对于一级B污水处理厂,实际单位用地面积平均值高于基准值。

　　 (2)用地组成方面,污水处理厂用地组成特征可为节约用地指明方向,根据调研数据,污水处理厂占地面积最大的部分分别为绿化、生化处理设施、道路及广场;A²/O、SBR和氧化沟工艺的组成分布存在一定差异,不考虑绿化的情况下,氧化沟工艺的生化处理设施占地比例最大,A²/O次之,SBR最小;SBR深度处理设施占地比例最大,A/A/O次之,氧化沟最小。

　　 (3)用地基准值方面,用地指标和处理规模呈很好的幂函数关系,具体规模的用地基准值可通过y=2.11x^-0.304(一级A)和y=1.22x^-0.235(一级B)计算得到;为提高建设标准的指导性和科学性,应适当提高规模小于10万m³/d污水处理厂的用地基准值。