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随着我国城镇化进程的加快,小城镇的资源消耗量迅速上升,废物排放量随之猛增。由于小城镇的给水市政设施不完善、排水设施简陋、污水处理设施极少,同时面临大城市产业转移带来的新的污染压力,因而导致小城镇的总体环境质量趋于恶化。
在解决小城镇的问题中,要遵循可持续发展的思想,走先导性环境管理的道路,从水污染治理规划入手,避免走“先污染后治理的道路”。目前小城镇污水治理与水环境综合整治的适用性技术、规划技术方法与管理制度的研究相对滞后,通常是沿用大中城市的传统做法,缺乏针对小城镇的水质水量特征、经济发展水平等因素的治理规划技术方法与模型。因此,开展小城镇的水污染治理规划技术方法的研究,提出适宜的排水管网和污水厂的规划方法和建设费用优化模型,筛选适宜的小城镇水污染处理技术,对于保持小城镇环境的可持续发展具有重要的意义。
本课题在通过广泛调查小城镇的社会经济状况、用排水设施和污水处理设施的基础上,选择了适宜的技术方法筛选分析有效数据;研究了不同地域小城镇的地理分布、经济环境特征并以有效的方法进行了表征;建立了适宜的排水设施规划技术方法、水污染治理模式;确立了小城镇水污染治理的建设费用理论模型,并给出了简化模型和编程求解的方法。研究结果可为小城镇的水污染治理规划与政府决策提供科学依据,为指导性的宏观环境管理提供基础理论依据。
本课题研究的主要内容和结论如下:
(1)小城镇水环境现状调查:为水污染治理规划技术方法研究的需要,首先开展大型镇及关键镇的基础数据调研,针对我国小城镇差异性特征,本论文给出了小城镇污水相关资料调研的方法与途径,并通过资料调研和实地考察获取我国有代表性的典型小城镇的区位特征、经济发展水平、污水排放特点、公共卫生设施状况等资料。
(2)小城镇分类及特性规律分析:根据调研数据分析各区域典型小城镇的类型特征。采用统计学的分类方法对我国的部分代表性小城镇进行了归类。同时采用相应的数学工具对我国小城镇的污水排放特征及其影响因素进行了关联分析,给出了小城镇生活污水排放与各种社会经济影响因素的函数关系及相关变化趋势。
(3)排水定额研究及水量确定:确定了当前小城镇合适的污水水量计算方法为人均用水定额法。同时通过调研数据研究给出了部分小城镇的用水定额参考值,并根据实际情况、相关研究文献资料和给排水设计资料给出了小城镇生活污水和生产废水水量计算公式。
(4)排水收集模式及费用优化模型研究:针对我国小城镇的经济社会现状和地域差异特征,给出代表性城镇的排水体制;针对小城镇的居民生活污水,给出了三种可选的污水收集方式。本课题也根据调研获得的不同区域的城镇污水管道材料费用及污水厂建设费用的数据,结合相关设计材料,回归得到了管网建设费用方程。
(5)污水处理原则和模式研究:目前我国小城镇大部分的经济发展程度较低,财力有限,小城镇必须结合自身的经济条件选择合适的处理方式:分散处理,单独集中处理和区域集中处理。根据小城镇的实际调研数据,结合设计标准和文献资料,本文拟合确定了小型污水处理厂的费用函数方程,并且比较了各种污水处理厂相关拟合模型。
(6)规划方案的技术经济分析与决策:本课题研究结果显示,可采用可持续关联分析法和多目标优化模型分析方法对于小城镇污水处理的多个规划方案进行了决策分析。针对小城镇的特征和经济发展程度,本文拟定了规划方案的建设费用优化模型,提出了污水处理系统费用模型简化方法,给出了采用贪心算法编程计算求出最优解的方法。
(7)利用前述研究成果和结论,从代表性小城镇的实际情况出发,提出了小城镇的水污染治理规划技术实施的保障措施。