价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究 58页

'＇‘巧ｆＦ４０７．９公开密备：：中图分类号ＵＤＣ本校编号；：讀乂＃工程硕±学位论文论文题目王程在污水处理王芝方案：价值化造中的应用研究研究生姓名：Ｇ１１１１６；范文江学号王恩、茂职称：教授—学校指导教师姓名：企业指导教师姓名：同晓涛职称：高级工程师＿建筑与上木工程申请学位工程领域名称：２０１５．１１２０１５．１２．１２：论文提交日期：＿．论文答辩日期麵 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外，论义中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得兰州巧通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献巧己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。ｆ学位论文作者签名；签字日期；／苗月ｊＴ日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰少Ｈ巧通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权兰州交通大学可＾斗将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采巧影、＾印缩印或扫描等复制手段保存、汇编＾１供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机！构送交论丈的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：＾文户义导师签名一签字日期：＾々咬年片月〇日签字日期：＾年９月（占日（ 工程硕士学位论文价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究ApplicationofValueEngineeringinSchemeSelectionofSewageTreatmentProcess作者姓名：范文江工程领域：价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究研究方向：建筑与土木工程学号：G11116校内导师：王恩茂企业导师：闫晓涛完成日期：2015.10兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity 兰州交通大学工程硕士学位论文摘要我国水资源污染严重，大力兴建污水处理厂是解决这一问题的行之有效的方法。污水处理工艺的选择对于污水处理厂的建设方案起到极为重要的作用，它影响着污水处理厂的投资规模、运行费用、出水效果、操作管理等方面。但是，我国的污水处理工艺的比选还处于一种比较初级的阶段，评选人员往往凭借对于各种方案的主观性认识进行打分，评选具有很大的随意性。在选择方案时会主动的倾向于自己所喜爱的方案，而有可能忽略了该方案的缺点，达不到选择方案的公平性。所以污水处理工艺的选择需综合考虑各种工艺处理方案的管理、经济、技术等方面优势，是由众多相互关联、相互影响的因素所构成的一个复杂系统，很难用某个单一的目标函数来进行评价。如何采用科学的方法对污水处理工艺方案进行优选是一个需要迫切解决的问题。价值工程是以最少的成本换取所需的功能为基本思想，以提高工业企业经济效益为目标，是从合理利用资源开始发展起来一门软科学技术，从技术和经济角度两者相结合来研究如何改进产品，系统或服务的价值，降低成本以取得良好的经济效益，是一个寻求最佳的技术经济效益现实有效方法或者说是技术理论。层次分析法按“总目标、各层子目标、评价准则到具体的备选方案的次序将决策问题划分为不同的层次结构,再用求解判断矩阵特征向量的方法算出每一层次各元素对上一层次某元素的优先权重,备选方案对总目标的最终权重采用加权和的方法递阶归算出权重最大者，即为最优方案”。价值工程的核心是功能评价，在进行功能分析时打分容易受主观性和随意性干扰，层次分析法采用了实对称判断矩阵计算每一个因素的权值，并进行一致性检查，能够很好的杜绝打分的随意性，弥补了以往凭经验进行方案优选的缺陷。本文充分考虑了在进行处理污水方面工艺一般特征，运用了层次分析的方法以及价值工程的处理方案，并对方案进行对比选择最佳方案来研究。首先，污水处理工艺的选择关系到污水厂的投资规模、运行、管理等方面，因此，对于污水厂的建设来说，方案的选择主要是污水处理工艺的选择。其次，根据污水处理工艺的特点以及污水处理的工艺选择原则，结合选择能够对在选择污水处理的方案方面的影响要素，从而对污水处理工艺的评价体系进行了构建。最后，利用价值工程和层次分析法相结合的功能层次模型，在分析和评价方案时，能够给出定性和定量分析，克服了方案选择的随意性，能够很好的对方案进行评价。关键词：价值工程；层次分析法；污水处理工艺；评价体系论文类型：应用研究-I- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究AbstractSeriouspollutionofwaterresources,andvigorouslytobuildasewagetreatmentplantisaneffectivewaytosolvethisproblem.Sewagetreatmentprocessselectionforthesewagetreatmentplantconstructionprogramhasplayedaveryimportantrole,whichaffectstheinvestmentscalesewagetreatmentplantoperatingcosts,watereffects,operatingmanagement.However,China"ssewagetreatmentprocessthanelectionstillinarelativelyearlystage,selectedwithrespecttothevariousprogramstendsubjectiveawarenessscoring,selectedwithgreatrandomness.Willtaketheinitiativeinthechoiceofprogramstendtotheirfavoriteprograms,anditispossibletoignoretheshortcomingsoftheprogram,notthefairnessoftheselectionofprograms.Sothesewagetreatmentprocessselectionpleaseconsidertheadvantagesofvariousaspectsofthemanagementprocesssolutions,economic,technological,etc.,iscomposedofmanyinterrelated,acomplexsystemofinteractingfactorsposed,itisdifficultforasingleobjectivefunctiontobeevaluated.Howtousethescientificmethodtothesewagetreatmentprocessschemeispreferablyaurgentneedtoaddresstheissue.Valueengineeringistheleastcostinexchangeforthebasicideaofthefunctionalityrequiredtoimprovetheeconomicefficiencyofindustrialenterprisesasthegoal,fromtherationaluseofresourcesbegantodevelopasoftsciencetechnology,combinedfromboththetechnicalandeconomicpointofviewtostudyhowtoimprovethevalueofproducts,systemsorservices,toreducecostsinordertoachievegoodeconomicreturns,weareseekingthebesttechnicalandeconomicbenefitsofapracticalandeffectivemethodoratechnicaltheory.AnalyticHierarchyProcessaccordingto"theoverallgoal,sub-goalsofeachlayer,theevaluationcriteriatoaspecificorderoptionswillbedividedintodifferentdecisionproblemhierarchy,andthensolvingthejudgmentmatrixeigenvectorsmethodcalculatedforeachelementoneverylevelaprioritylevelofaheavyelement,alternativestothefinalweightofthetotaltargetweightusingtheweightedandnormalizedhierarchicalmethodcalculatestheweightofthelargestperson,istheoptimalsolution."Valueengineeringisacorefunctionevaluation,scoringeasilyforfunctionalanalysisofinterferencebysubjectivityandarbitrariness,AHPusesarealsymmetricmatrixcalculationsdeterminetheweightofeachfactor,andconsistencychecks,canbeagoodeliminatearbitraryscoringtomakeupforpastdeficienciesempiricallySchemes.Thispaperconsidersthegeneralcharacteristicsoffullycarryingoutaspectsoftheprocessofsewagetreatment,usingtheanalytichierarchyprocessofthemethodandthevalueoftheproject,andchoosethebestoptionschemewerecomparedtostudy.First,selectrelationshipsewagetreatmentprocesstothesewageplantscaleofinvestment,operation,managementandotheraspects,therefore,fortheconstructionofsewageplants,thechoiceofprogram"smainsewagetreatmentprocessselection.Secondly,accordingtothecharacteristics-II- 兰州交通大学工程硕士学位论文ofthesewagetreatmentprocessofwastewatertreatmentandprocessselectionprinciples,combinedwiththechoiceofselectingcapableofsewagetreatmentprogramsinfluencefactors,andthusthesewagetreatmentprocessevaluationsystemweresuccessfullyconstructed.Finally,thefunctionalhierarchymodelofvalueengineeringandAHPcombinedintheanalysisandevaluationoftheprogram,cangivequalitativeandquantitativeanalysis,valueengineeringtoovercometherandomness,itcanbeagoodevaluationoftheprogram.KeyWords：ValueEngineering；AnalyticHierarchyProcess；Sewagetreatmentprocess;EvaluationSystemPapertype:appliedresearch-III- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究目录摘要.....................................................................................................................................IAbstract.....................................................................................................................................II1绪论........................................................................................................................................11.1问题的提出.................................................................................................................11.2研究的意义..................................................................................................................21.3国内外研究现状..........................................................................................................31.3.1国外研究现状..................................................................................................31.3.2国内研究现状..................................................................................................41.4研究的主要内容.........................................................................................................42价值工程和层次分析法的基本理论....................................................................................62.1价值工程的基本理论.................................................................................................62.1.1价值工程的涵义..............................................................................................62.1.2价值工程的特点..............................................................................................72.1.3价值工程的原理..............................................................................................72.1.4价值工程的工作程序和步骤..........................................................................82.2层次分析法的基本原理..............................................................................................92.2.1层次分析法的定义..........................................................................................92.2.2层次分析法的工作步骤..................................................................................92.2.3价值工程和层次分析法结合运用的功能评价模型....................................103污水处理工艺......................................................................................................................123.1处理工艺的要求........................................................................................................123.2价值工程在污水处理工艺的选择应用分析...........................................................133.2.1污水处理工艺选择原则................................................................................133.2.2影响污水处理工艺选择的因素....................................................................133.2.3工艺选择评价体系建立的功能分析.............................................................154污水处理厂工艺方案选择的实证研究...............................................................................164.1工程概况...................................................................................................................164.1.1纺织工业园区概况.........................................................................................164.1.2工程建设规模和水质概况............................................................................184.2污水处理的两种方案...............................................................................................234.2.1方案一：CASS生物池+混凝沉淀过滤方案................................................254.2.2方案二：奥贝尔氧化沟+混凝沉淀过滤方案...............................................29-IV- 兰州交通大学工程硕士学位论文4.2.3方案优选.........................................................................................................334.3运用价值工程原理和层次分析方法优选污水处理方案........................................405结论与展望...........................................................................................................................465.1结论............................................................................................................................465.2展望............................................................................................................................46参考文献............................................................................................................................48致谢..................................................................................................................................50-V- 兰州交通大学工程硕士学位论文1绪论1.1问题的提出我国水资源匮乏，当前面临水资源短缺的状况将会持续很长一段时间，特别是进入21世纪以来，由于国家经济社会迅速发展，环境状况急剧恶化等问题日益成为人们关注的焦点，并且中央政府一直要求大力推进生态文明建设，这些都为城市污水处理行业的快速发展提供了重要契机。由于大量城市污水处理项目的兴建和污水处理项目本身复杂的特点，内外双重原因导致城市污水处理项目投资方案评价研究较为滞后，从而造成了城市污水处理项目在运营期间产生许多问题：项目的投入和所获得的产出不成比例，资源利用率偏低、专业人才结构不合理、环境污染过大和还贷能力较差等问题，其原因是由于城市污水处理项目投资决策不当引起的。工程项目作为一种技术专案，首要的是能够获得产出，是按照一系列的规划、设计、建设而开展的，其标准是具备自己的使用功能，当然也要依赖和消耗资源。所谓技术方案，是指为研究解决各类问题而提出的方法与对策，它包括了设计规划以及生产等方案、[1]技术措施、技术路线、技术改革方案等等。不管是哪种方案，常常会遇到这样的问题，如何选择技术上可行而且投资最省的方案？不同方案的使用寿命、产出的效益（功能）、投资和运行费用可能都不相同（如果是一样的，就没有对比和决策的问题，并随机选择就可以了），要注意方案之间的可比性。如何让方案的功能最完善，价值又最高？无疑，价值工程是研究如何通过使用最少的成本来提高产品价值以便实现其必要功能并且节约能源、改善服务、降低管理成本的方法，根据对某一产品或系统的各种设计方案进行功能分析，以便筛选出总成本较低并且能可靠实现其必要功能方案的技术经济分析方法。作为一种成熟的技术经济分析方法，同样可以在污水处理各个领域里使用，包括污水处理厂的方案评价与选择、设计的优化、招投标、施工组织和施工等。价值工程（ValueEngineering，被称为VE），也被称为价值分析（VA）或价值管理（VM）是从合理利用资源开始发展起来一门软科学技术，从技术和经济角度两者相结合来研究如何改进产品，系统或服务的价值，降低成本以取得良好的经济效益，是一个寻求最佳的技术经济效益现实有效的途径。价值工程理论创立半个多世纪以来，无论在理论研究上或是在实际应用上都得到了长足的发展，并在工业生产、科学研究、工程项目管理、企业经营管理、农业经营管理以及流通领域等得到了广泛的应用，并取得了显著的经济效益。-1- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究1.2研究的意义城市污水处理厂的建设，是一项涉及国计民生的重要的环境治理措施，能有效解决我国的水污染问题。本文主要的研究意义如下：(1)选择的污水处理工艺流程的好坏，将直接对污水处理厂的处理效果、占地面积、运行管理、基建费用、处理成本等重要参数都有很大影响。根据当地的条件，进行工艺流程处理方案（主要是生物处理方案）的比较是必要的。(2)污水处理厂工艺方案的比选一般是凭借直觉或工程经验进行的，没有一种科学的方法进行比选，因此所比选的方案往往带有人为的主观因素在内，对方案的选择具有倾向性。污水处理工艺系统设计较早时采用传统的单体设计方法来进行设计。工程人员一般都是凭直觉或工程经验，在设计规范引导下编写有限的设计方案，然后通过经济指标核算筛选出在经济上可行的，具有合理的技术和经济指标的方案。然而，这个筛选过程通常是不科学，每个人都有自己的倾向性和爱好，那么在选择方案时会主动的倾向于自己所喜爱的方案，而有可能忽略了该方案的缺点，达不到选择方案的公平性。在比选方案中主要存在以下问题:①出水水质一样，但进水水质和质量不一样，不能够简单的比较出水水质指标，而忽略了进水的水质和质量。②投资成本包含的内容并不相同，不能直接比较总投资成本，而忽略了投资成本构成成分。例如有一些投资主要包括土地购置成本（此成本在不同的地方显著不同）;而有一些投资还包括厂外工程成本（如用电负荷容量的增加，道路等）。③另外对于项目方案的比选，不能仅仅比选投资成本，还要比选他的运营成本，处理成本是否合理，是否满足要求。例如有一些工程建设投资低，运营成本高，而相反的有一些工程建设投资高，运营成本低;有的污水处理工艺低而污泥处理成本高。因此，比较工艺处理方案的过程中要力求全面，客观，在出水和进水相同条件下，根据方案所具有的合理经济效益，并且技术上可行，易于管理，运行可靠，有利[2]于在近、远期结合原则的进行选择。(3)污水处理工艺的选择需综合考虑各种工艺处理方案的管理、经济、技术等方面优势，是由众多相互关联、相互影响的因素所构成的一个复杂系统，很难用某个单一的目标函数来进行评价。因此，本文拟提供一种科学的优选污水处理工艺方案的方法，使选择的方案具有科学性、合理性，并且能够普遍的适用于一般的污水处理方案的比选。本文主要以价值工程原理为基础，结合层次分析法通过对传统分析评价方法进行优化改进，通过建立城市污水处理工艺方案选择的功能层次模型，并且选出具有最低成本、能够实现污水处理目标的工艺方案，最终制定出污水处理厂的建设投资方案。-2- 兰州交通大学工程硕士学位论文1.3国内外研究现状价值工程的研究最早产生于美国，是从合理利用资源开始发展起来一门软科学技术，从技术和经济角度两者相结合来研究如何改进产品，系统或服务的价值，降低成本[3]以取得良好的经济效益，是一个寻求最佳的技术经济效益现实有效方法。价值工程产生于20世纪早期,是由L.D.麦尔斯最先发现的，由于彼时的应用在军事方面的工业原材料是非常稀缺的，而为了达到同样的效用，也可以选择其他的代替材料。作为"一种[4]应用非常广泛的创造性的方法,其核心目的是能够有效区分那些无用的成本"。，这也是由麦尔斯定义的。一般认为麦尔斯的《价值分析程序》的发表是"价值工程"的产生标志。他总结了一套全新的系统科学方法，并日常的管理当中，当然也对应用进行了扩展，应用到了产品开发方面。这是其将“技术与经济价值”进行综合考虑后而创造的新方法。1.3.1国外研究现状价值工程早期在美国被应用在建筑项目上，在美国最早是1972年，当时的第二十届年会上应用了价值工程的方法。而在彼时的大部分地方和部门，也将价值工程包括在项目管理方面的基本要求。在美国应用非常广泛的40小时工作法也是有应用的，如果整体进度达到35％，将对既有方案做系统评估并同时进行审计。这个时候往往由专门成立的价值工程研究小组来负责，对于项目当中那些明显存在高成本的地方做可行性分析，寻找关键问题和解决方案，可以确认的是，对于价值工程的研究，美国所取得的成[5]绩是非常显著的。例如，美国所建立的价值工程协会，对推动价值工程的推广已经发挥了非常重要作用。其建设管理部门以及航天工程等部门在制定合同时，把应用价值工程的方法已经被作为强制性的规定进行执行。有一个更加突出的例子是美国前总统比[6]尔·克林顿签署了应用VE的104-106公共法案。80年代后，价值工程开始在亚洲和欧洲几个国家蔓延，在结合本国建筑行业发展的基础上进行研究分析和利用，开发出适应自己特色的价值工程应用模式。德国在1960年开始推广价值工程，几家国际知名品牌如西门子，宝马和奥贝尔等率先应用价值工程理论到生产和管理方面。德国工程师协会“价值分析联合会”在1967年成立，1973年标准化了价值工程程序并将其列入了国家标准。在1966年，英国的价值工程协会成立了，之后其名称改为价值管理协会，其主要是对价值工程的涉猎范围进行拓宽，从而发展了价值工程理论。前苏联在1982年通过颁布实施《价值－功能－能本分析方法条例》加强了价值工程的地位。波兰截至1972[7-12]年已经培养了数以千计的价值工程专家。日本价值工程起步较晚，但发展迅速，应用广泛，主要用于建筑行业。在1965年日本政府成立了“日本价值工程协会”，使价值工程得到了快速推广。日本人的产品如汽车，家电等，是以物美价廉而著称的，对于这-3- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究些产品生产是通过把价值工程应用到相关的设计、生产和管理中，通过降低成本而实现的。日本价值工程不同于美国，在自愿的基础上得到政府的支持发展的，它成为了企业管理技术的一部分并且其它技术一起综合使用。日本在1975年对375家公司的抽样调[13]查显示，90％的企业运用了价值工程，大多数都取得了一定的成绩。目前，日本是价值工程应用最广泛的，成绩最好的国家。在其他国家，如印度，南非，澳大利亚，加拿大等价值工程也已被广泛应用，并取得很大的经济效益和社会效益。1.3.2国内研究现状我国应用价值工程的时间不长，1978年由日本介绍到中国大陆，应用范围包括了机械、纺织、交通、建筑、农业等诸多领域，1982年10月，我国创办了价值工程专业性刊物《价值工程通讯》。通过多年来的实践摸索，我国也在分析方法和组织方法方面取得了许多宝贵经验，并于1987年发布了收个有关价值工程的标准，即《价值工程基本术语和一般工作程序》（GB8223－87），之后一年中国企业管理协会价值工程研究会在北京被建立，促进了价值工程的迅速发展,协会把《价值工程》杂志做为其会刊。在2005年10月，一个全国性的对外交流平台“中国技术经济研究会价值工程专业委员会[14]（CSVE）”的成立，从而是价值工程取得了非常大的影响。这也对我国大量工程的经济效益对于中国的经济发展起到了巨大的推动作用。随着全球化的浪潮兴起，价值工程在各国迅猛发展，其发展特点主要表现在以下三个方面：（1）价值工程与项目管理紧密结合，成为降低成本、提高服务功能的主要手段，并且大量应用在建筑业中。（2）价值工程在各国形成了价值导向统一的理念，其工作重心逐渐转向了最佳功能，而不再一味强调降低成本。（3）随着互联网信息化全球化的发展，价值工程技术与信息技术相结合，利用信息技术和技术方面的应用，从而使研究的时间得到了很多的节省，效率得到了提升，也进一步的使研究的范围得到了扩展，提升了效率和方式。1.4研究的主要内容论文主要研究了利用价值工程理论结合层次分析法优选污水处理厂工艺方案的方法，研究主要内容如下：（1）主要研究价值工程理论和层次分析法的工作原理，以及两者结合起来建立功能层次模型的方法。（2）主要研究污水处理工艺的要求，选择原则、影响工艺选择的因素、并建立工艺选择的功能评价体系。-4- 兰州交通大学工程硕士学位论文（3）以西安纺织工业园区污水处理厂为案例分析对象，研究了价值工程与层次分析法相结合优选污水处理工艺方法，从两种通用的污水处理工艺中，通过价值工程与层次分析法相结合的方法选出较好的污水处理工艺。-5- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究2价值工程和层次分析法的基本理论2.1价值工程的基本理论2.1.1价值工程的涵义价值工程也就是VE，通常也被称做价值分析，通过识别产品或服务的功能，建立功能的价值，以尽可能低的成本来可靠的实现产品的必要功能，是一种先进的管理手段[15]和评价工具，因而也会成为成本分析的概念。一般说来价值工程主要是由功能、价值[16]以及寿命周期成本等三方面来构成的。价值工程是以最少的成本换取所需的功能为基本思想，以提高工业企业经济效益为目标，是从合理利用资源开始发展起来一门软科学技术，从技术和经济角度两者相结合来研究如何改进产品，系统或服务的价值，降低成本以取得良好的经济效益，是一个寻求最佳的技术经济效益现实有效方法或者说是技术理论。价值的概念:在价值工程的概念当中"价值"就是"功能产出与其投入的费用的对比"。价值是功能和效用的统一体，在价值工程的概念当中，其"价值"是与传统的经济学等学科的价值概念是不一样的，而是被赋予了其他特殊的意义。在这里所表述的"价值"的[17]概念是用来对产出的程度和效果的高低进行的标准或者是尺度。举例来说，对于那些有益的程度和效果高的、能够带来较大效益的或者是好处比较多就表明事物的价值高;相反,有益程度相对低、效益相对差、好处比较少就表明事物的价值低。比如,人们一般购买东西时,都希望"物美价廉",即用最少的金钱购买价值更高的产品。功能的概念:有关价值的工程理论认为,对于一般的事物而言,功能的概念是其具体的作用或者效用;一般对于企业来说,功能的概念往往是其能够为社会做出的具体的产品或者说服务的产出，也是其对社会的贡献。而对于一个人来说,功能则是指我们在完成某项工作的具体的作业和方法的任务;因此我们所说的功能是指它要实现的基本的目标或能够发挥的具体的作用;总而言之,事物满足某种特定需求的属性就是功能。价值工程所表达的"功能"的含义,事实上和使用价值的含义基本相同,这也就表明,通常的使用价值是作为功能的具体的表现形式。因此都是为了满足我们人类特定的需求,都是在为人类的生存和发展能够发挥其应该的作用,能够具备其使用方面的价值。所以也可以说使用价值的产[18]出就是价值工程的具体的功能”。成本的概念:这里所提的成本的概念也就是资金、物料和人力资源的一种耗费。其中,劳动价值的体现主要表现在人力资源的耗费上,而使用价值的体现主要表现在财力和物力资源的损耗上,所以对于价值工程方面来说，其成本的定义是使用价值的投入的具体的[19]数量”。-6- 兰州交通大学工程硕士学位论文2.1.2价值工程的特点（1）基于具体的使用者对于功能方面的核心需求来考虑其目的。（2）能够对功能做具体的分析和评价。（3）能够对成本与功能方面二者的关系进行系统的评价。（4）其主要的目的或者说是方向是其价值的提高。（5）其研究有固定的程序，是按照固定的规划来进行的。2.1.3价值工程的原理价值工程又称为价值分析，是以最低的寿命周期费用，可靠地实现必要的功能，着重于产品或作业的功能分析的有组织的活动。价值的高低可以用价值指数(V)来反映，而价值指数(V)可以用以下公式来表达:FV=C公式中F—产品或服务的功能；C—产品或服务的成本；V—产品或服务的价值。根据上式可以看出，只有在提高产品的功能与降低寿命周期成本（以下简称成本）两个方面做文章，就可提高产品或服务的价值，其提高途径如图2.1所示：产品的服务或价值V=F/C成本不变功能不变成本略有提高功能略有下降功能提高功能提高成本降低功能大幅提高成本大幅降低成本降低F↑、C→F→、C↓F↑↑、C↑F↓、C↓↓F↑、C↓价值提高价值适当提高价值大幅提高V↑V↑V↑↑图2.1价值提高途径的示意图2.1.4价值工程的工作程序和步骤[20]一般来说整个价值工程的过程也是进行关键技术的过程，其基本的程序一般是：-7- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究（1）首先来看价值工程的对象选择。一般来说选择的方法主要是:对于重点进行选择法、生命周期法、百分比法等。其选择方面的具体标准则是:①针对于不同的产品发展来说,需要对于还在研制过程中即将投放到市场中的产品进行选择；②针对于不同的成本来说,对于高成本和高价格的产品需要特殊考虑;③针对于不同的销售来说,需选择竞争力较差、而且利润水平较低，用户的反映比较敏感的产品；④针对于不同的产品构造来说,选择材料性能方面比较差和相对占用地方的产品；⑤针对于不同的制造来说,那些工艺复杂、产量较多、单位能耗较高，对于生产设备的依赖较高，制作起来较为复杂的产品。（2）对情报进行收集整理。需要考虑到经济和历史数据资料进行多方面的收集，结合目标以及经营效果来综合考虑和处理利用,从而实现正确的评价和判断。（3）对功能做系统性分析。作为价值工程中的一种重要手段和重要的核心,是主要对产品部件或者组件进行分析,对其价值进行详细的计算,来确定具体的价值工程的不同关键目标方向。其主要包括:①进行功能的不同和具体的评价,确定其重点顺序、目标等；②绘制功能图,确定系统的具体功能,明确不同的的具体功能之间的关系;③对对象应所具备的的具体功能进行明确的分析；④对对象的不同具体需求进行分析确定；⑤将功能具体和明确化，从而实现功能的分类。（4）提出明确的改进方案。（5）对于方案进行综合的评价和分析，一般可以应用综合选择法或者成本分析法等。（6）做可行性试验方面的验证，一般来说是从经济、性能、工艺等方面来分析其可行性，从而进行方案的修正，对于已经发生或者可能会发生的错误进行更正，从而选择更好的方案。（7）对于价值工程活动过程中的成果进行评价，对结果进行检测和验证。-8- 兰州交通大学工程硕士学位论文2.2层次分析法的基本原理2.2.1层次分析法的定义层次分析法是在20世纪70年代初，由美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂提出了一种层次权重决策分析方案。其是将决策相关的元素划分成目标、准则、方案等众多不同的层次,同时进行定性和定量分析。层次分析法，指的是对于“有着复杂的多目标决策问题的一个系统，目标被分解为多个目标或准则，进而分解多指标（或准则，约束）在多个层次上，利用定性指标模糊量化的方法计算出层次的单排序（权数）和总排序，优化目标（多指标），多方案决策[21]的系统方法”。其中"优先权重"是指在各备选方案在某一特点的评价准则或子目标,各子目标对上一层目标的重要程度的相对量度,还有标下优越程度的相对量度。层次分析法按“总目标、各层子目标、评价准则到具体的备选方案的次序将决策问题划分为不同的层次结构,再用求解判断矩阵特征向量的方法算出每一层次各元素对上一层次某元素的优先权重,备选[22]方案对总目标的最终权重采用加权和的方法递阶归算出权重最大者，即为最优方案”。权值是通过求对称的判断矩阵的最大特征值及其所对应的特征向量W,进行归一化处理后，即为下层次指标对上层次相关指标的相对重要性权值。它相对适合目标值很难定量描述并且具有分层交错评价指标的目标决策问题。2.2.2层次分析法的工作步骤（1）进行结构模型方面的构建通过对于实际问题进行分析，考虑不同属性来进行层次划分，对于同一层次的因素要考虑到跟上层的从属关系以及下一层对本层的影响和作用。一般来说，上层有1个因素目标层,下层为对象层或者说具体的方案，中间则是指标层。（2）进行两两判断矩阵的构建根据下一层和上一层的从属关系，从第2层开始，用成对比较法和1—9比较尺度构造自上而下的判断矩阵，直到最后一层。（3）对于权向量进行计算并做校验计算其最大特征根及对应特征向量，归一处理后做一致性检验。如果没有通过则需要重新对判断矩阵进行构建（4）进行组合权向量的计算以及检验这种检验是通过计算最下层组合权向量来实现的，考虑到其一致性的通过情况，如果没有通过要进行重新构造两两判断矩阵。-9- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究2.2.3价值工程和层次分析法结合运用的功能评价模型开始功能分析建立递阶层次结构每层次中的功能否快速聚类函数＜10是由上至下构造两两判断矩阵修正判不计算相对重要性断矩阵满系数，并检验一意致性满意计算综合重要性不满意系数，并检验总的一致性满意输出综合重要性系数结束图2.2功能评价模型-10- 兰州交通大学工程硕士学位论文价值工程的核心是功能评价，在现有的两种功能评价方法中，绝对值法的缺点对于最低成本的寻找比较困难，相对值法通过对同一层次的功能重要性来进行评分来寻找最低成本，但缺少与系统的总功能联系。对于价值工程而言，由于主观性和随意性较强，容易在评分的时候出现A>B,B>C,C>D,而D>A的循环现象，这主要是“由于价值工程的[23]评分构成一般性矩阵，特征根不一定为实数，造成检验不一致的现象”。层次分析法由于采用了的判断矩阵为对称矩阵，因此，特征根为实数，为一致性检验提供了相应的条件。层次分析法提供了定量和定性分析，有助于价值工程进行更好的功能评价，图2.2为价值工程和层次分析法相结合的功能评价模型。在该模型中，首先，运用价值工程中的功能分析建立系统的递阶层次模型，最上层为系统功能实现的总目标，然后依次向下分解为各个子功能，每一层的子功能数目不超过10个。其次，构建两两判断矩阵，根据递阶层次模型，确定了上下层次之间的丛属关系，进而可以建立由上之下的两两判断矩阵。然后，计算单一准则下的功能的相对重要性系数，这一步主要计算在上一层的准则功能下计算下一层的功能重要性的权值，并进行一致性检验，在进行检验时，主要根据一致性指标CI和一致性比例CR来判别矩阵的一致性是否可以接受。当CR<0.1时，满意，反之，则不满意。最后，计算各层的功能的综合性系数，为了计算各层对于实现最高目标功能的权值，需要把各层的各个功能的乘以相应的权值，得出各层对于目标的影响，从而，为决策提供相应的依据。-11- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究3污水处理工艺3.1处理工艺的要求一般来说污水处理的技术包括了化学的、生物的以及物理的处理方法，其中生物和[24]物理的方法应用最多，因为生物和物理方法相对成本较低，见效快。物理的方法一般是对颗粒大小相近的物质主要采用物理的处理方案，具体来说是筛选、截留、或者重力应用的分离，或者通过离心分离等做处理的。污水化学处理如化学除磷、臭氧消毒等通常是通过投加一些常用的化学药剂的反应作用，来实现水中的有害物质的分离，从而实[25]现对污水进行进化的目的。而生物处理的方法包括自然的生物降解和人工投放两种。人工处理一般是采用特定人工投放，来营造利于微生物的环境，从而实现微生物微生物的新陈代谢功能，从而使污水当中的有机物的性质发生改变，那么污水当中的那些有害物质降低、去除。根据不同的微生物的投放种类，一般来说生物处理有厌氧和好氧两种处理方式。针对不同的应用，好氧处理还可以进行细分，区分为生物膜法和活性污泥法[26]两种。活性污泥法其工作原理是将在污水当中持续不断的进行空气的注入，大量的空气注入可以促进水中的微生物能够得到迅速的繁殖，而那些本身生活在活性污泥上的微生物得以大量的繁殖，他们以此为食料进行对污染物的消化，以此来对有机物进行去[27]除，从而使污水得到净化，这是一种自然净化的人工强化法。生物膜法通过在固体填料上形成一种泥状的生物膜并且繁殖了大量微生物，能够起到净化污水的作用。随着污水处理压力的加大，进行污水处理的自动化程度正在不断的提高，因此对于氮、磷的处理的需求也在不断的增加，由此也导致废水生物处理的新工艺的大量产生。这其中，应用最广泛的也是应用生物进行处理的方法，从其原理上来说，主要是其运行的成本投入[28]较低，能够大量节省费用，而且对于有机物的清除能力较好，因而被广泛的应用。一般来说二级强化处理按其不同的操作工艺来说分为三种情况：第一类是依据不同的空间来做分割的连续流的一种工艺，第二类是属于间歇式工艺，第三类则是之前两种的组合。当前相当来说比较成熟的工艺主要有：AB法和氧化沟、A/A/O法、A/O法、UCT[29][30]法、等。第二类的是活性污泥法，主要是将物理的沉淀作用和生物反应两者进行结合。同时不断的发展已经形成了多种形式，比如CASS以及UNITANK等等不同的工艺方法。其中CASS工艺是在SBR工艺基础之上发展起来的一种更适合污水集中处理的工艺，其基本原理同SBR是一样的，在同一个反应单元内完成进水、反应、沉淀、滗水、排泥等工序，与其他处理工艺相比其污水处理工艺大大简化。CASS工艺在技术上又较传统的SBR工艺更为先进合理，也是目前在大中型污水处理厂建设中应用较为广泛成熟的一种。该工艺综合完全活性污泥法的优点，因而非常有效，甚至对于工业废-12- 兰州交通大学工程硕士学位论文[31]水都有较好的处理能力。CASS工艺的基本操作是通过充氧、缺氧和厌氧条件的连续变化达到降低BOD、COD、脱氮消化及除磷的目的，反应池内主要分为选择区和反应区，反应池内污泥从反应区不断循环至选择区以吸收易溶性基质中的降解部分的并促使絮凝体生物生长，氧的供给会在一个预定的时段停止，此时整个系统处于均衡状态，活性污泥中的微粒便不断的沉淀达到池底而形成上清液，上清液在经过特殊设计的滗水器在不扰动污泥层的情况下排除，反应过程中需氧量的降低能被探测到并反馈的中心控制台而引起充氧强度的自动降低，系统因此能始终保持在低耗能、高效率的状态，从而大大降低了污水处理的运行费用。对于污水深度处理工艺由加药、混合反应沉淀、过滤、消毒工艺组成，通过深度处理可以使污水处理尾水达到城市杂用水的标准。3.2价值工程在污水处理工艺的选择应用分析3.2.1污水处理工艺选择原则在进行建设污水处理厂的时候，需要综合考虑多因素的作用，而污水处理工艺方案的选择则对污水处理效果，投资规模，良好运行方面产生重要影响，因此，对于处理工艺方案的选择应当遵循有关的国家和地方的相关标准和原则，在结合污水处理厂的规模，出、入水质的特点，以及当地的实际情况，进行整体设计，选择运行费用低、操作简单、维护方便，并且能够实现污水处理目的的方案。污水处理工艺的选择应当遵循以[32-33]下原则：（1）选择能够很好的适应水质、水量的变化，能够稳定运行，有效的去除污染物，到达出水水质要求的成熟先进的工艺。（2）综合考虑近远期规划要求进行选择。（3）选择的工艺方案要求满足投资费用尽可能少，占地面积少、能耗低的要求。（4）所选工艺应当尽可能的操作简单，维护方便，运行稳定，并且能够根据水质、水量的变化适当进行调整。（5）应当尽可能采用自动化设备，减少人工操作，提高管理水平。（6）所选择的工艺方案适合处理本地的污水水质的特点。3.2.2影响污水处理工艺选择的因素[34-36]（1）国家和地方的相关标准影响，这些标准包括：①有关政策性文件：《建设项目经济评价方法与参数》（第二版），国家计划委员会、国家建设部，时间为1993年4月。-13- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究《城市市政公用设施建设项目经济评价方法与参数实施细则》，国家建设部。《市政工程可行性研究投资估算编制办法》（试行），建标［96］628号建设部，1996年4月。《市政公用工程设计文件编制深度规定》，建设部，2004年3月。②有关环保方面标准性文件：《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）《污水综合排放标准》（GB8978－1996）《恶臭污染物排放标准》（GB14554-84）《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082－99）③有关建设方面标准性文件：《城市污水处理及污染防治技术政策》（建成[2002]124号）《城市污水处理工程项目建设标准》（修订）（2001年）《城市污水处理》（CJB99－103）《工程建设标准强制性条文》（建标[2000]202号）《城镇污水处理厂附属建筑和设备设计标准》（CJJ31－89）《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）④采用的技术规范：《室外排水设计规范》GB50014-2006《室外给水设计规范》GB50013-2006《泵站设计规范》（GB／T50265－97）《给水排水管道工程施工及验收规范》（GBJ50268-97）《建设工程项目管理规范》（GB/T50326-2001）《城市污水生物脱氮除磷设计规程》CECS149：2003《鼓风曝气系统设计规程》CECS97：97《污水再生利用工程设计规范》（GB50335-2002）《城市污水回用设计规范》（CECS61:94）（2）进水水质的影响，进水水质是污水处理工艺选择的前提，并且影响则污水厂的规模、工程投资及运行效果。主要有几个方面的因素影响：排水体制、城市生活水平、城[37]市地域、工业废水的水质问题及排水管网的状况。[38]（3）污水厂规模的大小影响[39]（4）限制用地条件的影响[40]（5）运行管理水平的影响-14- 兰州交通大学工程硕士学位论文3.2.3工艺选择评价体系建立的功能分析根据污水处理工艺的选择原则，结合影响工艺选择的因素、建立层次结构的评价体系，该体系包括了技术：技术性能指标、经济效益指标和运行管理水平指标。在该评价体系中最高层为目标工艺，第2层为指标或准则，第3层对于技术性能来说包括工艺成熟性、脱氮去鳞能力，有机物的去除效果，而在经济方面的指标主要是有能源消耗、成本投入等因素。最下面一层是所提供的备选方案。如图3.1所示。最优方案经济效益技术性能运行管理工程施工有土运维项运占能氮机建技行修施目营地耗磷物及术操管工投成面的的工适作理的资本积去去艺用难难难除除设情易易易效效备况程程程果果情度度度况方案1方案2方案3方案n图3.1污水处理工艺层次结构的评价体系该图概念清晰，易于确定指标的重要程度，采用层次划分，避免由于指标体系的扩展而带来负面影响。-15- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究4污水处理厂工艺方案选择的实证研究4.1工程概况4.1.1纺织工业园区概况西安市纺织产业园区位于陕西省西安市灞桥区灞河东部，洪庆组团南部，距离纺织城核心区约3公里。是以纺织研发、服装、纺织品贸易、新型材料、装备制造等为主导产业的企业社区，同时园区内规划有一定规模的居住区的现代化、生态化的高科技产业园。产业园性质可以概括为：以轻工业为主，并有一定规模居住社区的新型高科技产业园。产业园区占地434.7公顷（6520亩），其中工业用地约168公顷，居住、公共设施用地约266.7公顷。到2020年规划人口规模将达到4.2万人。纺织产业园区位于西安市灞桥区，区域内地势东南高，向西北形成缓坡；地势大多平坦，地面标高为介于406-415米之间，土地广阔，多为村庄、农田。西康铁路从园区西侧通过，312国道由东南向西北贯穿整个园区，西蓝高速与园区隔河相望，绕城高速、东三环、规划地铁一号线（咸阳-临潼）也从该区域西侧通过。园区交通十分便利，对经济发展和对外开放起到重要作用。产业园区主要为农田及未开垦的荒芜土地，仅在园区的北侧及东侧边缘地带为散落的村庄及部分小型工业厂房。区域内共有六个村庄，以及秦东、鲲鹏两个小型铸件厂，居民总数约为5800人。居民及工厂总用水量约为1500立方米/日。居民区供水管网分支多，系统混乱，并且多数管道已老化，渗漏现象严重，居民用水水质难以保证。产业园东北部居住区及小型厂房区基本没有污水排放、收集系统。污水任意排放至地面低洼地带，严重影响了居住环境的质量、居民生活卫生质量。纺织工业园区供水与排水的现状与规划如下：（1）纺织产业园区供水现状与规划①供水现状及存在的问题产业园区主要为农田及未开垦的荒芜土地，仅在园区的北侧及东侧边缘地带为散落的村庄及部分小型工业厂房。区域内共有六个村庄，以及秦东、鲲鹏两个小型铸件厂，居民总数约为5800人。居民及工厂总用水量约为1500立方米/日。居民区供水管网分支多，系统混乱，并且多数管道已老化，渗漏现象严重，居民用水水质难以保证。②水源地规划-16- 兰州交通大学工程硕士学位论文根据《西安市总体规划（2008-2020）》的要求，并结合《西安市纺织企业外迁承接工业园区规划》的内容，在产业园西北方向为灞河水源地，可开采量为6570万立方米/年，水源地内设有洪庆加压站，供水量5万立方米/日。产业园区东部方向为规划的东郊水厂，设计供水规模为33万立方米/日。产业园区供水系统纳入西安市统一供水管网，给水管网近期可从战备路、田洪正街现状给水管接入。远期产业园区供水水源可考虑由东郊水厂提供，并向北与洪庆组团市政给水管网形成统一供水系统，纳入城市供水范围。③供水量规划根据《西安市总体规划（2008-2020）》、《西安市纺织企业外迁承接工业园区规划》及西安市自来水公司编制的供水规划，并结合“西安市人民政府关于印发西安市节水型社会建设实施方案的通知”，综合以上要求及规划结果，确定园区用水量为2.5万立方米/日。④供水管网规划产业园区给水管网采用环状与枝状相结合布置形式。给水管网沿田洪正街---312国道（豁商公路）---30米规划路布置为环状，管径为DN400。各居住区及工业用地给水管从给水主干管引出，根据用户要求，管径分别规划为DN100--DN200。（2）纺织产业园区排水现状与规划①排水现状及存在的问题产业园东北部居住区及小型厂房区基本没有污水排放、收集系统。污水任意排放至地面低洼地带，严重影响了居住环境的质量、居民生活卫生质量。②产业园区排水体制采用雨、污分流制。产业园区所有进驻企业污废水必须经过企业内部污水处理站处理后并达到《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-99）的基本的水质标准可以达标之后，就许可其加入到园区整体污水管道的排除系统当中。而污水厂的处理能够使出水的标准符合《城污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)二级污水处理厂的一级B标准，方可排入灞河。雨水经管道收集后直接排入灞河。③污水排水量计算产业园区生活污水量可以根据城市用水量采用折污系数法确定，折污系数取0.9；工业污废水量为工业生产补充新水量。④雨水排水量计算-17- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究根据《西安市纺织企业外迁承接工业园区规划》的要求，产业园区雨水量的计算如下：2813.583(1+1.317lgP)q=0.9227(t+21.5)公式：参数：设计重现期P=1年地面积水时间t=8—12分钟地面径流系数：科研、公建用地0.55，居住、产业用地0.6⑤排水管网规划污水管网：园区总体地势南高北低，东高西低，污水干管沿园区主要道路由东向西布置，污水最终汇集至沿河岸敷设的污水截留主干管。污水主干管管径为500---600mm，污水截留主干管管径为1000mm。雨水管网：根据《西安市纺织企业外迁承接工业园区规划》的要求，本着雨水就近分散快捷排放的规划原则，考虑到园区南北狭长的地形特征，规划范围内雨水共设2个雨水分区。各分区内雨水经管道由东向西收集至沿河的雨水主干管，由雨水排放口排入灞河。4.1.2工程建设规模和水质概况4.1.2.1工程建设规模概况(1)服务人口根据《西安市纺织企业外迁承接工业园区规划》，到2020年园区规划人口达到4.2万人。(2)综合生活用水根据《室外给水设计规范》（GB50013-2006）中规定：当缺乏实际用水资料时，可按表4.1选用。表4.1综合生活用水定额（L/p·d）城市规模特大城市大城市中小城市用水情况最高日平均日最高日平均日最高日平均日一260～410210～340240～390190～310220～370170～280二190～280150～240170～260130～240150～240110～180三170～270140～230150～250130～230130～230100～170-18- 兰州交通大学工程硕士学位论文由于西安市属于二区中的特大城市，根据上表并结合西安城区多年用水实际，居民平均日综合生活用水量标准定为170L/p·d。到2020年，综合生活用水量Q：42000×170/1000=0.714万m3/d(3)工业用水工业用水量不仅与城市性质、产业结构、经济发展程度有关，同时工业用水量随着主体工业、生产规模、技术先进程度不同，也存在着很大差别。由于纺织产业园工业用地主要为服装、电子、包装等纺织型轻工业，企业内部生产用水循环利用率高，工业用水量主要为企业内部中水水量及生产补充新水水量，本次规划工业用水为生产补充新水，生产补充新水水量取指标的35%。如表4.2所示表4.2工业用水量预测表用地名称用水量指标(万园区用地规模用水量(万工业用水循环利用率m3/km·d)（km）m3/d)一类工业1.5x0.351.040.5565%用地二类工业2.5x0.350.640.5665%用地合计1.11(4)污水量的预测根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）污水量可按当地相关用水定额的80%--90%采用。本次设计生活污水量取生活用水量的90%。工业污废水量与工业生产补充新水量相等。总污水量：0.714x0.90+1.11=1.76万m3/d(5)工程建设规模的确定根据以上规划和预测，结合园区建设发展的实际进度，并考虑污水处理厂建设规模保留一定富余空间。确定纺织产业园区近、远期的设计规模：近期（2015年），设计污水量1万m3/d远期（2020年），设计污水量2万m3/d为节约城市水资源，提高污水的回收利用率，并根据《纺织产业园区污水处理厂项目环境影响评估报告》建议，项目回用水的规模应达到二级生物处理量的50%.-19- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究深度处理设计规模：近期（2015年），设计污水量0.5万m3/d远期（2020年），设计污水量1万m3/d4.1.2.2水质概况污水水质预测污水水质的确定关系到整个污水的处理工艺方面的选择，当然要考虑成本因素。一般来说工程污水的范围包括了工业废水及居民生活污水两部分，污水水质应综合考虑两部分污水水质、水量比例，确定最终的综合污水水质。(1)居民生活污水的水质方面居民生活污水水质应根据调查资料确定，或参照临近城镇、类似工业区和居住区的水质确定。无调查资料时，可以根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）D的有关要求计算确定。由于本工程生活污水水质无法由调查资料确定，本次污水水质的预测采用计算与参照两种结合的方法，确定生活污水水质。①根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）的规定计算按当地的风俗习惯，生活水平等综合因素，以每人每日的干固量和用水量标准进行估算。根据一般经验数据：生活污水的五日生化需氧量可以参考25～50g人日进行预估，我们在这里的设计为40g/人·日再来看悬浮的固体量，正常情况下是40～65g人日进行预估，同样在这里定为50g/人·日总氮则按5～11g人日进行预估，本实验为10g/人·日总磷按0.7～1.4g人日进行预估，本设计确定为1.0g/人·日结合生活污水所占总污水量的比例，经计算生活污水水质各项指标如下：BOD5=140mg/lCODcr=280mg/lSS=175mg/lNH3-N=25mg/lTN=35mg/lTP=3.5mg/l②参考临近污水处理厂进水水质资料计算西安市北石桥污水厂、西安市邓家村污水厂及西安市第四污水处理厂2009年上半年的进厂水的进水水质的平均情况，用表4.3来表述：综合以上两种统计计算的结果，确定产业园区居民生活污水水质各项指标如下：BOD5=230mg/lCODcr=500mg/lSS=380mg/l-20- 兰州交通大学工程硕士学位论文NH3-N=40mg/lTN=50mg/lTP=5mg/l表4.3邻近城市污水处理厂进水水质CODcrBOD5NH3-NTP项目名称SS（mg/L）T-N（mg/L）（mg/L）（mg/L）（mg/L）（mg/L）西安市北石桥680230-30041052555-6污水处厂西安市邓家村610290-33036045675-6污水处厂西安市第四污544302486（300）30-4041-744水处理厂③工业废水水质根据《西安市纺织企业外迁承接工业园区规划》的要求，纺织产业园应以节约能源、保护生态环境、增加就业为原则，用高新技术改造传统制造业，以发展服装、食品、电子、包装、纺织的等轻型一类工业、二类工业为园区主体产业。但目前产业园区仅有三家有意向进驻企业：陕西永春家居用品有限公司、陕西金益服装有限公司、城市轨道交通用逆变电源项目，企业单位数量偏少，并对将来进驻企业的性质不确定等因素，对生产污废水水质的进行预测也是非常困难的。根据《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-99）的规定，确定工业污水的水质指标如下：BOD5=300mg/lCODcr=500mg/lSS=360mg/lNH3-N=35mg/lTN=50mg/lTP=8mg/l同时，参考国内类似性质的园去项目的建设情况，经调查天津纺织产业园污水处理厂的有关情况如下：BOD5=150-200mg/lCODcr=600-800mg/lSS=200mg/lNH3-N=35-40mg/lTN=50mg/lTP=5-6mg/l综合以上两种统计计算的结果，确定产业园区工业废水水质各项指标如下：BOD5=200mg/lCODcr=600mg/lSS=250mg/lNH3-N=35mg/lTN=50mg/lTP=6mg/l④进水水质的确定根据产业园区生活污水、生产废水的水量比例（4：6）及污水总量最终确定进水水质各项指标如下：BOD5≤210mg/lCODcr≤560mg/lSS≤300mg/l-21- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究NH3-N≤37mg/lTN≤50mg/lTP≤5.6mg/l对照我国典型生活污水水质，本工程确定的水质属中等偏高浓度的污水。⑤出水水质确定本工程污水处理后共有两个出路，一是直接排入灞河，二是回用于城市生活杂用水，根据出路的不同，确定各出路水水质如下：二级生物处理后排入灞河部分污水水质要求：排入灞河部分二级生物处理出水的受纳水体是灞河，按国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)要求，“城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时，执行一级标准的A标准，排入GB3838地表水III类功能水域（划定的饮用水源保护区和游泳区除外）、GB3097海水二类功能水域时，执行一级标准的B标准。”并结合《纺织产业园区污水处理厂项目环境影响评估报告》确定的出水水质的要求，确定本部分出水水质执行一级标准的B标准。如表4.4所示。表4.4其排放指标（日均值）序号基本控制项目一级B标准（mg/l）1化学方面的需氧量（CODcr）≤60mg/l2生化方面的需氧量（BOD5）≤20mg/l3悬浮物SS≤20mg/l4动植物油35石油类污染36阴离子表面活性剂情况17NH3–N水温>12℃时≤8mg/l;水温≤12℃时≤15mg/l8TN≤20mg/l9TP≤1mg/l10色度（稀释倍数）3011PH6~912大肠杆菌群数≤104（个/L）深度处理后回用水的水质要求：本次设计回用水主要用于城市道路清扫、城市绿化、冲厕及建筑施工用水等相关城市杂用水水质标准。如表4.5所示。-22- 兰州交通大学工程硕士学位论文纺织产业园区污水经过二级生物处理、消毒后已达到一级标准的B标准可以排入临近的灞河；经深度处理后的回用水可用于浓缩脱水机房的滤布冲洗水、厂区杂用水及厂外城市杂用水。现场图片为生物处理后出水接纳水体--灞河：现场图片表4.5其排放指标（日均值）序号基本控制项目标准（mg/l）1溶解性总固体≤1000mg/l2生化需氧量（BOD5）≤10mg/l3浊度≤5NTU4溶解氧≥1.0mg/l5总余氯接触30min后≥1.0,管网末端≥0.26阴离子表面活性剂≤0.5mg/l7NH3–N≤10mg/l8铁≤0.3mg/l9锰≤0.1mg/l10色度（稀释倍数）3011PH6~912总大肠菌群数≤3（个/L）13嗅无不快感4.2污水处理的两种方案对于污水是否可以采用生化的方法进行处理的情况的选择，以及生物除磷脱氮工艺的选择，主要是取决于原污水当中是否包含了足够微生物成长的营养成分，那么最先需要对相关指标能否满足要求来进行评判。-23- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究纺织产业园区污水处理厂设计进、出水水质及处理程度见表4.6。表4.6污水厂进出水水质及污染物去除率项目名称BOD5CODcrSSNH3-NTNTP污水厂进水水质(mg/L)≤21056030037505.6污水厂出水水质(mg/L)≤20602015201污染物处理程度(％)≥908993606082纺织产业园区污水处理厂进厂污水中营养物比值见表4.7。表4.7污水处理厂进水营养物比值项目BOD5/CODcrBOD5/TPBOD5/TN数值0.38384.3指标0.45203(1)BOD5/CODCr比值一般来说污水BOD5/CODCr的值能够较好的衡量污水的可生化性处理，通常来说如果其数值大于0.45的可生化性方面是最好的，如果是小于0.3的情况则是比较困难的，而小于0.25则是属于不易生化的情况。再来看产业园区的污水厂的进水方面的水质，主要指标如下：BOD5/CODCr=0.38，CODCr=560mg/L，BOD5=210mg/L，综合这些指标来看其可生化性较好，是一般城市污水，因此采用生物处理方法。(2)BOD5／TN二者的比例C/N的比值一般用来判别能否进行有效的脱氮的关键指标。而一般从理论上来看，如果其数值不小于2.86就可以做脱氮的处理，但很多研究表明其数值不小于3.75的条件是最好的状态。我们通过对进水TN的指标综合评价，其比值为4.3，因此是能够进行生物脱氮的。(3)BOD5／TP比值最为对生物除磷进行评判的核心指标。通常来说其数值要能够超过20才是最好的状态，一般来说其比值越大则效果则越明显。通过对进水的水质情况进行综合评估，在本工程当中的BOD5／TP=210/5.6=38，因此判定采用生物除磷的方法。-24- 兰州交通大学工程硕士学位论文以上根据已经确定了的进水的水质以及出水的水质来分析，发现其SS主要可以通过物理的方法进行去除，那么可以说主氨氮、总氮和磷的去除情况其实是决定工艺选择的重要因素。最后，我们根据此前工艺选择的综述，A/O、A/A/O、改良A/A/O、倒置A/A/O、BAF、SBR、等工艺都有一定的局限性。从本工程的建设规模，各部分要求的进出水水质不同等方面的因素综合考虑，选择CASS+混凝沉淀过滤和奥贝尔氧化沟+混凝沉淀过滤工艺进行技术方案比选。4.2.1方案一：CASS生物池+混凝沉淀过滤方案方案一：CASS生物池+混凝沉淀过滤方案的流程框图如图4.1所示。曝园粗格细调水Cass接栅进格气节解生物触区水泵栅沉池酸池消排沙房化毒水池回混园区清无排用合中水水阀入水反系统池滤灞泵应池河房池外污泥污运脱水泥填机房储埋池图4.1CASS生物池+混凝沉淀过滤工艺流程框图（1）CASS工艺具有以下特性：①CASS系统通过正常的一组反应池来代替那些传统的活性污泥处理方法，以及曝气池及二次沉淀池，初次沉淀池、其他变形法的调节池等，因此结构非常的紧凑和简单，操作更加灵活，配额的管线较少，成本投入减少。-25- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究②CASS池能够充分发挥调节池的功能，因此能够较好的适应高峰的流量，而高峰的BOD浓度及有毒化学物质也考虑了其对处理系统所产生的其他作用等方面的因素。③一般来说在运行的开始阶段，污水的流量一般较低，这种情况的CASS池可设置调节液位计值配套的容积，从而可以很好的避免不必要的电耗。④而对于每个反应单体的出水时间方面的因素的综合考虑，需要做到在出现水量的冲击负荷时活性污泥确保能够不流失，从而能够保持CASS在高负荷时有更好的处理表现。⑤一般来说CASS能够实现在固液分离时确保水体本身能够接近静止状态，从而避免短流现象的发生，因而可以实现对相对来说体积较小的活性污泥颗粒的有效的分离，从而提升处理质量。⑥而对于那些能够产生污泥膨胀的丝状菌的情况来说，需要将其在CASS的反应池当中集合不同的反应条件，进行相应的调整。⑦这种方法的适应性是非常强大的，能够面对不同的水质和处理环境，相对；来说其处理的流程更加灵活、容易操作，对于不同的水质有更好的处理效果。（2）主要构（建）筑物设计参数：表4.8方案一：主要构（建）筑物设计参数一览表构筑物设计参数3粗格栅设计流量：1233.33m/h格栅宽度：0.8m栅条间隙：15mm过栅流速：0.57m/s格栅倾角：75度3设计流量：1233.33m/h进水泵房根据处理后污水排出要求的水位和构筑物水头损失以及进水最低水位确定水泵扬程为12.5m，考虑水位变动，选择水泵时取扬程在10～14m之间。3设计流量：1233.33m/h细格栅渠道宽度1.07m，转鼓格栅直径1000mm，栅条间隙为3mm，配电功率1.5kw。3设计流量：1233.33m/h近期停留时间t=6min，远期停留时间3min，流速v=0.06m/s，每格沉砂斗容积3V=5.28m3曝气沉砂池曝气管安装在1.5m的深度，达到良好除砂效果的单位池长的曝气量为30m/h，3每小时空气量为380m/h.设桥式吸砂刮渣机一套，跨度5m，两台吸砂泵及刮渣提耙装置。-26- 兰州交通大学工程硕士学位论文续表4.8构筑物设计参数调节池设计流量：1233.33m3/h停留时间：近期4小时，远期2小时有效容积：2400m3有效水深：6.0m设计流量：1233.33m3/h停留时间：7.9小时水解酸化池分2组设计，每组分为4格，近期运行1组。水解酸化池单组有效容积：4875m3有效水深：6.5m水解酸化池设计超越管线，当进水水质较好且变化幅度不是很大时，进水超越水解酸化池，由调节池直接进入CASS生物池。接触池设计流量为616.7m3/h，接触时间为30min，有效容积为300m3。设计流量：616.7m3/h混合反应沉淀池1座，分为2组。包括如下组成部分：混合池：2座，采用机械搅拌混合，混合时间55秒；混合反应沉淀池反应池：2座，采用机械搅拌反应，反应时间15分钟；沉淀池：2座，采用向上流斜板沉淀池，设计表面负荷7.34m3/m2，平均表面负荷4.96m3/m2；污泥泵池：1座，采用2台潜污泵，1用1备，根据水质变化情况调节排泥时间及间隔。重力式无阀滤池设计流量：616.7m3/h采用双层滤料，正常过滤速度为5.78m/h。清水池设计流量：616.7m3/h设计总有效池容：2000m3回用水泵房安装厂区内回用水水泵2台，1用1备。近期安装厂区外回用水加压泵2台，1用1备，远期增加1台，2用1备。加氯系统：二氧化氯发生器：10kg/h，2kw，2套；盐酸计量泵：27L/h，24w，2台；氯酸钠计量泵：27L/h，24w，2台；3溶液泵：12.5m/h，1.5kw，1台；3动力水泵：15m/h，H=35m，5.5kw；2台；泄酸泵：12.5m3/h，，H=35m，3kw，1台；加氯加药间氯化钠化料器：1.5kw，1台；盐酸储罐：D1750×2050，1台；氯酸钠储罐：D1380×1390，1台；加药系统：液压隔膜计量泵：2台（1用1备）流量240L/h，扬程50m电机功率0.37kw溶液罐：2套，直径1.5m，罐深1.5m储药罐：1套，直径1.5m，罐深1.5m粉末活性炭投加装置：1套，储罐能力5T-27- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究续表4.8构筑物设计参数储泥池贮存4.0小时平均泥量污泥干固量：近期2798.5kgds/d，远期5597kgds/d；污泥浓缩脱水机房脱水前污泥含水率：99.2%脱水后泥饼含水率：75～80%3脱水后泥饼体积：24.77m（3）主要构（建）筑物规格尺寸：表4.9方案一：主要构（建）筑物规格尺寸一览表构筑物名称规格尺寸结构单位数量备注粗格栅及进水泵房：框架结构，尺寸：20×15×H地上10.5m，粗格栅及进水泵房钢砼座1粗格栅3.5×10×H地下6.15m，泵池9×7×H地下8.5m细格栅间15×15×H地上10.5m，轻钢细格栅间座1细格栅7×10×H地上2m钢砼曝气沉砂池曝气沉砂池5×11×地上3m钢砼座1有效容积：2400m3半地下，调节池钢砼座1尺寸：20×20×6.5m有效容积：4875m3半地下，远期增水解酸化池钢砼座1尺寸：30×25×6.5m加一座选择池：2×18×7m×4格远期增CASS生物池钢砼座1主曝气池：26×18×7m×4格加一座接触池15×5×3.5m钢砼座1鼓风机房20×15×6.9m框架座1加氯加药间30×7.8×6.5m框架座1混合反应沉淀池14×16×6.25+3×6×4m钢砼座1远期增滤池：7×3.6×4.25×2座重力式无阀滤池钢砼座1加一座废水池：1.5×3×6.25×2座-28- 兰州交通大学工程硕士学位论文续表4.9构筑物名称规格尺寸结构单位数量备注远期增清水池15×15×5m钢砼座1加一座回用水泵房15×8×6.9m框架座1储泥池5×5×6.5m钢砼座1污泥浓缩脱水机房32×17×9m+12×10×5.0m（泥棚）框架座14.2.2方案二：奥贝尔氧化沟+混凝沉淀过滤方案方案二：奥贝尔氧化沟+混凝沉淀过滤方案流程框图如图4.2所示。曝园粗格细调水奥贝沉气区栅进格节解尔氧淀沉排水泵栅池酸化沟池沙水房化池回混园区清无接用合中水水阀触水反系统池滤消泵应池毒房池外污泥污排运脱水泥入填机房储灞埋池河图4.2奥贝尔氧化沟工+混凝沉淀过滤工艺流程框图（1）奥贝尔氧化沟具有以下特性：①氧化沟内单个渠道形成循环流，为完全混合式，流速一般为0.2～0.3m/s，一天内循环上百次甚至上千次，可以稀释进水浓度，耐冲击负荷能力强，同时，整个池子呈推流式，出水水质好；-29- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究②工艺本身可形成缺氧段、好氧段，具有一定的脱氮除磷处理效果；③由于氧化沟工艺一般采用曝气转刷、曝气转碟或倒伞型叶轮曝气等表面曝气方式完成向污水中充氧的过程，其充氧动力效率较之微孔曝气要低，运行能耗比微孔曝气充氧方式较大；④由于表面曝气方式限制了氧化沟的水深，故氧化沟工艺占地面积较大。（2）主要构（建）筑物设计参数：表4.10方案二：主要构（建）筑物规格尺寸一览表构筑物设计参数3设计流量：1233.33m/h格栅宽度：0.8m粗格栅栅条间隙：15mm过栅流速：0.57m/s格栅倾角：75度3设计流量：1233.33m/h进水泵房根据处理后污水排出要求的水位和构筑物水头损失以及进水最低水位确定水泵扬程为12.5m，考虑水位变动，选择水泵时取扬程在10～14m之间。3设计流量：1233.33m/h细格栅渠道宽度1.07m，转鼓格栅直径1000mm，栅条间隙为3mm，配电功率1.5kw。3设计流量：1233.33m/h近期停留时间t=6min，远期停留时间3min，流速v=0.06m/s，每格沉砂斗容3曝气沉砂池积V=5.28m曝气管安装在1.5m的深度，达到良好除砂效果的单位池长的曝气量为3330m/h，每小时空气量为380m/h.设桥式吸砂刮渣机一套，跨度5m，两台吸砂泵及刮渣提耙装置。3设计流量：1233.33m/h。停留时间：近期4小时，远期2小时3调节池有效容积：2400m有效水深：6.0m3设计流量：1233.33m/h停留时间：7.9小时水解酸化池分2组设计，每组分为4格，近期运行1组。3水解酸化池单组有效容积：4875m有效水深：6.5m水解酸化池设计超越管线，当进水水质较好且变化幅度不是很大时，进水超越水解酸化池，由调节池直接进入CASS生物池。3设计流量：1233.33m/h单池设计尺寸：24×6×5.5厌氧池有效水深：5.0m停留时间：1.17hr-30- 兰州交通大学工程硕士学位论文续表4.10构筑物设计参数33设计流量：1233.33m/h单池设计水量：Q=0.12m/s总池容：12000m3奥贝尔氧化沟内沟宽：6m，中沟宽：7m，外沟宽：8.5m，有效水深：h=4.5m污泥负荷：Ns=0.06kgBOD5/kgMLSS.d混合液浓度：4000mg/L近期：污泥产量：1980kgDS/d；终沉池为中心进水周边出水的形式，近期建设1座。32终沉池表面负荷：0.87m/m·hr出水堰负荷：0.984L/m.s设计沉淀时间：3.5hr33接触池设计流量为616.7m/h，接触时间为30min，有效容积为300m3设计流量：616.7m/h混合反应沉淀池1座，分为2组。包括如下组成部分：混合池：2座，采用机械搅拌混合，混合时间55秒；混合反应沉淀池反应池：2座，采用机械搅拌反应，反应时间15分钟；32沉淀池：2座，采用向上流斜板沉淀池，设计表面负荷7.34m/m，平均表面32负荷4.96m/m；污泥泵池：1座，采用2台潜污泵，1用1备，根据水质变化情况调节排泥时间及间隔。3重力式无阀滤池设计流量：616.7m/h采用双层滤料，正常过滤速度为5.78m/h。33清水池设计流量：616.7m/h设计总有效池容：2000m回用水泵房安装厂区内回用水水泵2台，1用1备。近期安装厂区外回用水加压泵2台，1用1备，远期增加1台，2用1备。加氯系统：二氧化氯发生器：10kg/h，2kw，2套；盐酸计量泵：27L/h，24w，2台；氯酸钠计量泵：27L/h，24w，2台；3溶液泵：12.5m/h，1.5kw，1台；3动力水泵：15m/h，H=35m，5.5kw；2台；泄酸泵：12.5m3/h，，H=35m，3kw，1台；加氯加药间氯化钠化料器：1.5kw，1台；盐酸储罐：D1750×2050，1台；氯酸钠储罐：D1380×1390，1台；加药系统：液压隔膜计量泵：2台（1用1备）流量240L/h，扬程50m电机功率0.37kw粉末活性炭投加装置：1套，储罐能力5T溶液罐：2套，直径1.5m，罐深1.5m储药罐：1套，直径1.5m，罐深1.5m-31- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究续表4.10构筑物设计参数3污泥泵池按污泥回流比为100%计算，污泥回流量为Q=0.23m/s，近期设计污泥回流量33为Q=0.12m/s，剩余污泥量为275m/d。储泥池贮存4.0小时平均泥量污泥干固量：近期2798.5kgds/d，远期5597kgds/d；污泥浓缩脱水机房脱水前污泥含水率：99.2%脱水后泥饼含水率：75～80%3脱水后泥饼体积：24.77m（4）主要构（建）筑物规格尺寸：表4.11方案二：主要构（建）筑物规格尺寸一览表构筑物名称规格尺寸结构单位数量备注粗格栅及进水泵房：框架结构，尺寸：轻钢20×15×H地上10.5m粗格栅及进水泵房钢砼座1粗格栅3.5×10×H地下6.15m泵池9×7×H地下8.5m细格栅间15×15×H地上10.5m轻钢细格栅间座1细格栅7×10×H地上2m钢砼曝气沉砂池曝气沉砂池5×11×地上3m钢砼座13有效容积：2400m半地下，调节池钢砼座1尺寸：20×20×6.5m3有效容积：4875m，半地下远期增水解酸化池钢砼座1尺寸：30×25×7m加一座远期增厌氧池24×6×8m钢砼座2加一座3总池容12000m，内沟宽6m，中沟宽7m，远期增奥贝尔氧化沟钢砼座2外沟宽8.5m，有效水深4.5米加一座远期增终沉池D×H=Ф30m×5.2m钢砼座2加一座接触池15×5×5.0m钢砼座1加氯加药间30×7.8×6.5m框架座1混合反应沉淀池14×16×6.25+3×6×4m钢砼座1-32- 兰州交通大学工程硕士学位论文续表4.11构筑物名称规格尺寸结构单位数量备注滤池：8×4×4.25远期增重力式无阀滤池钢砼座1废水池：3×3×6.25×2座加一座远期增清水池15×15×5m钢砼座1加一座回用水泵房15×8×6.9m框架座1污泥泵房12×7×5.5m钢砼座1储泥池5×5××6.5m钢砼座1污泥浓缩脱水机房32×17×9m+12×10×5.0m（泥棚）框架座14.2.3方案优选根据第三章所建立的指标评价体系，从最上层功能实现开始，进行比较，然后第二层是技术指标，包括四个方面，经济效益，技术性能，运行管理效益、以及工程实施，第三层为是方案选择的影响因素，包括项目的总资本，运营成本，占地面积等，最后对方案一和二进行优选。（1）功能实现。本工程的部分出水要达到一级B标准，通过采用较长的泥龄和选择合理的生物池池型，除磷以外的污染物可以达到一级B标准，仅采用生物处理，出水TP很难达到1.0mg/l，所以为了保证出水水质的要求，污水厂必须采用生物处理加化学法除磷工艺。本工程回用水部分的出水水质要达到生活杂用水的水质要求，通过选用较常用，且运行稳定、可靠、管理经验丰富的的混合反应沉淀+过滤的方式，能够达到出水水质的要求。在两个备选方案流程设计中，与常规生活污水处理工艺比较都增加调节池与水解酸化池两个构筑物。由于本工程污水的特性，要求处理工艺首先要具备抗冲击负荷并适应水质水量波动的能力，因此本工程设计了调节池，这也是目前较为常用的做法。水解酸化工艺是针对本工程污水中存在难降解物质、色度高等问题而采用的专项处理措施，尤其针对本工程出水色度达标起到至关重要的作用。该工艺是目前处理纺织等难生物降解废水公认的处理技术，国内有大量的工程实例。通过水解酸化使可生化性很差的某些高分子物质和不溶性物质，可以降解为小分子物质和可溶性物质，提高了可生化性，为后续好氧生化处理创造了条件。在水解酸化池中首先是大量的微生物将水中颗-33- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究粒物质和胶体物质截留吸附，在很多的水解细菌的不同反应之下，原本是不溶性的有机物可以发生变化而水解，并依靠产酸菌的作用而将那些降解困难的物质以及原本分子较大的物质进行转化，从而成为小分子的物质。由于本工程污水以工业污水为主，生活污水为副，水解酸化阶段时间的控制对于后续生物处理效果的影响很大，因此本工程设计参考类似工程设计基础之上，适当缩小了水力停留时间，并考虑超越措施。在两个备选方案中，主要区别在于生物处理阶段生物池型、供氧方式的区别，因此方案一和方案二均可以实现其功能。(2)经济效益比较经济效益的比较主要从项目的总投资、运营成本、占地面积、能耗四个方面进行比较，结果如表4.12所示。表4.12方案经济效益成果比较表数量序号项目单位（方案一）（方案二）CASS生物池+混凝沉淀过滤奥贝尔氧化沟+混凝沉淀过滤1项目总投资万元6115.446310.59污水处理厂工程4961.265107.852万元费用33单位水总成本元/m2.363.102.2634单位水经营成本元/m1.5535单位水量电耗kw.h/m0.731.056占地面积亩约50亩约55亩从表4.12中可以看出方案一的总投资，运营成本、能耗、以及占地面积均小于方案二。（3）技术性能比较技术性能主要从氮磷的去除效果、有机物的去除效果、运行的稳定性及技术的适应情况进行比较，比较结果如表4.13所示。-34- 兰州交通大学工程硕士学位论文表4.13技术性能比较表项目（方案一）（方案二）CASS生物池+混凝沉淀过滤奥贝尔氧化沟+混凝沉淀过滤氮磷去除效果良好良好有机物去除效果良好良好土建及工艺设备情况土建投资少，工艺设备复杂性土建投资相对较多，工艺设备复低杂性高技术的适应情况适应各种规模，对水质水量变适应各种规模，对水质水量变化化适应性强。适应性一般。从表4.13可以看出，方案一对于水质水量的变化适应性强，稳定性好，适用于各种规模的污水处理厂。表4.14是两种方案的土建及主要设备比较表。表4.14工艺方案土建及主要设备比较表项目方案1－CASS生物池+混凝沉淀过滤方案2－奥贝尔氧化沟+混凝沉淀过滤粗格栅及进水泵房：框架结构，尺寸：20×15×H地上10.5m粗格栅：钢筋混凝土结构，尺寸3.5×10×H地下6.15m泵池：钢筋混凝土结构，尺寸9×7×H地下8.5m回转式粗格栅1台B=800mmb=15mmN=1.5kw粗格栅及进皮带输送机1台B=500mmL=5mN=1.1kw水泵房铸铁镶铜方闸门2套600mmx600mm3潜污泵3台（2用1备）Q=308m/hH=12.5mN=15kw电动葫芦1台Gn=1tN=3.0kw铸铁镶铜方闸门2套600mmx600mm细格栅间：框架结构，尺寸：15×15×H地上10.5m细格栅：钢筋混凝土结构，尺寸7×10×H地上2m曝气沉砂池：钢筋混凝土结构，尺寸5×11×地上3m转鼓式楔形细格栅1台φ=1000mme=3mmN=1.5Kw细格栅间及无轴螺旋输送机1台φ=260mmL=6.0mN=1.5kW曝气沉砂池电动葫芦1套H=6mN=0.4kWG=2t手动渠道闸门4台600mm×1000mm砂水分离器：1台处理量Q=20L/S,P=0.55KW刮砂机：桥式吸砂刮渣机一套，跨度5m。-35- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究续表4.14项目方案1－CASS生物池+混凝沉淀过滤方案2－奥贝尔氧化沟+混凝沉淀过滤钢筋混凝土结构3尺寸：20×20×6.5m，有效容积：2400m调节池潜水搅拌器6套，电机功率9KW.手动铸铁镶铜方闸门：4台，每台规格尺寸为700mm×700mm。3潜水泵：3台，流量Q=308.0m/h，扬程H=11m，功率N=13Kw钢筋混凝土结构3水解酸化池尺寸：30×25×7m，有效容积：4875m手动铸铁镶铜方闸门：4台，每台规格尺寸为700mm×700mm。钢筋混凝土结构厌氧池无此构筑物1座，尺寸：24×6×5.5m潜水搅拌器4台，1.5kw。钢筋混凝土结构1座，共4格，尺寸如下：选择池：2×18×7m×4格主曝气池：26×18×7m×4格钢筋混凝土结构潜水搅拌器8台，每台配电机功率3总池容12000m，内沟宽6m，中N=2kw；沟宽7m，外沟宽8.5m，有效水深4.53污泥回流泵4台，Q=85m/h，米H=5m，N=2kw；深水型推流式曝气机4台，单机功3剩余污泥泵4台，Q=25m/hr，率：N=25+2.2kWH=10m，N=1.5kw；深水型推流式曝气机4台，单机功生物池3膜片微孔曝气器供气量为2Nm/h，率：N=18+2.2kW每格曝气池安装1297个，近期共计5188深水型推流式曝气机4台，单机功个；率：N=15+2.2kW电动下开式闸门：4套，2.0m×0.5m；悬挂推进式旋转式滗水器8台，滗3水量为400m/h，驱动功率为1.5kw。钢筋混凝土结构尺寸：D×H=Ф30m×5.2m终沉池无此构筑物周边传动刮吸泥机1台φ=30m，N=0.75KW接触池钢筋混凝土结构尺寸：15×5×5.0m-36- 兰州交通大学工程硕士学位论文续表4.14项目方案1－CASS生物池+混凝沉淀过滤方案2－奥贝尔氧化沟+混凝沉淀过滤钢筋混凝土结构设计尺寸：14×16×6.25+3×6×4m3污泥泵：2台，流量Q=10.0m/h，扬程H=8m，功率N=2.1Kw混合反应沉混合搅拌器：1套，功率5kw淀池反应搅拌器：3套，每套功率2.2kw双钢丝绳牵引刮泥机：1套，与沉淀池配套，功率1.1kw。重力式无阀钢筋混凝土结构设计尺寸：7×3.6×4.5m×2座。滤池废水池设计尺寸1.5×3×6m×2座。清水池钢筋混凝土结构设计尺寸：15×15×5m框架结构尺寸：15×8×6.9m3回用水泵房厂区内回用水加压泵2台，流量Q=30m/h，扬程H=25m，功率N=3Kw。3厂区外回用水加压泵2台，流量Q=310.0m/h，扬程H=30m，功率N=30Kw。框架结构尺寸：20×15×6.9m多级离心鼓风机：3台，2用1备，单台风量：Qmax=340m/min，出口风压：70kpa，配套电机功率：N=75kW罗茨鼓风机：鼓风机房2台，1用1备，单台风量：Qmax无此构筑物3=6.3m/min,出口风压：40kpa，配套电机功率：N=4kw.配件包括进气过滤器、进气消音器、止回阀、排放阀、防震器和机组固定件、消音罩、机旁控制柜和主控制柜等。钢筋混凝土结构尺寸：12×7×6m污泥泵池无此构筑物污泥回流泵：2台（1用1备），3Q=420m/hH=8mP=20kw剩余污泥泵：2台（1用1备），3Q=35m/hH=10mP=4.8kw钢筋混凝土结构尺寸：5×5×6.5m储泥池潜水搅拌曝气器4台每台配电机功率N=1.5KW-37- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究续表4.14项目方案1－CASS生物池+混凝沉淀过滤方案2－奥贝尔氧化沟+混凝沉淀过滤框架结构尺寸：30×7.8×6.5m加氯设备：二氧化氯发生器：10kg/h，2kw，2套；盐酸计量泵：27L/h，24w，2台；氯酸钠计量泵：27L/h，24w，2台；3溶液泵：12.5m/h，1.5kw，1台；3动力水泵：15m/h，H=35m，5.5kw；2台；3泄酸泵：12.5m/h，，H=35m，3kw，1台；氯化钠化料器：1.5kw，1台；盐酸储罐：φ1750×2050，1台；加氯加药间氯酸钠储罐：φ1380×1390，1台；加药设备：液压隔膜计量泵：流量40L/h，扬程50m，电机功率0.37kw，2台（1用1备）；溶液罐：直径1.5m，罐深1.5m，2套；储药罐：直径1.5m，罐深1.5m，1套；粉末活性炭投加装置：储罐能力5T，1套；近期加氯加药量：氯酸钠：81.4kg/d31%盐酸：207.2kg/dPAC:121.9kg/d粉末活性炭：500kg/d框架结构尺寸：32×17×9m+12×10×5.0m（泥棚）带式浓缩压滤机：3数量2台（1用1备）带宽：1.5m；单机功率：P=（1.1+2.2）kW；Q=22-30m/h。3空压机：数量2台（1用1备）流量：0.36m/min压力：H=0.8MPa功率：P=3.0kW絮凝剂制备设备：数量1套，制备能力：500-2000L/h污泥浓缩脱3进泥泵（螺杆泵）：数量2台（1用1备），Q=30m/hH=30mP=7.5kW水机房3加药螺杆泵：数量2台，Q=0.2-2.0m/h,，H=20m，功率：2.2kW水平螺旋输送机：数量1套，尺寸：D=320mm，L=14m，装机功率：3.0kW倾斜螺旋输送机：数量1套，尺寸：D=320mm，L=8m，装机功率：3.0kW近期加药量：PAM：10.3kg/d；(4)运行管理效益比较主要从运行操作和维修管理的难易程度进行比较，如表4.15所示。-38- 兰州交通大学工程硕士学位论文表4.15运行管理比较表（方案一）（方案二）项目内容和含义CASS生物池+混凝沉奥贝尔氧化沟+混凝淀过滤沉淀过滤运转操作操作单元多少和方便程度较少，较复杂较少，较简单维修管理维修工作量和难易程度管理要求高，维修量管理要求低，维修量较大较少从4.15表中可以看出，方案一运行操作的单元较少，较复杂，维修管理要求高，维修量大，方案二，运行操作较简单，管理要求低，维修量较少。(5)工程施工主要从工程实施的难易程度和施工的难易程度进行比较，如表4.16所示。表4.16工程施工比较表（方案一）（方案二）项目内容和含义CASS生物池+混凝沉奥贝尔氧化沟+混凝沉淀过滤淀过滤实施实施难易程度较容易较容易施工施工难易程度较容易较难从4.16表中可以看出，对于方案二来说，施工较难。(6)方案的优选根据以上的方案比选和分析，两种方案各有优缺点。CASS生物池工艺（方案一）系统运行稳定，处理效果好，投资较小，运行费用较低。奥贝尔氧化沟工艺（方案二）投资较高，运行费用较高，日常维护管理方便，工作量小。由于纺织产业园区污水处理厂近期随着运行年限的增加，总水量逐渐缓慢增加；且短时间内运行的进水水质、水量波动较大，因此在工艺选择上应优先选用调节能力强、运行稳定可靠、节能效果显著、卫生环境好的工艺方案。综合上述分析，经技术经济比较后最终CASS生物池+混凝沉淀过滤工艺（方案一）作为设计推荐方案。-39- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究4.3运用价值工程原理和层次分析方法优选污水处理方案然而，上述比较是一种通过直观性的，没有给出定性的比较方法，下面采用价值工程与层次分析法相结合的方法来对两种方案进行比较，给出一种科学比较方法的依据。污水处理方案的选择应根据所建立的方案评价指标体系，综合考虑其环境效益，社会效益和经济效益等，从备选方案中优选出最优方案。因此对于污水处理工程方案的设计应该集所有相关部门的集体智慧，利用价值工程原理和层次分析法有计划，有组织地进行分析、选择，优选出最佳污水处理方案。(1)建立优选污水处理厂方案功能层次模型的步骤:①选择污水处理厂方案为价值工程的研究对象；②收集和整理污水处理厂方案的相关信息情报资料；③功能分析和功能评价。(2)功能分析功能分析是对研究对象进行系统地分析其功能并采用科学地方法评价其重要性的过程，是价值工程的核心。根据上一章所给出的评价体系，以西安纺织工业园污水处理厂方案为研究对象，根据实际的情报资料和系统的逻辑关系，建立其功能系统图如图4.3所示。项目投资运营成本经济效益占地面积能耗氮磷的去除效果有机物的去除效果技术性能最优方案土建及工艺设备情技术适用情况运行操作难易程度运行管理维修管理难易程度工程施工施工的难易程度图4.3污水处理厂功能系统图-40- 兰州交通大学工程硕士学位论文根据污水处理厂的实际情况，现有两种方案。方案一：CASS生物池+混凝沉淀过滤方案方案二:奥贝尔氧化沟+混凝沉淀过滤方案现依据评价体系对两种方案进行打分，如表4.17所示。表4.17污水处理方案的评价指标方案项目总运营占地能耗氮磷有机土建技术运行维修工程投资成本面积去除物的及工适应操作管理施工效果去除艺设情况效果备情况方案6115.441.55约500.73良良良优中中良1亩方案6310.592.26约581.05良良中一般良良中2亩(3)对功能的评价综合使用层次分析的方法来确定功能评价的具体的系数值（F）。①首先是对层次结构图进行构建。如图4.3所示。AB1B2B3B4C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11D1D2图4.4污水厂工艺方案层次结构图-41- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究图4.4所代表构造层次结构图，需要考虑具体的总目标，以及所涉及到的不同的要素，这些都是需要综合考虑的。污水处理厂方案的最优方案作为层次结构模型的目标层A。作为选择的依据第2层为准则层其中包含B层和C层，从左到右依次为B层中的B（经济效益）、B（技术性能）、B（运行管理效益）、B（工程施工）。从1234上到下，C层为对应于B层的具体指标C（项目的总体投资情况）、C（成本）、C（所123使用的土地的面积）、C（能耗）、C（氮磷去除效果）、C（有机物的去除效456果）、C（土建及工艺设备情况）、C（技术使用情况）、C（运行操作的难易程度）、789C10（维修管理的难易程度）、C11（施工难易程度）。第3层为方案层D包含两个方案方案1和方案2，即可供选择的污水处理厂方案。②判断矩阵的构建。按功能层次结构图的从属关系和1−9标度法来构建判断矩阵。这其中的做法是：根据上一层次的某个因素A，采用采用1−9标度法对当前因素B…i1B重要性进行两两比较并给出判断，得到数值b(i,j=1,2...n)（b=1，bij=1/b，且nijiijib>0），从而建立判断矩阵。ij③通过判断矩阵来计算单一层次下因素的相对权重，并进行一致性检验。最大特征根λ以及对应的特征向量W是通过计算判断矩阵A并且满足条件等式maxAM=λW而获得的，对所得的特征向量W进行归一化处理，即为单一层次相应因素max权重向量。在获得到λ后，做一致性检验。可按如下步骤进行：maxλ−nmax一致性判断指标计算CI，CI=式中：n为判断矩阵的阶数；n−1平均随机性一致性指标RI，对于1−15阶矩阵，RI的值见表4.18；表4.18一致性指标阶数12345678910RI000.580.891.121.261.361.411.461.49CI进行一致性的计算CR，CR=,如果CR<0.1的条件下，判断矩阵的一致性则可RI以判定为是可以接受的。对于西安纺织工业园污水处理厂的各个因素的判断矩阵的构建，如表4.19所示。-42- 兰州交通大学工程硕士学位论文表4.19A-B的判断矩阵ABBBBW1234B11350.41221B11230.32872B1/31/2130.11753B1/51/31/31/30.08164λ=4.0788CI=0.0263CR=0.0292max单层次的一致性检验结果如表4.20所示，从表中可以看出所有的判断矩阵都通过了一致性检验。表4.20单层次相对权值及一致性检验排序层单位向量权重值最大特征值CICRA−B()0.41220.32870.11750.08160.40780.02630.0292B−C()0.68890.21420.08160.01530.30850.01450.04101B−C()0.40120.37580.11570.10730.30920.04820.04822B3−C(0.75000.2500)200B−C(0.25000.7500)2004C−D(0.53940.4606)3.05360.02960.00181C−D(0.52450.4755)3.05360.05640.04952C3−D(0.41280.5872)3.00750.03280.0212C−D(0.54160.4587)3.03850.01880.00544C5−D(0.78960.2104)3.03180.02860.0328-43- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究续表4.20排序层单位向量权重值最大特征值CICRC6−D(0.32340.6766)30.03270.0202C7−D(0.58920.4108)3.03850.02840.0323C8−D(0.41820.5818)30.03110.0042C9−D(0.60210.3919)3.03850.02100.0364C10−D(0.47280.5272)3.03850.01210.0194C−D(0.46230.5377)3.03150.01080.032611④求解层次的总排序权重，即组合权系数。组合权数，是上一层的权值乘以下一层次所有因素权值的和，设上一层的所有因素为A1，…，Am权值为TA=(a1,a2,...,am)，当前层次上的因素为B1，B2，…，Bn，其权向量为mmiii()iiiT∑a1w1∑aiwnW=W,W,…,W12n，那么当前层次的组合权系数为：i=1，…i=1。以此类推，可求得最底层的D层的组合权系数，因为最底层D层的组合权系数之和为1，因此其最底层D层的组合权系数也可以看作是价值工程当中的不同功能系数F。再进行价值工程中的成本系数（C）和价值系数（V=F/C）确定，从而可以得出最终的优选方案。对于西安纺织工业园区污水处理方案的组合系数可以通过计算得到，经过计算，D=0.5283D=0.4717得出方案一的1,方案二的2,此即为两个方案的功能系数。各方案成本C=对于成本系数的计算，可以通过公式方案成本之和，得出方案一的成本为C=0.4921C=0.50791，方案二的成本系数为2，根据公式V=F/C，可以得出，方案V=1.07V=0.93一的价值系数为1,方案二的价值系数为2。方案一与方案二的各项系数见表4.21。从以上不同的价值系数上我们看出，对于方案一来说其价值系数相对来说较高，那么方案一可以作为优选方案。-44- 兰州交通大学工程硕士学位论文表4.21方案一与方案二的各项系数方案CFV方案一0.49210.52831.07方案二0.50790.47170.93-45- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究5结论与展望5.1结论我国水资源污染严重，大力兴建污水处理厂是解决这一问题的行之有效的方法。污水处理工艺的选择对于污水处理厂的建设方案起到极为重要的作用，它影响着污水处理厂的投资规模、运行费用、出水效果、操作管理等方面。但是，我国的污水处理工艺的比选还处于一种比较初级的阶段，评选人员的判断存在较大的随意性。如何采用科学的方法对污水处理工艺方案进行优选是一个需要迫切解决的问题。价值工程的核心是功能评价，是从合理利用资源开始发展起来一门软科学技术，从技术和经济角度两者相结合来研究如何改进产品，系统或服务的价值，降低成本以取得良好的经济效益，是一个寻求最佳的技术经济效益现实有效方法是与经济相结合的学科。从根本上说，价值工程是用来满足用户使用要求的，以提高产品价值为目标，以功能创新为核心，以市场检验为标准，进行有组织、有计划、有步骤地工作。在进行功能分析时打分容易受主观性和随意性干扰，层次分析法采用了实对称判断矩阵计算每一个因素的权值，并进行一致性检查，能够很好的杜绝打分的随意性，弥补了以往凭经验进行方案优选的缺陷本文简单地阐述了价值工程和层次分析法相结合的基本原理，利用价值工程建立了污水处理工艺评价体系，利用价值工程和层次分析法结合污水处理工艺的特点对污水处理厂项目设计方案的优化和选择进行了必要的分析，并最终选择出合理的方案，通过论文的研究得出以下结论：(1)污水处理工艺的选择关系到污水厂的投资规模、运行、管理等方面，因此，对于污水厂的建设来说，方案的选择主要是污水处理工艺的选择。(2)根据污水处理工艺的特点以及污水处理的工艺选择原则，结合选择影响污水处理工艺方案选择的因素，建立了污水处理工艺的评价体系。(3)价值工程和层次分析法相结合的功能层次模型，在分析和评价方案时，能够给出定性和定量分析，克服了价值工程中的随意性，能够很好的对方案进行评价。5.2展望价值工程作为系统性方法而广泛应用，也是一种应用广泛的交叉学科，尽管相对比其他国家来说我国的起步较晚，还没得到广泛推广应用，尤其对于污水处理行业。我国的污水处理行业正处在高速发展时期，因此价值工程和层次分析法相结合在污水行业的应用是大有潜力的。本文虽然从污水厂处理工艺的设计方案的优选进行了应用研究，由于作者的水平、时间方面非常有限，还存在较多问题有待解决。-46- 兰州交通大学工程硕士学位论文评价指标难以量化确定，采用指数法解题时存在较大的人为因素，为使得对方案的评价更加科学客观，应该建立一套科学严谨、规范的评价体系。对于研究对象量化方面有较高的难度，方案的经济影响因素是多方面的，应进行全面的分析和比较。-47- 价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究参考文献[1]张勤,张建高.水工程经济[M].北京:中国建筑工业出版,2002.[2]冯杰.城市污水处理综合比选研究[D].重庆:重庆大学硕士学位论文,2007[3]王恩茂.应用价值工程，优化工程设计[J].价值工程，1995,12(05):12-15.[4]武献华,宋维佳,屈哲.工程经济学[M]，第三版.大连：东北财经大学出版社，2007:255-256.[5]MasayasuTanaka.Newapproachtothefunctionevaluationsysteminvalueengineering[J].InternationalJournalofProductionResearch,1985,23(4).[6]SadiAssaf,AhmadI.AlMusallami,M.AlSughaiyer.ValueengineeringinpublicconstructionprojectsinSaudiArabia[J].BuildingResearch&Information(IF1.989),1996,24(3).[7]Jean-PierreWolff.IntegrationofvalueengineeringinTotalQualityManagementforscienceandtechnologyserviceenhancement[D].WaldenUniversity,1998.[8]JudithMarianneFisher.Themodificationofvalueengineeringforapplicationinthepetrochemicalindustry[D].Canada:UniversityofCalgary,1999.[9]MohammedA.DahimHussain.Valueengineeringexpertsysteminsuburbanhighwaydesign(VEESSHD)[D].UniversityofPittsburgh,2001.[10]A.M.Abd,S.M.Abd,A.Ismail.UtilizationofValueEngineeringtoOptimizeConcretingProductivity[J].JournalofAppliedSciences,2008,8(19):3479.[11]BogdanCatalinVINTILA.BookReviewonQUALITYMANAGEMENTANDVALUEENGINEERING(“MANAGEMENTULCALITATIISIINGINERIAVALORII”)byIonIONITA,ASEPrintingHouse,Bucharest,2008[J].JournalofAppliedQuantitativeMethods,2009,4(1):122.[12]CharlesY.J.Cheah,SengKiongTing.AppraisalofvalueengineeringinconstructioninSoutheastAsia[J].InternationalJournalofProjectManagement,2004,23(2):151-158.[13]王文静.价值工程在建设项目全生命周期造价管理中的应用研究[D].湖北：武汉理工大硕士学位论文,2006[14]赵扭,王乃静.价值工程[M].济南:山东人民出版社,2000[15]毛健.跨区域房地产开发的成本控制[D].上海：华东师范大学硕士论文.[16]孙继德，尤建新.建设项目的价值工程（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2011[17]高玲玲.桥梁全寿命周期成本分析[D].北京工业大学硕士学位论文，2008[18]黄闻，余伶伶.工程设计阶段的造价造价控制是工程建设造价控制的关键点[J].江西化工，2011：147-149[19]刘益惠.浅析工程设计阶段的造价控制[J].中华建设科技,2011(6)：61-63[20]任利锋.浅谈价值工程在市政工程项目管理中的应用[J].价值工程，2011，12（09）:12-16.[21]徐德慧.基于AHP和Fuzzy的昆明市政府科技项目投入绩效评价研究[D].昆明:云南大学硕士论文，2012.[22]许树柏.层次分析法原理[M].灭津:天津大学出版社,1988.[23]刘滢.基于价值工程理论的体育馆天然光环境设计研究[D].黑龙江：哈尔滨工业大学博士论文,2010:96-100-48- 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价值工程在污水处理工艺方案优选中的应用研究致谢感谢导师王恩茂教授对我在整个论文写作过程中的大力帮助和指导，在百忙之中帮助我解决了论文写作过程中遇到的多个难题。感谢王恩茂教授在我论文资料收集期间给予的大力帮助，感谢我的企业导师闫晓涛同志给我的大力支持，同时要感谢给予我大力帮助的其他同志们。感谢大家，使我能顺利按时完成这篇毕业论文。-50-'