北京市污水污泥處理的環(huán)境和經(jīng)濟影響動態(tài)模擬

【摘要】：隨著經(jīng)濟快速增長和人口的急劇增加，北京市城鎮(zhèn)污水和污泥產(chǎn)量逐年增加。未經(jīng)處理的污水和污泥已經(jīng)成為水環(huán)境污染的主要原因。為了保護水環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟持續(xù)增長，采用包括引入新污水處理技術(shù)和新污泥處理技術(shù)在內(nèi)的復合水環(huán)境改善政策尤為重要。如何預測和評價復合水環(huán)境政策的環(huán)境經(jīng)濟影響是北京市政府亟待解決的問題。 本文基于投入產(chǎn)出模型、物質(zhì)平衡、價值平衡、能源平衡理論，利用多目標最優(yōu)化評價方法，構(gòu)建北京市污水污泥處理環(huán)境經(jīng)濟影響動態(tài)最優(yōu)化綜合評價模型。該動態(tài)最優(yōu)化綜合評價模型包括一個目標函數(shù)和四個約束模型。目標函數(shù)為地區(qū)生產(chǎn)總值最大化增長；四個約束模型分別為社會經(jīng)濟模型，水污染物質(zhì)排放模型，能源平衡模型和溫室氣體排放模型。經(jīng)濟模型描述資本投入和總產(chǎn)出之間的關(guān)系；水污染物質(zhì)排放模型描述社會經(jīng)濟活動和水污染物質(zhì)排放的關(guān)系，水污染物質(zhì)選取總磷（T-P)、總氮（T-N）和化學需氧量(COD)為測度指標，單位為噸；能源平衡模型描述社會經(jīng)濟活動中的能源供給和需求的平衡關(guān)系，使用標準煤為測度指標，單位為噸標準煤（TCE）；溫室氣體排放模型描述社會經(jīng)濟活動消耗能源后的溫室氣體排放情況，用二氧化碳當量值進行測度，主要考慮二氧化碳（CO2)、甲烷（CH4）和氧化氮（N2O）三種溫室氣體，單位為噸。 根據(jù)采用的政策組合不同，設(shè)定了四個情景，并利用Lingo軟件對四個情景進行模擬實驗，模擬期為11年（2010-2020）。情景一模擬產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和水土保持政策；情景二在情景一的基礎(chǔ)上引入四種先進污水處理技術(shù)；情景三在情景二的基礎(chǔ)上引入四種先進的污泥處理技術(shù)，情景四在情景三的基礎(chǔ)上加大了水污染物質(zhì)排放限制。模擬實驗結(jié)果表明，在情景四中引入水土保持、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、引入新污水處理技術(shù)和引入新污泥處理技術(shù)的復合水環(huán)境政策，有效的改善了水環(huán)境、促進了經(jīng)濟快速發(fā)展，選擇情景四為最優(yōu)情景。模型預測在最優(yōu)情景中，北京2010年至2020年經(jīng)濟年均增長速度為8.03%，2020年總磷、總氮和COD的負荷總量比2010年分別減少26%、40%和25%，溫室氣體排放強度減少39%，能源消耗排放強度減少36%，可以實現(xiàn)“十二五”規(guī)劃目標和2020年遠景目標中的各項經(jīng)濟和環(huán)境的規(guī)劃目標。2010年至2020年，北京市污泥處理過程中可以生產(chǎn)能源72.4萬噸標準煤，污泥處理能源自給率達到49%，適當?shù)奈勰嗵幚砜梢詼p少189萬噸溫室氣體排放。 北京市為實現(xiàn)社會經(jīng)濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，2010年至2020年共需要補貼引入新污水處理技術(shù)31.9億元人民幣，補貼引入新污泥處理技術(shù)68.1億元人民幣。污水處理要選擇投資和運行成本相對較低的MBR技術(shù)和EMBR技術(shù)，污泥處理選擇投資和運行成本較低、溫室氣體減排效果好的污泥厭氧消化發(fā)電技術(shù)。同時，北京市需要大力發(fā)展高附加值率低污染的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)，限制發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)部門中高污染低附加價值的產(chǎn)業(yè)，保持農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)和休閑農(nóng)業(yè)。到2020年,第三產(chǎn)業(yè)比例達到90%，三次產(chǎn)業(yè)的比例結(jié)構(gòu)為1:9:90。 【關(guān)鍵詞】：污水污泥 模擬 動態(tài)最優(yōu)化 綜合評價模型 環(huán)境經(jīng)濟
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學（北京）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：X703
【目錄】：

• 中文摘要5-7
• Abstract7-13
• 縮略詞注釋13-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 選題背景與研究性質(zhì)14-15
• 1.1.1 選題背景14
• 1.1.2 研究性質(zhì)14-15
• 1.2 研究目的及意義15
• 1.2.1 研究目的15
• 1.2.2 研究意義15
• 1.3 文獻綜述15-21
• 1.3.1 環(huán)境經(jīng)濟管理相關(guān)理論15-18
• 1.3.2 污水污泥資源化利用方式及其環(huán)境經(jīng)濟影響研究18-19
• 1.3.3 污水和污泥處理技術(shù)評價研究19-21
• 1.3.4 研究綜述總結(jié)21
• 1.4 研究內(nèi)容21-22
• 1.5 科學問題22-23
• 1.6 研究方法與技術(shù)路線23-25
• 1.7 預期創(chuàng)新性研究成果25-26
• 第二章 北京市社會經(jīng)濟及水環(huán)境現(xiàn)狀分析26-42
• 2.1 北京市社會經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀26-31
• 2.1.1 社會發(fā)展現(xiàn)狀27-28
• 2.1.2 經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀28-31
• 2.2 北京市污水排放和處理現(xiàn)狀分析31-34
• 2.2.1 污水排放和處理量變化情況31-32
• 2.2.2 污水處理技術(shù)現(xiàn)狀分析32-34
• 2.3 北京市污水污泥排放和處理現(xiàn)狀分析34-36
• 2.3.1 污水污泥處理和排放量情況34-35
• 2.3.2 污水污泥處理工藝現(xiàn)狀分析35-36
• 2.4 北京市環(huán)境現(xiàn)狀36-40
• 2.4.1 水污染物質(zhì)排放現(xiàn)狀分析36-37
• 2.4.2 水資源供需和水質(zhì)現(xiàn)狀分析37-38
• 2.4.3 能源消耗及溫室氣體排放情況38-40
• 2.4.4 環(huán)境改善目標40
• 2.5 小結(jié)和啟示40-42
• 第三章 北京市污水污泥處理環(huán)境經(jīng)濟影響動態(tài)最優(yōu)化綜合評價模型構(gòu)建42-75
• 3.1 模型構(gòu)建理論基礎(chǔ)42-46
• 3.1.1 物質(zhì)、能源、價值平衡理論42-44
• 3.1.2 多目標最優(yōu)化模型44
• 3.1.3 投入產(chǎn)出模型44-45
• 3.1.4 研究進展45-46
• 3.2 概念模型和基本設(shè)定46-52
• 3.2.1 概念模型46-48
• 3.2.2 北京市區(qū)域劃分48-49
• 3.2.3 污染物質(zhì)選擇49-50
• 3.2.4 編制投入產(chǎn)出表50-51
• 3.2.5 水環(huán)境改善政策和技術(shù)引入51-52
• 3.3 動態(tài)最優(yōu)化綜合評價模型構(gòu)建52-73
• 3.3.1 目標函數(shù)52-54
• 3.3.2 水污染物質(zhì)排放模型54-59
• 3.3.3 能源平衡模型59-63
• 3.3.4 溫室氣體排放模型63-67
• 3.3.5 社會經(jīng)濟模型67-73
• 3.4 小結(jié)73-75
• 第四章 北京市污水污泥處理環(huán)境經(jīng)濟影響的情景分析75-99
• 4.1 情景設(shè)計75-76
• 4.2 最優(yōu)情景選擇76-86
• 4.2.1 社會經(jīng)濟發(fā)展影響情景分析76-78
• 4.2.2 環(huán)境影響情景分析78-81
• 4.2.3 溫室氣體排放強度影響情景分析81-83
• 4.2.4 能源消耗強度影響情景分析83-85
• 4.2.5 最優(yōu)情景選擇85-86
• 4.3 最優(yōu)情景下污水污泥處理的環(huán)境經(jīng)濟影響分析86-97
• 4.3.1 經(jīng)濟影響分析86-89
• 4.3.2 環(huán)境影響分析89-91
• 4.3.3 污水處理趨勢分析91-92
• 4.3.4 污水污泥處理情況分析92-93
• 4.3.5 溫室氣體排放強度分析93-95
• 4.3.6 能源消耗強度分析95-96
• 4.3.7 各區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力分析96-97
• 4.4 小結(jié)97-99
• 第五章 北京市最優(yōu)化水環(huán)境改善政策建議99-104
• 5.1 污水和污水污泥處理財政補貼分配建議99-100
• 5.2 污水和污泥處理技術(shù)選擇建議100-101
• 5.2.1 污水處理技術(shù)選擇建議100
• 5.2.2 污水污泥技術(shù)選擇建議100-101
• 5.3 產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃建議101-103
• 5.4 小結(jié)103-104
• 第六章 結(jié)論104-107
• 6.1 研究成果總結(jié)104-105
• 6.2 政策建議總結(jié)105-106
• 6.3 本文有待進一步研究的問題106-107
• 致謝107-108
• 參考文獻108-116
• 附錄I 模型參數(shù)116-123
• 附錄II 個人簡介123-124

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