北京市污水污泥处理的环境和经济影响动态模拟

【摘要】：随着经济快速增长和人口的急剧增加，北京市城镇污水和污泥产量逐年增加。未经处理的污水和污泥已经成为水环境污染的主要原因。为了保护水环境，实现经济持续增长，采用包括引入新污水处理技术和新污泥处理技术在内的复合水环境改善政策尤为重要。如何预测和评价复合水环境政策的环境经济影响是北京市政府亟待解决的问题。 本文基于投入产出模型、物质平衡、价值平衡、能源平衡理论，利用多目标最优化评价方法，构建北京市污水污泥处理环境经济影响动态最优化综合评价模型。该动态最优化综合评价模型包括一个目标函数和四个约束模型。目标函数为地区生产总值最大化增长；四个约束模型分别为社会经济模型，水污染物质排放模型，能源平衡模型和温室气体排放模型。经济模型描述资本投入和总产出之间的关系；水污染物质排放模型描述社会经济活动和水污染物质排放的关系，水污染物质选取总磷（T-P)、总氮（T-N）和化学需氧量(COD)为测度指标，单位为吨；能源平衡模型描述社会经济活动中的能源供给和需求的平衡关系，使用标准煤为测度指标，单位为吨标准煤（TCE）；温室气体排放模型描述社会经济活动消耗能源后的温室气体排放情况，用二氧化碳当量值进行测度，主要考虑二氧化碳（CO2)、甲烷（CH4）和氧化氮（N2O）三种温室气体，单位为吨。 根据采用的政策组合不同，设定了四个情景，并利用Lingo软件对四个情景进行模拟实验，模拟期为11年（2010-2020）。情景一模拟产业结构调整和水土保持政策；情景二在情景一的基础上引入四种先进污水处理技术；情景三在情景二的基础上引入四种先进的污泥处理技术，情景四在情景三的基础上加大了水污染物质排放限制。模拟实验结果表明，在情景四中引入水土保持、产业结构调整、引入新污水处理技术和引入新污泥处理技术的复合水环境政策，有效的改善了水环境、促进了经济快速发展，选择情景四为最优情景。模型预测在最优情景中，北京2010年至2020年经济年均增长速度为8.03%，2020年总磷、总氮和COD的负荷总量比2010年分别减少26%、40%和25%，温室气体排放强度减少39%，能源消耗排放强度减少36%，可以实现“十二五”规划目标和2020年远景目标中的各项经济和环境的规划目标。2010年至2020年，北京市污泥处理过程中可以生产能源72.4万吨标准煤，污泥处理能源自给率达到49%，适当的污泥处理可以减少189万吨温室气体排放。 北京市为实现社会经济和环境的可持续发展，2010年至2020年共需要补贴引入新污水处理技术31.9亿元人民币，补贴引入新污泥处理技术68.1亿元人民币。污水处理要选择投资和运行成本相对较低的MBR技术和EMBR技术，污泥处理选择投资和运行成本较低、温室气体减排效果好的污泥厌氧消化发电技术。同时，北京市需要大力发展高附加值率低污染的现代服务业，限制发展工业生产部门中高污染低附加价值的产业，保持农业稳定发展，调整农业产业结构，发展现代农业、绿色农业和休闲农业。到2020年,第三产业比例达到90%，三次产业的比例结构为1:9:90。 【关键词】：污水污泥 模拟 动态最优化 综合评价模型 环境经济
【学位授予单位】：中国地质大学（北京）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【目录】：

• 中文摘要5-7
• Abstract7-13
• 缩略词注释13-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 选题背景与研究性质14-15
• 1.1.1 选题背景14
• 1.1.2 研究性质14-15
• 1.2 研究目的及意义15
• 1.2.1 研究目的15
• 1.2.2 研究意义15
• 1.3 文献综述15-21
• 1.3.1 环境经济管理相关理论15-18
• 1.3.2 污水污泥资源化利用方式及其环境经济影响研究18-19
• 1.3.3 污水和污泥处理技术评价研究19-21
• 1.3.4 研究综述总结21
• 1.4 研究内容21-22
• 1.5 科学问题22-23
• 1.6 研究方法与技术路线23-25
• 1.7 预期创新性研究成果25-26
• 第二章 北京市社会经济及水环境现状分析26-42
• 2.1 北京市社会经济发展现状26-31
• 2.1.1 社会发展现状27-28
• 2.1.2 经济发展现状28-31
• 2.2 北京市污水排放和处理现状分析31-34
• 2.2.1 污水排放和处理量变化情况31-32
• 2.2.2 污水处理技术现状分析32-34
• 2.3 北京市污水污泥排放和处理现状分析34-36
• 2.3.1 污水污泥处理和排放量情况34-35
• 2.3.2 污水污泥处理工艺现状分析35-36
• 2.4 北京市环境现状36-40
• 2.4.1 水污染物质排放现状分析36-37
• 2.4.2 水资源供需和水质现状分析37-38
• 2.4.3 能源消耗及温室气体排放情况38-40
• 2.4.4 环境改善目标40
• 2.5 小结和启示40-42
• 第三章 北京市污水污泥处理环境经济影响动态最优化综合评价模型构建42-75
• 3.1 模型构建理论基础42-46
• 3.1.1 物质、能源、价值平衡理论42-44
• 3.1.2 多目标最优化模型44
• 3.1.3 投入产出模型44-45
• 3.1.4 研究进展45-46
• 3.2 概念模型和基本设定46-52
• 3.2.1 概念模型46-48
• 3.2.2 北京市区域划分48-49
• 3.2.3 污染物质选择49-50
• 3.2.4 编制投入产出表50-51
• 3.2.5 水环境改善政策和技术引入51-52
• 3.3 动态最优化综合评价模型构建52-73
• 3.3.1 目标函数52-54
• 3.3.2 水污染物质排放模型54-59
• 3.3.3 能源平衡模型59-63
• 3.3.4 温室气体排放模型63-67
• 3.3.5 社会经济模型67-73
• 3.4 小结73-75
• 第四章 北京市污水污泥处理环境经济影响的情景分析75-99
• 4.1 情景设计75-76
• 4.2 最优情景选择76-86
• 4.2.1 社会经济发展影响情景分析76-78
• 4.2.2 环境影响情景分析78-81
• 4.2.3 温室气体排放强度影响情景分析81-83
• 4.2.4 能源消耗强度影响情景分析83-85
• 4.2.5 最优情景选择85-86
• 4.3 最优情景下污水污泥处理的环境经济影响分析86-97
• 4.3.1 经济影响分析86-89
• 4.3.2 环境影响分析89-91
• 4.3.3 污水处理趋势分析91-92
• 4.3.4 污水污泥处理情况分析92-93
• 4.3.5 温室气体排放强度分析93-95
• 4.3.6 能源消耗强度分析95-96
• 4.3.7 各区域可持续发展能力分析96-97
• 4.4 小结97-99
• 第五章 北京市最优化水环境改善政策建议99-104
• 5.1 污水和污水污泥处理财政补贴分配建议99-100
• 5.2 污水和污泥处理技术选择建议100-101
• 5.2.1 污水处理技术选择建议100
• 5.2.2 污水污泥技术选择建议100-101
• 5.3 产业发展规划建议101-103
• 5.4 小结103-104
• 第六章 结论104-107
• 6.1 研究成果总结104-105
• 6.2 政策建议总结105-106
• 6.3 本文有待进一步研究的问题106-107
• 致谢107-108
• 参考文献108-116
• 附录I 模型参数116-123
• 附录II 个人简介123-124

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