1. 引言
当前我国城市污水处理存在基础设施资金及资源投入不足和污水处理深加工能力不足等现实性问题，已经影响环境和绿色发展 [1] [2]。但反观我国碳排放权交易所的启动和发展，不难看出它们之间的差距。首批纳入碳排放权交易所的发电行业重点单位共2162家，覆盖约45亿吨二氧化碳排放量。交易首日(2021年7月16日)结束时，成交量达到410.4万吨，成交额超过2.1亿元 [3] [4] [5]。造成节水与减碳的数值差距有很多原因，本文作者认为因为“帐算不清”导致污水处理和再生水回用在真正意义上还没有进入市场化运作。按污水初级处理算，前期投资和运行成本可以被人接受，但仅通过初级处理的水质无法满足日益苛刻的要求，达不到回用标准。按污水深度处理算(如A2/O-MBR膜生物反应器)，前期投资和运行成本很高 [6] - [12]，如果只部分用于再生水回用，其余用于地下水回灌，则投资无法回收。为此，本文用西安思源学院的污水处理再生水回用系统的决算和运行成本分析为例，说明污水处理再生水回用系统应该包含哪些子系统，以保证A2/O工艺+MBR膜生物反应器长期稳定运行，且出水水质稳定达到《城市污水再生利用景观环境用水水质标准》(GB/T 18921-2002)。然后进一步说明在不计算税金和投资回报的前提下，考虑运行费、管理费和所有折旧费时的单位产水成本。最根本的目的是想促进政府财政、社会资金、公众资源的大力参与和投入，实现多渠道、多主体、多方式的城市污水处理基础设施建设的市场化运作。
2000年西安思源学院从西安市区迁往白鹿塬时，董事会就站在保护环境、走可持续发展道路的高度，利用有限的自有资金，建设生活污水处理站。铺设专用雨水收集管网300多米，将大约2万平方米范围内的雨水，以及一座1800立方米的游泳池、3座600立方米的景观喷水池定期换掉的剩水，利用地势落差和水泵全部收集起来加以处理后再利用。多年来不断加大投入投资力度，于2011年9月投入一千多万元完成日处理量为4000 m3的A2/O-MBR膜生物反应器的土建基础设施，安装了其中的2000 m3/天的处理设备并顺利投入运行。学校于2019年11月再次投资几百万元对污水处理厂预留的2000 m3膜处理设施进行设备安装，共有4000 m3的MBR膜生物反应器在运转使用。由于2019和2020年因厨余垃圾的排放使废水成分中油脂含量增大，2020年在调节池和生化池之间添加了气浮池去除油脂。学校现有包括一座3500立方米人工湖在内的大小再生水水库5座，拥有各种型号水泵12台，再生水专用管线25千米。再生水经过提升泵加压输送回校园，用于冲洗教学楼、实验楼、学生宿舍等大小32栋建筑物的1000多间卫生间和浇灌48万平方米绿化地。西安思源学院的污水处理再生水回用系统是一个完整的从原材料(污水收集、处理)到合格产品(符合国家回用水标准的再生水)流通成为商品(再生水回用)系统，因此可以进行决算。西安思源学院A2/O-MBR整个系统运转10年，迄今为止已处理670万m3的污水，产出440万m3符合国家标准再生水并全部回用，因此可以进行运行成本分析。
2. 污水处理再生水回用系统的决算
从原料到市场有两个互相支持和互相制衡的环节：生产环节和流通环节。在完成生产环节时进行决算。决算是反映项目实际造价，即决算是花了多少钱，做成了什么。
西安思源学院的A2/O-MBR是以脱磷脱氮为重点而强化二级生物处理技术(厌氧、缺氧、好氧)集合膜生物反应器深度处理而成。MBR膜生物反应器的最大优点在于出水水质稳定达到国家关于城市污水再生利用景观环境用水水质标准和占地面积少。工程建设投资包括污水再生水厂建设费用、污水处理厂再生水回用管网、摊销费用三部分。
2.1. 再生水厂的建设费用
再生水厂的建设费用分为MBR膜组件费、主体土木工程(调节池、气浮池、厌氧池、缺氧池、好氧池、膜池)施工费、设备采购安装费。根据常用工程经济中关于不同固定资产的折旧年限而进行分类 [13]，而不是采用固定资产基本综合折旧率 [14]。具体建设费用见表1。
Table 1. Construction cost of the reclaimed water plant
表1. 再生水厂的建设费用
气浮池是2020年新加的，所以单独列出。共二台气浮池，一用一备。每台气浮池的价格是24万，二台气浮池共计48万。达到城市污水再生利用的杂用水质或景观环境用水水质的标准只是必要条件，只有达到标准同时仍有一定经济价值和市场竞争力的再生回用水才是必要且充分条件。所以污水处理子系统中包括了预处理、生化处理、膜生物反应器就是为了保证再生水达到回用标准。不能回用的再生水也就没能完成流通环节而从产品转化为商品。
2.2. 校园内再生水回用子系统建设费用
完成了生产环节，原料(污水)变成了产品(再生水)。没有流通环节，产品只是产品，还成为不了商品(再生水回用)。流通环节涉及的双方为厂家和客户。如果客户不满意产品的质量而拒绝使用该产品，那么也等于没有流通环节。这就是生产环节和流通环节如何互相支持和互相制衡。效用是价值的源泉。没有用，再生水只是待回用的产品，而不是商品，因此只有价格，而没有价值。整个西北地区都缺乏水资源且环境生态脆弱。既然污水也是一种可以再利用的资源，那么再生回用水就必须全部回用。流通环节也需要费用，这笔费用包括再生水回用管道、泵站、和蓄水池，等硬件建设的费用。这笔硬件建设费用通常是不包括在生产环节里，但却是必须的，而且也是会折旧的。
西安思源学院污水处理系统除了常规的污水收集子系统和水处理至再生水子系统，还有再生水回用供给子系统(回用水管道25千米和各种型号的再生回用水泵12台)。再生水回用供给子系统的建设投资则为回用水管网费用，按方程(1)函数 [14] 计算：
(1)
式中，C5为回用水管网工程费，万元；Q为再生水回用水流量，万m3/天，按西安思源学院的再生水回用规模4000 m3/天取0.4；L为输水管网长度，km，按西安思源学院再生水回用供给管网长度取25。将上述数据代入方程(1)得C5为204.54万元。回用水管网的折旧年限为20年 [13]，每年10.23万元。
2.3. 摊销费用
与其它参考文献中A2/O-MBR污水处理厂不同，西安思源学院还有15项为污水处理厂内工程建设而花费但不能明确归入已描述的三项，则记为摊销费用。所有摊销费用总计237.59万元。摊销费用虽多达15项，但占比超过5%的只有5项，分别为：室外工程绿化费(100万，42.09%)、电力扩容费(50万，21.04%)、项目设计费(28万，11.79%)、环境监理费(20万，8.42%)、和施工监理费(13万，5.47%)。其余10项为其它费用，占11.28%。图1是表示这些项目所占比例的饼图。
Figure 1. Schematic representation of proportion of items included in amortization expenses
图1. 摊销费用所含项目占比例示意图
摊销费用C6实计237.59万元。按通常工程的经济惯例，摊销年限为5年 [13]，每年摊销费用47.52万元。在计算时，也将摊销费用放入折旧费。这是西安思源学院在当时所投入的摊销费用。虽然这笔费用是因时因地而异，但一定是存在的。
2.4. 决算
将以上讨论的各项进行加和，即得到西安思源学院污水处理再生水回用系统的决算。
(2)
(3)
西安思源学院总共投入2238.13万元人民币建成包括气浮池在内的A2/O-MBR污水处理再生水回用完整系统。那么再生水生产量为4000 m3/天这个规模下，按照现有的工艺流程(调节池、气浮池、生化池、膜池)，西安思源学院的投资费用为5595.33元/m3/天。这个投资费用是高于原先其它文献所说2000~5000元/m³/天的范围。造成西安思源学院的投资费用偏高的原因有三点：
1) 处理量偏小，仅为再生水生产量4000 m3/天；
2) 前期处理中，增加了气浮池；
3) 投资费用中包括了再生水回用子系统建设费用和摊销费用。
西安思源学院2010年和2020年在从相同厂家购买相同型号相同处理量的MBR都花了580万完成MBR组件采购和安装。由此可见，过去在讨论MBR法前景时加入的“随着膜生产技术的发展，膜组件的价格会降低”愿望是不实际的。
3. 运行成本
固定资产在使用过程中不可避免地发生有形磨损和无形磨损，造成其使用价值和价值的损耗。这种损耗的价值以固定资产折旧的方式转移到产品中去，构成产品的成本。一般来说，折旧一般是按时间计，比如年折旧率。而其它耗材，如原材料、燃料、药品等则是与产品的数量有关。西安思源学院的A2/O-MBR膜生物反应器的污水处理再生水回用系统分两次安装来达到满设计负荷。2011年9月有日处理量2000 m3的膜生物反应器投入使用。2019年11月又有日处理量2000 m3的膜生物反应器加入。在做项目决算时，可以将前后所花费用进行简单地相加。
A2/O-MBR组合工艺的污水处理厂位于西安思源学院校园一隅。其运行成本包括污水处理厂内单独计量核算的动力设备的电费(不包括校园内的回用水管网所涉及泵站、计量仪表等所用电量)、膜池清洗维护的药费、气浮池投加的絮凝剂费、污水处理厂内所涉及的修理费、和人工及福利费。污水处理厂外的管网及泵站、仪表的修理费按每年取0.8万元/km [14]。因此表2中的摊销费用包括污水处理厂内(单独计量核算)与污水处理厂外(每年0.8万元/km计)。主要是依据2011年9月就开始运转的成本数据进行相应的生产成本计算。
3.1. 年产水量计算
从以前的工业透水率随运转年数增加会逐渐衰减。从第一阶段7年的数据统计，工业透水率年衰减率为2.85% [15] [16] [17]。第一阶段MBR第一年的产水量是57.85万m3。西安思源学院第二阶段MBR投入运行后就赶上疫情，使学校的运行不正常。在做4000 m3再生水的膜生物反应器在运转模拟计算时，第一年是按以前的57.85万m3第一年而翻倍。以后按年衰减率为2.85%逐年计算。
3.2. 年电、药费用
这笔费用是和产水量有关。本文采取第一阶段MBR7年的单位耗药用电平均值乘以年产水量后所得。
3.3. 年修理费用
这笔费用是和产水量有关。本文采取第一阶段MBR7年的单位修理费用平均值乘以年产水量后所得。
3.4. 气浮池的实测电、药费用
每台气浮池设备能耗是21千瓦/时，全天24小时运行。效率为75%，年工作日为300，电费为0.50元/千瓦/时。
(4)
气浮池内加入两种絮凝剂。
PAM聚丙烯酰胺，0.0143 kg/小时/台，单价2400元/吨。
PAC聚合氯化铝，1.429 kg/小时/台，单价480元/吨。
药费为5000元每年。气浮池的实测电、药费用每年为10.58万元。
3.5. 折旧费用
这笔费用虽是和产水量无关，但却和运转年限有关。如果将所有可以进行年折旧项目按折旧年限分类，则有5年、10年、和20年三类。这些不同折旧年限项目分别占比例如图2所示。
Figure 2. Scale diagram of items with different depreciation years to total depreciation cost
图2. 不同折旧年限项目占总折旧费用的比例图
第一年至第五年，折旧费包括再生水厂建设费用(包括膜组件)、再生水回用子系统建设费用、和摊销费用。表2列出第一年至第五年的折旧费用和其占比。
Table 2. Depreciation expenses and their proportions from the first year to the fifth year
表2. 第一年至第五年的折旧费用和其占比
如果五年来，膜组件虽然有衰减，但仍然不需要更换。并像西安思源学院一样，可以再用5年。那么从第六年到第十年，因为膜组件和摊销费用折旧已经全部折完，折旧费只包括再生水厂建设费用(不包括膜组件)和再生水回用子系统建设费用。在此条件下，表3列出第六年到第十年的折旧费用和其占比。
Table 3. Depreciation expenses and its proportion from the sixth year to the tenth year under special conditions
表3. 特殊条件下，第六年到第十年的折旧费用和其占比
A2/O-MBR工艺由二级生化处理和膜深度处理工艺集合而成，因此有比其他工艺更好的出水水质(出水能保证达到再生水回用标准)，占地小的优点。从表2和表3的折旧费用比较可以看出：MBR工艺的最大约束性条件是膜的使用寿命。膜使用寿命既是一个经济问题，更是技术问题，涉及膜通量设计、膜池操作条件、膜池前处理工艺、膜的清洗维护等。
3.6. 单位产水成本
成本核算法包括运行费、折旧费、管理费、税金、和投资回报。因为对高校污水处理和再生水回用系统的税金和投资回报很难有规范的文件或规则进行计算，所以一般不包括在成本核算中。表4列出第一年到第10年的单位产水成本。所有附加的说明都在上述相关段落进行表述。
Table 4. Unit water production costs from the first year to the tenth year
表4. 第一年到第十年的单位产水成本
第一年至第五年，不包括税金和资产回报的单位制水成本费用(包含膜折旧期、分摊销费)在3.29~3.58元/m³。其中各项占比所做出的贡献画于图3。
在没有膜更换的前提下，第六年到第十年不包括税金和资产回报的单位制水成本(完成膜折旧期、分摊销费)在2.46~2.64元/m³。其中各项占比所做出的贡献画于图4。
Figure 3. The proportion of each item when the unit water production cost from the first year to the fifth year is 3.29 to 3.58 yuan/m3
图3. 第一年至第五年单位制水总成本在3.29~3.58元/m3时各项所占比例
Figure 4. The proportion of each item when the unit water production cost from the sixth to tenth years is 2.46 to 2.64 yuan/m3
图4. 第六年至第十年单位制水总成本在2.46~2.64元/m3时各项所占比例
4. 结论
西安思源学院的污水处理再生水回用工程是一个完整的从原材料(污水收集、处理)到合格产品(符合国家回用水标准的再生水)流通成为商品(再生水回用)系统。该工程含有预处理、A2/O-MBR污水处理、校园内再生水回用等子系统，总建设费用决算为2238.13万元人民币，单位投资费用为5595.33元/m3/天。
根据西安思源学院运转10年A2/O-MBR的有关数据分析，第一年至第五年，包含膜折旧期和分摊销费的单位回用水成本为3.29~3.58元/m3。在没有膜更换的前提下，完成膜折旧和摊销费用折旧的第六年到第十年，单位回用水成本为2.46~2.64元/m3。
迄今为止该系统已处理670万m3的污水，产出440万m3符合国家标准再生水并全部回用。
基金项目
陕西省水利厅科技计划项目，合同名称：高校中水回用系统技术标准体系研究，合同编号：2021slkj-14。
参考文献