相比于美国在城镇化率达60%时开始建设污水处理厂，我国在城镇化率近30%时已开始建设，至今建设模式仍以集中式为主，即在远离城市的边缘、排放水体下游建设集中式收集管网和大型污水处理厂。集中式排水系统建设模式在国外较为常见，特别是城市和人口密集地区，如美国芝加哥Stickney污水处理厂(465万m³/d)、英国伦敦Beckon污水处理厂(240万m³/d)、加拿大蒙特利尔Riviere-des-Prairies污水处理厂(760万m³/d)。集中式模式具有显著的规模效应，大型污水处理厂选址简单、易于管理、可靠性强，该模式在我国水污染防治方面发挥了重要作用，弥补了我国水污染治理行业发展初期处理能力不足、运营水平不高、管理机制不完善的缺陷。然而，当下我国城镇化率已突破60%，这种建设模式所存在的弊端也逐渐显现：
(1)占用大量土地资源，邻避效应显著。宫徽等研究结果表明，传统污水处理厂建设模式会对厂区占据的土地及其周边地产产生远超自身建设投资数倍的价值损失。
(2)污水长距离输送，埋深大投资高，管网渗漏率高，进厂水质浓度低，单位污染物能耗高。研究表明，我国污水管网的平均渗漏率高达46%，COD在管网中的损失率高达55%。由于进水水质浓度低，我国单位污染物去除所需的能耗远高于国际平均水平。
(3)不利于水资源回用。再生水厂通常需要建设较长的回用管网，建设在河道下游的水厂需要利用水泵将再生水再次提升至河道上游，由此造成管网投资高、运行成本高的情况。
(4)不利于能源利用。采用水源热泵对污水处理厂出水制冷供暖是能源利用的有效手段，其有效服务半径一般为3km，而污水处理厂通常远离建成区，导致热能难利用。
针对集中式建设模式存在的问题，深圳清泉提倡污水集中式处理和分散式处理相辅相成，既节省管网建设或改造，又降低污水回用的成本，便于污水资源化，“分散处理，就近回用”，降低河道景观用水成本，这只是好处之一。
南明河分散处理应用案例
南明河是贵阳市的母亲河，其干流及5条支流全长118 km，流域内服务人口350万人，服务面积6600km²，是长江与珠江上游的重要生态屏障。2013年前，南明河流域水质恶化、污染严重，中心城区段水质长期处于劣Ⅴ类，主要原因包括：①收集与处理设施跟不上城市高速发展，现状污水处理厂仅5座，处理能力67万m³/d，远期缺口超100万m³/d;②贵阳市为典型喀斯特地貌，且南明河流域主城区人口密度高(7 100~8 100人/km²)，污水收集难、输送难;③南明河为季节性缺水河流，城市发展占用水资源，使生态基流持续下降，河道自净能力降低。针对上述问题，南明河流域水环境综合治理项目自2012年开始实施，至今已持续近9年。
在南明河流域综合治理之初提出了传统集中式建设模式和分布式厂网建设模式两种方案。图1为按照原规划思路编制的排水系统集中式方案，新建3座地上式污水处理厂(处理规模62.5万m³/d)，扩建4座地上式污水处理厂(处理规模53.5万m³/d)。图2为以“适度集中、就地处理、就近回用”原则提出的分布式厂网建设模式，沿南明河干、支流新建改扩建再生水厂23座，新增处理规模116万m³/d。其中，下沉式污水处理厂17座(处理规模67.5万m³/d)，地上污水处理厂6座(处理规模48.5万m³/d)。
图1 南明河流域排水系统集中式布置方案
(方案一)
图2 南明河流域分布式下沉再生水系统建设模式
(方案二)
应用排水系统分布-集中决策模型，对原规划集中式下游建厂方案(方案一)及分布式厂网建设方案(方案二)进行评价决策，评价结果见表1。两方案决策指数H分别为31.06和63.31，表明方案二较方案一更优。方案二在技术经济先进性上的得分略高于方案一，这是因为：虽然方案一中的污水处理厂具有规模效应，单位建设成本、单位污染物去除能耗、运行维护便捷性的得分高于方案二，但因方案二采用的分布式厂网建设模式大幅节省了污水收集管网和回用管网的长度，且该方案中的污水处理厂以下沉厂为主，整体节地效果明显。“分布”“下沉”带来的优势在资源、环境、社会效益层面均有体现：借助下沉厂实施分布式厂网建设，一方面能够提升水资源、能源的利用效率和多样性，为实现碳中和提供条件;另一方面，可充分释放土地资源，进行产业开发可体现土地价值，进行景观公园建设可提升地面绿化率、降低碳排放，在解决邻避效应的同时供给公共服务，实现与周边环境的高度相容。
表1 南明河排水系统分布-集中方案评价结果
近年中国城镇化发展迅速，新建污水处理厂通常在5~10年内就面临被城市化区域包围的局面。传统模式下，水厂扩建提标势必需要在下游选择新址，扩大处理规模、占地面积和管网辐射范围，然而仍将面临若干年后再次被城市包围的局面。如成都三瓦窑污水处理厂在2013年因邻避效应而搬迁至下游4km处，仅管网投资新增达8.5亿元，现新厂址已再次被城市包围。传统建设模式会导致“异地新建、被城市包围、再次异地、再次被包围”的恶性循环。
针对新建污水处理厂面临邻避困境，深圳清泉提出市政污水处理厂公园化改造解决方案，利用清泉的智能模块化装备和短时泥膜法(ABM技术)，就地将传统地上污水处理厂原位升级改造，提高处理效率(3倍以上)，节省占地面积(50%以上)，投资造价与地上污水处理厂相当，将释放出来的地上空间，打造成生态景观公园或者其他公共休闲娱乐场所，再将智能模块化装备与园林景观相结合，变“邻避困境”为“邻利”，解决污水处理厂对周边环境产生的噪音、异味等系列问题，给周边经济带来正增长效益。
