城市污水(shuǐ)處理系統運行(xíng)品質提升思考與實踐
針對新時期城鎮污水(shuǐ)處理系統的客觀需求和水(shuǐ)生态環境改善的立足點,爲提升城鎮生活污水(shuǐ)收集處理能力,加大(dà)生活污水(shuǐ)收集管網配套建設和改造力度,2020年8月國(guó)家(jiā)發展改革委、住房城鄉建設部聯合印發《城鎮生活污水(shuǐ)處理設施補短(duǎn)闆強弱項實施方案》(以下簡稱《方案》)。該《方案》中明确提出強化(huà)城鎮污水(shuǐ)處理廠弱項、補齊城鎮污水(shuǐ)收集管網短(duǎn)闆、加快(kuài)推進污泥無害化(huà)資源化(huà)、推動信息系統建設四大(dà)任務目标,進一步強調了污水(shuǐ)處理系統提質增效的重要(yào)性。本文從(cóng)政策、經濟、社會(huì)、執行(xíng)4個方面進行(xíng)分(fēn)析,提出污水(shuǐ)處理運行(xíng)品質提升的內(nèi)涵。同時,分(fēn)析了爲滿足污水(shuǐ)處理運行(xíng)品質提升的內(nèi)涵要(yào)求,需從(cóng)哪些方向開(kāi)展具體(tǐ)工(gōng)作。
一、污水(shuǐ)處理運行(xíng)品質提升的內(nèi)涵
要(yào)清楚污水(shuǐ)處理運行(xíng)品質提升的方向,首先要(yào)明确其內(nèi)涵,可(kě)從(cóng)政策、經濟、社會(huì)、執行(xíng)4個方面理解污水(shuǐ)處理運行(xíng)品質提升內(nèi)涵。
1.1 政策層面
目前,我國(guó)包括上海在內(nèi)的很(hěn)多(duō)城市污水(shuǐ)處理能力還不(bù)足,其次是(shì)部分(fēn)城市的污水(shuǐ)處理效率和質量還有待提升。針對這(zhè)些問(wèn)題,《方案》中也做了具體(tǐ)的要(yào)求,如強調長三角地(dì)區和粵港澳大(dà)灣區城市、京津冀地(dì)區和長江幹流沿線地(dì)級及以上城市、黃河流域省會(huì)城市、計劃單列市生活污水(shuǐ)處理設施全部達到一級A排放标準。
2020年8月,國(guó)家(jiā)生态環境部發布了《關于進一步規範城鎮(園區)污水(shuǐ)處理環境管理的通(tōng)知(征求意見(jiàn)稿)》。在文件(jiàn)中,不(bù)僅針對進水(shuǐ)超标導緻出水(shuǐ)超标等行(xíng)業(yè)熱(rè)點話題進行(xíng)討(tǎo)論,明确了包括地(dì)方人(rén)民(mín)政府、排污單位、污水(shuǐ)廠運營單位在內(nèi)的各方主體(tǐ)的責任,也強調要(yào)督促運營單位切實履行(xíng)對污水(shuǐ)廠出水(shuǐ)水(shuǐ)質負責的法定責任,以及明确污染物(wù)排放管控要(yào)求、合理認定處理超标責任。這(zhè)一征求意見(jiàn)稿,對行(xíng)業(yè)來(lái)講是(shì)一個利好,但(dàn)是(shì)在污水(shuǐ)處理過程當中需要(yào)極其關注水(shuǐ)質,對污水(shuǐ)處理提出了更高(gāo)的要(yào)求。
與此同時,行(xíng)業(yè)也應該看到水(shuǐ)質不(bù)達标可(kě)能帶來(lái)的更多(duō)負面影響。比如《中華人(rén)民(mín)共和國(guó)環境保護稅法》《資源綜合利用産品和勞務增值稅優惠目錄》等文件(jiàn)中,不(bù)僅明确了城鄉污水(shuǐ)集中處理場(chǎng)所超标向環境排放應稅污染物(wù)的,應當繳納環境保護稅,也強調了因環境違法受到處罰,自(zì)處罰決定下達的次月起36個月內(nèi),不(bù)得享受規定的增值稅即征即退。
從(cóng)政策層面來(lái)看,污水(shuǐ)處理運行(xíng)品質提升的內(nèi)涵是(shì)“穩定高(gāo)标”。一系列政策的推動,都要(yào)求污水(shuǐ)處理廠,必須提高(gāo)抗風險能力,實現(xiàn)全天候穩定高(gāo)标運行(xíng)。
1.2 經濟層面
受新冠肺炎疫情影響,全球經濟都遭受巨大(dà)的沖擊。衆所周知,環境治理的各類支出主要(yào)由各級政府财政承擔,在财政收入收縮的情況下,還要(yào)堅決打好打赢污染防治攻堅戰的任務,并完成與全面建成小(xiǎo)康社會(huì)相(xiàng)匹配的生态環境保護目标,環境治理經費(fèi)壓力可(kě)想而知。所以市場(chǎng)也要(yào)求高(gāo)性價比的污水(shuǐ)處理服務,這(zhè)也是(shì)一個污水(shuǐ)處理企業(yè)的核心競争力。通(tōng)過一系列提質增效措施,實現(xiàn)高(gāo)性價比的污水(shuǐ)處理服務。因此,經濟層面來(lái)看,污水(shuǐ)處理運行(xíng)品質提升的內(nèi)涵是(shì)“提質增效”。
1.3 社會(huì)層面
污水(shuǐ)處理的本質應該是(shì)讓水(shuǐ)環境變得更好,但(dàn)在某些特殊情況下,可(kě)能會(huì)有偏離(lí)這(zhè)一本質的做法出現(xiàn),如過度追求水(shuǐ)質,做了不(bù)切實際的要(yào)求和标準,導緻污水(shuǐ)處理越來(lái)越依賴能源、資源(如各類水(shuǐ)處理藥劑)。此外(wài),很(hěn)多(duō)地(dì)方污水(shuǐ)處理好了,但(dàn)末端的污泥、臭氣又出了問(wèn)題,帶來(lái)很(hěn)多(duō)負面社會(huì)影響。在這(zhè)種情況下,應該回歸污水(shuǐ)處理的初心,即真正把環境治理好,應該變能源依賴爲節能低(dī)碳、變資源依賴爲資源再生、變負面影響爲環境友好,實現(xiàn)綠(lǜ)色生态的目标。所以,從(cóng)社會(huì)層面來(lái)看,污水(shuǐ)處理運行(xíng)品質提升的內(nèi)涵是(shì)“綠(lǜ)色生态”。
1.4 執行(xíng)層面
從(cóng)前面的分(fēn)析可(kě)知,污水(shuǐ)處理既要(yào)穩定高(gāo)标,又要(yào)求提質增效,綠(lǜ)色生态。如何兼顧多(duō)目标,實現(xiàn)污水(shuǐ)處理品質升級?在傳統的制(zhì)造行(xíng)業(yè),産品的品質升級就(jiù)是(shì)智慧賦能帶來(lái)的效果。傳統污水(shuǐ)處理類似于傳統加工(gōng)制(zhì)造業(yè),存在工(gōng)控系統自(zì)動化(huà)程度不(bù)高(gāo)、IT系統功能簡單、決策極度依賴人(rén)爲經驗等問(wèn)題。通(tōng)過智慧化(huà)賦能,傳統污水(shuǐ)處理轉型爲智慧污水(shuǐ)處理,操作自(zì)動化(huà)、決策智慧化(huà)、充分(fēn)發揮現(xiàn)有設施設備的潛力,爲污水(shuǐ)處理品質提升提供有力支撐。因此,從(cóng)執行(xíng)層面來(lái)講,運行(xíng)品質提升的內(nèi)涵應該是(shì)“智慧賦能”。
二、污水(shuǐ)處理運行(xíng)品質的提升方向
污水(shuǐ)處理要(yào)滿足穩定高(gāo)标、提質增效、綠(lǜ)色生态以及智慧賦能的要(yào)求。如何實現(xiàn)?可(kě)從(cóng)政策、經濟、社會(huì)、執行(xíng)4個層面出發,提出四大(dà)方向:全流程優化(huà)提标、全方位節能降耗、全鏈條綜合利用、全環節智慧運維。
2.1全流程的優化(huà)提标
在全流程的優化(huà)提标中,可(kě)重點從(cóng)廠網協同運行(xíng)、運行(xíng)優化(huà)調控、大(dà)水(shuǐ)量抗沖擊3個方面着手。
(1)廠網協同運行(xíng)
調蓄池是(shì)應對大(dà)水(shuǐ)量沖擊的重要(yào)緩沖設施。上海的污水(shuǐ)廠原先都沒有末端調蓄池,使得污水(shuǐ)處理廠對來(lái)水(shuǐ)瞬時流量波動缺乏調節手段,在新一輪污水(shuǐ)提标改造工(gōng)程中不(bù)少污水(shuǐ)廠配備了末端調蓄池,調蓄容量占處理規模的15%～25%。從(cóng)目前的運行(xíng)數據來(lái)看,調蓄池對整個污水(shuǐ)處理廠來(lái)水(shuǐ)瞬時沖擊的減緩作用非常明顯。排水(shuǐ)管道(dào)、調蓄池與污水(shuǐ)廠聯合調度,可(kě)積極應對降雨初期的高(gāo)濃度合流污水(shuǐ)沖擊,對進廠水(shuǐ)質、水(shuǐ)量進行(xíng)緩沖調節,有效地(dì)保護現(xiàn)有污水(shuǐ)處理廠的運行(xíng)安全。
(2)優化(huà)運行(xíng)調控
對經典的活性污泥數學模型進行(xíng)校正,輔以基于大(dà)數據分(fēn)析的黑箱模型,更符合污水(shuǐ)廠的實際運行(xíng)情況,基于修正好的離(lí)線模型進行(xíng)仿真計算,驗證工(gōng)藝參數進而大(dà)幅細化(huà)、優化(huà)應急工(gōng)況工(gōng)藝調度應對預案。在實踐中把模型應用在應對突發狀況的情況下,比如高(gāo)濃度的沖擊、大(dà)水(shuǐ)量的沖擊,在這(zhè)種情況下,可(kě)以指導更精細地(dì)調整過程參數。
(3)大(dà)水(shuǐ)量抗沖擊運行(xíng)模式
在污水(shuǐ)處理廠運行(xíng)過程中,大(dà)水(shuǐ)量沖擊很(hěn)明顯,這(zhè)是(shì)很(hěn)多(duō)南方城市都有的現(xiàn)象,合流制(zhì)排水(shuǐ)系統或者不(bù)徹底的分(fēn)流制(zhì)系統,都會(huì)遇到這(zhè)樣的問(wèn)題。應建立一套抗大(dà)水(shuǐ)量沖擊分(fēn)級響應機制(zhì),不(bù)同響應等級采取一系列有針對性的工(gōng)藝調整與設備管理措施。通(tōng)過抗沖擊分(fēn)級響應系列調控措施,可(kě)以使得出水(shuǐ)水(shuǐ)質在大(dà)水(shuǐ)量沖擊下仍能持續穩定高(gāo)标。
2.2 全方位節能降耗
要(yào)做好污水(shuǐ)處理的提質增效,全方位的節能降耗很(hěn)關鍵。在這(zhè)個過程中,要(yào)重點做好系統性的節能降耗以及提高(gāo)能源利用率兩方面的工(gōng)作。
(1)系統性的節能降耗
污水(shuǐ)廠降耗增效往往都聚焦于具體(tǐ)降耗措施,但(dàn)常常難于做出準确的實施效果評價,其主要(yào)原因是(shì)能耗基數不(bù)清,過程統計不(bù)夠精确等原因。因此,建議污水(shuǐ)處理廠搭建全廠能源管理平台,通(tōng)過安裝一定數量的電(diàn)表,對污水(shuǐ)廠全廠能耗精确計量統計,并對全廠各工(gōng)藝段、關鍵設備電(diàn)耗等數據進行(xíng)深度分(fēn)析、評價,摸索建立工(gōng)藝段标準電(diàn)耗,通(tōng)過對标分(fēn)析其相(xiàng)關設備能效,以确保設備經濟穩定運行(xíng),提高(gāo)投入産出比。
(2)提高(gāo)能源利用率
在提高(gāo)能源利用率方面,建議有污泥幹化(huà)焚燒工(gōng)藝的廠,可(kě)以考慮開(kāi)展系統能量平衡校核計算,并在此基礎上提出一套切實可(kě)行(xíng)、不(bù)影響幹化(huà)焚燒系統正常運行(xíng)的幹化(huà)尾氣餘熱(rè)深度利用方案,以上海某污泥廠爲例,在幹化(huà)機載氣餘熱(rè)利用改造後,邊界條件(jiàn)不(bù)變的情況下,系統總體(tǐ)能源自(zì)給率可(kě)提高(gāo)8%～10%。
2.3 全鏈條綜合利用
全鏈條綜合利用将有效滿足綠(lǜ)色生态的要(yào)求。
(1)污泥殘渣資源化(huà)
資源循環利用主要(yào)指的是(shì)焚燒灰、渣的資源化(huà)利用,也是(shì)行(xíng)業(yè)重點關注的話題。污泥焚燒殘渣中的SiO2含量較高(gāo),可(kě)被建材利用,并作爲水(shuǐ)泥生料添加劑、路(lù)基材料等。污泥焚燒殘渣中磷含量也較高(gāo),可(kě)提取磷元素進行(xíng)利用。以上海城投水(shuǐ)務污水(shuǐ)公司爲例,聯合同濟大(dà)學、上海大(dà)學、上海市政院等研究機構,系統開(kāi)展了污泥焚燒殘渣資源化(huà)研究工(gōng)作,目前該項研究成果已在上海各污泥幹化(huà)焚燒項目中産業(yè)化(huà)應用。城投水(shuǐ)務污水(shuǐ)公司将産生的污泥進行(xíng)焚燒殘渣經預處理後與其他原輔材料按配方進行(xíng)混合複配,加工(gōng)成的産品爲鐵質校正料和複合粉煤灰,産品作爲水(shuǐ)泥生料添加劑、熟料混合材和摻合料,應用于水(shuǐ)泥廠、粉磨站(zhàn)及攪拌站(zhàn),相(xiàng)關産品符合《通(tōng)用矽酸鹽水(shuǐ)泥》(GB 175-2007)、《粉煤灰在混凝土(tǔ)中應用技術規程》(DB 31/T 932-2015)、《用于水(shuǐ)泥和混凝土(tǔ)中的粉煤灰》(GB/T 1596-2017)等技術标準。該技術打通(tōng)了焚燒殘渣水(shuǐ)泥建材利用的産業(yè)化(huà)鏈路(lù),100%實現(xiàn)資源化(huà)利用,結束了污泥焚燒殘渣填埋的曆史,具有較大(dà)的推廣意義。
(2)空間(jiān)綜合利用
全鏈條綜合利用還包括廠區空間(jiān)綜合利用,上海某污水(shuǐ)處理廠作爲半地(dì)下式污水(shuǐ)處理廠充分(fēn)體(tǐ)現(xiàn)了空間(jiān)綜合利用,不(bù)僅實現(xiàn)了環境友好,與周邊環境協調統一、充分(fēn)融合,同時也踐行(xíng)了海綿城市理念,打造了廠群和諧的空間(jiān)環境。
(3)廠內(nèi)外(wài)環境友好
全鏈條綜合利用還應強調廠內(nèi)外(wài)大(dà)氣環境友好,重點應關注臭氣治理。衆所周知,老(lǎo)百姓對污水(shuǐ)處理廠除臭要(yào)求非常高(gāo),在這(zhè)種情況下,促使污水(shuǐ)公司重視(shì)強化(huà)對臭氣的處理。以上海城投水(shuǐ)務污水(shuǐ)公司爲例,已實現(xiàn)了對污水(shuǐ)廠産生臭氣的污染源進行(xíng)全覆蓋、臭氣全收集、全處理,處理後臭氣排放廠界滿足目前全國(guó)最嚴标準——《城鎮污水(shuǐ)處理廠大(dà)氣污染物(wù)排放标準》(DB 31/982-2016)和《惡臭(異味)污染物(wù)排放标準》(DB 31/1025-2016)。環境友好還包括廠內(nèi)環境友好,城投水(shuǐ)務污水(shuǐ)公司重視(shì)廠區內(nèi)部無組織臭氣治理,打造員(yuán)工(gōng)滿意的生态廠區,主持編制(zhì)的上海地(dì)方标準《城鎮污水(shuǐ)處理廠惡臭氣體(tǐ)治理技術标準》已于2021年發布,爲污水(shuǐ)處理廠廠內(nèi)臭氣治理提供了技術支撐。
2.4 全環節智慧運維
全環節智慧運維應從(cóng)“點、塊、片”3個角度,重點提升智慧化(huà)管控的水(shuǐ)平。
“點”是(shì)指某一個具體(tǐ)的設備和工(gōng)藝段:實現(xiàn)精準操作的工(gōng)藝段智慧化(huà)控制(zhì)。以上海城投水(shuǐ)務污水(shuǐ)公司爲例,緻力于提升智能感知能力,例如研發了活性污泥指數在線自(zì)動監測設備,可(kě)實現(xiàn)24 h在線監測污泥指數,污泥指數的連續監測對于工(gōng)藝判斷幫助很(hěn)大(dà)。再如,在預處理區域進水(shuǐ)泵房、調蓄池、粗細格栅、沉砂池等設施聯動控制(zhì)中,實現(xiàn)生物(wù)池進水(shuǐ)負荷平穩,且針對不(bù)同工(gōng)況設定多(duō)種控制(zhì)模式,避免人(rén)工(gōng)頻繁操作的可(kě)能失誤,提升了應急準确響應率。
“塊”是(shì)指污水(shuǐ)廠要(yào)兼顧高(gāo)效和綠(lǜ)色的工(gōng)廠級智慧化(huà)運行(xíng),實現(xiàn)工(gōng)廠級的智慧化(huà)運行(xíng)。以上海城投水(shuǐ)務污水(shuǐ)公司爲例,試點開(kāi)展了基于BIM建設“數字孿生”智慧工(gōng)廠。廠區BIM深度融合數據采集與監視(shì)控制(zhì)(SCADA)系統的實時數據和信息系統的業(yè)務數據,實現(xiàn)對設施設備的數字化(huà),生産過程的數字化(huà),同時結合經典的工(gōng)藝機理模型,機器學習(xí)形成的黑箱模型,仿真技術組成多(duō)維數字化(huà)模型,爲科(kē)學化(huà)、智慧化(huà)的管理提供可(kě)分(fēn)析、可(kě)仿真、可(kě)預測的“數字孿生”工(gōng)廠。
“片”是(shì)指主要(yào)指整個片區的管理,提升公司級智慧化(huà)決策。以上海城投水(shuǐ)務污水(shuǐ)公司爲例,正在搭建完善的公司級的綜合管控調度平台,具備實時監控、生産調度、報表管理、生産優化(huà)、精确決策等功能,變傳統計劃任務驅動型爲數據任務驅動型,可(kě)實現(xiàn)平台公司以管控爲主的管理模式向服務爲主管理模式轉變,促進污水(shuǐ)廠快(kuài)速完成優化(huà)運行(xíng)的技術叠代,實現(xiàn)跨越式運營優化(huà)。
三、結語與展望
污水(shuǐ)處理運營品質提升是(shì)一個漫長的過程,需要(yào)在提升過程中不(bù)斷進行(xíng)實踐與積累,逐步實現(xiàn)從(cóng)量變到質變。相(xiàng)信通(tōng)過共同努力,一定能夠實現(xiàn)污水(shuǐ)處理廠運營品質的提升,實現(xiàn)穩定高(gāo)标、提質增效、綠(lǜ)色生态、智慧賦能的目标,更好地(dì)發揮水(shuǐ)環境治理主力軍的作用。
來(lái)源：北(běi)極星水(shuǐ)處理網
