針對新時(shí)期城鎮污水處理系統的客觀(guān)需求和水生態(tài)環(huán)境改善的立足點(diǎn),為提升城鎮生活污水收集處理能力,加大生活污水收集管網(wǎng)配套建設和改造力度,2020年8月國家發(fā)展改革委、住房城鄉建設部聯(lián)合印發(fā)《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實(shí)施方案》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《方案》)。該《方案》中明確提出強化城鎮污水處理廠(chǎng)弱項、補齊城鎮污水收集管網(wǎng)短板、加快推進(jìn)污泥無(wú)害化資源化、推動(dòng)信息系統建設四大任務(wù)目標,進(jìn)一步強調了污水處理系統提質(zhì)增效的重要性。本文從政策、經(jīng)濟、社會(huì )、執行4個(gè)方面進(jìn)行分析,提出污水處理運行品質(zhì)提升的內涵。同時(shí),分析了為滿(mǎn)足污水處理運行品質(zhì)提升的內涵要求,需從哪些方向開(kāi)展具體工作。

一、污水處理運行品質(zhì)提升的內涵

要清楚污水處理運行品質(zhì)提升的方向,首先要明確其內涵,可從政策、經(jīng)濟、社會(huì )、執行4個(gè)方面理解污水處理運行品質(zhì)提升內涵。

1.1 政策層面

目前,我國包括上海在內的很多城市污水處理能力還不足,其次是部分城市的污水處理效率和質(zhì)量還有待提升。針對這些問(wèn)題,《方案》中也做了具體的要求,如強調長(cháng)三角地區和粵港澳大灣區城市、京津冀地區和長(cháng)江干流沿線(xiàn)地級及以上城市、黃河流域省會(huì )城市、計劃單列市生活污水處理設施全部達到一級A排放標準。

2020年8月,國家生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步規范城鎮(園區)污水處理環(huán)境管理的通知(征求意見(jiàn)稿)》。在文件中,不僅針對進(jìn)水超標導致出水超標等行業(yè)熱點(diǎn)話(huà)題進(jìn)行討論,明確了包括地方人民政府、排污單位、污水廠(chǎng)運營(yíng)單位在內的各方主體的責任,也強調要督促運營(yíng)單位切實(shí)履行對污水廠(chǎng)出水水質(zhì)負責的法定責任,以及明確污染物排放管控要求、合理認定處理超標責任。這一征求意見(jiàn)稿,對行業(yè)來(lái)講是一個(gè)利好,但是在污水處理過(guò)程當中需要極其關(guān)注水質(zhì),對污水處理提出了更高的要求。

與此同時(shí),行業(yè)也應該看到水質(zhì)不達標可能帶來(lái)的更多負面影響。比如《中華人民共和國環(huán)境保護稅法》《資源綜合利用產(chǎn)品和勞務(wù)增值稅優(yōu)惠目錄》等文件中,不僅明確了城鄉污水集中處理場(chǎng)所超標向環(huán)境排放應稅污染物的,應當繳納環(huán)境保護稅,也強調了因環(huán)境違法受到處罰,自處罰決定下達的次月起36個(gè)月內,不得享受規定的增值稅即征即退。

從政策層面來(lái)看,污水處理運行品質(zhì)提升的內涵是“穩定高標”。一系列政策的推動(dòng),都要求污水處理廠(chǎng),必須提高抗風(fēng)險能力,實(shí)現全天候穩定高標運行。

1.2 經(jīng)濟層面

受新冠肺炎疫情影響,全球經(jīng)濟都遭受巨大的沖擊。眾所周知,環(huán)境治理的各類(lèi)支出主要由各級政府財政承擔,在財政收入收縮的情況下,還要堅決打好打贏(yíng)污染防治攻堅戰的任務(wù),并完成與全面建成小康社會(huì )相匹配的生態(tài)環(huán)境保護目標,環(huán)境治理經(jīng)費壓力可想而知。所以市場(chǎng)也要求高性?xún)r(jià)比的污水處理服務(wù),這也是一個(gè)污水處理企業(yè)的核心競爭力。通過(guò)一系列提質(zhì)增效措施,實(shí)現高性?xún)r(jià)比的污水處理服務(wù)。因此,經(jīng)濟層面來(lái)看,污水處理運行品質(zhì)提升的內涵是“提質(zhì)增效”。

1.3 社會(huì )層面

污水處理的本質(zhì)應該是讓水環(huán)境變得更好,但在某些特殊情況下,可能會(huì )有偏離這一本質(zhì)的做法出現,如過(guò)度追求水質(zhì),做了不切實(shí)際的要求和標準,導致污水處理越來(lái)越依賴(lài)能源、資源(如各類(lèi)水處理藥劑)。此外,很多地方污水處理好了,但末端的污泥、臭氣又出了問(wèn)題,帶來(lái)很多負面社會(huì )影響。在這種情況下,應該回歸污水處理的初心,即真正把環(huán)境治理好,應該變能源依賴(lài)為節能低碳、變資源依賴(lài)為資源再生、變負面影響為環(huán)境友好,實(shí)現綠色生態(tài)的目標。所以,從社會(huì )層面來(lái)看,污水處理運行品質(zhì)提升的內涵是“綠色生態(tài)”。

1.4 執行層面

從前面的分析可知,污水處理既要穩定高標,又要求提質(zhì)增效,綠色生態(tài)。如何兼顧多目標,實(shí)現污水處理品質(zhì)升級?在傳統的制造行業(yè),產(chǎn)品的品質(zhì)升級就是智慧賦能帶來(lái)的效果。傳統污水處理類(lèi)似于傳統加工制造業(yè),存在工控系統自動(dòng)化程度不高、IT系統功能簡(jiǎn)單、決策極度依賴(lài)人為經(jīng)驗等問(wèn)題。通過(guò)智慧化賦能,傳統污水處理轉型為智慧污水處理,操作自動(dòng)化、決策智慧化、充分發(fā)揮現有設施設備的潛力,為污水處理品質(zhì)提升提供有力支撐。因此,從執行層面來(lái)講,運行品質(zhì)提升的內涵應該是“智慧賦能”。

二、污水處理運行品質(zhì)的提升方向

污水處理要滿(mǎn)足穩定高標、提質(zhì)增效、綠色生態(tài)以及智慧賦能的要求。如何實(shí)現?可從政策、經(jīng)濟、社會(huì )、執行4個(gè)層面出發(fā),提出四大方向:全流程優(yōu)化提標、全方位節能降耗、全鏈條綜合利用、全環(huán)節智慧運維。

2.1全流程的優(yōu)化提標

在全流程的優(yōu)化提標中,可重點(diǎn)從廠(chǎng)網(wǎng)協(xié)同運行、運行優(yōu)化調控、大水量抗沖擊3個(gè)方面著(zhù)手。

(1)廠(chǎng)網(wǎng)協(xié)同運行

調蓄池是應對大水量沖擊的重要緩沖設施。上海的污水廠(chǎng)原先都沒(méi)有末端調蓄池,使得污水處理廠(chǎng)對來(lái)水瞬時(shí)流量波動(dòng)缺乏調節手段,在新一輪污水提標改造工程中不少污水廠(chǎng)配備了末端調蓄池,調蓄容量占處理規模的15%～25%。從目前的運行數據來(lái)看,調蓄池對整個(gè)污水處理廠(chǎng)來(lái)水瞬時(shí)沖擊的減緩作用非常明顯。排水管道、調蓄池與污水廠(chǎng)聯(lián)合調度,可積極應對降雨初期的高濃度合流污水沖擊,對進(jìn)廠(chǎng)水質(zhì)、水量進(jìn)行緩沖調節,有效地保護現有污水處理廠(chǎng)的運行安全。

(2)優(yōu)化運行調控

對經(jīng)典的活性污泥數學(xué)模型進(jìn)行校正,輔以基于大數據分析的黑箱模型,更符合污水廠(chǎng)的實(shí)際運行情況,基于修正好的離線(xiàn)模型進(jìn)行仿真計算,驗證工藝參數進(jìn)而大幅細化、優(yōu)化應急工況工藝調度應對預案。在實(shí)踐中把模型應用在應對突發(fā)狀況的情況下,比如高濃度的沖擊、大水量的沖擊,在這種情況下,可以指導更精細地調整過(guò)程參數。

(3)大水量抗沖擊運行模式

在污水處理廠(chǎng)運行過(guò)程中,大水量沖擊很明顯,這是很多南方城市都有的現象,合流制排水系統或者不徹底的分流制系統,都會(huì )遇到這樣的問(wèn)題。應建立一套抗大水量沖擊分級響應機制,不同響應等級采取一系列有針對性的工藝調整與設備管理措施。通過(guò)抗沖擊分級響應系列調控措施,可以使得出水水質(zhì)在大水量沖擊下仍能持續穩定高標。

2.2 全方位節能降耗

要做好污水處理的提質(zhì)增效,全方位的節能降耗很關(guān)鍵。在這個(gè)過(guò)程中,要重點(diǎn)做好系統性的節能降耗以及提高能源利用率兩方面的工作。

(1)系統性的節能降耗

污水廠(chǎng)降耗增效往往都聚焦于具體降耗措施,但常常難于做出準確的實(shí)施效果評價(jià),其主要原因是能耗基數不清,過(guò)程統計不夠精確等原因。因此,建議污水處理廠(chǎng)搭建全廠(chǎng)能源管理平臺,通過(guò)安裝一定數量的電表,對污水廠(chǎng)全廠(chǎng)能耗精確計量統計,并對全廠(chǎng)各工藝段、關(guān)鍵設備電耗等數據進(jìn)行深度分析、評價(jià),摸索建立工藝段標準電耗,通過(guò)對標分析其相關(guān)設備能效,以確保設備經(jīng)濟穩定運行,提高投入產(chǎn)出比。

(2)提高能源利用率

在提高能源利用率方面,建議有污泥干化焚燒工藝的廠(chǎng),可以考慮開(kāi)展系統能量平衡校核計算,并在此基礎上提出一套切實(shí)可行、不影響干化焚燒系統正常運行的干化尾氣余熱深度利用方案,以上海某污泥廠(chǎng)為例,在干化機載氣余熱利用改造后,邊界條件不變的情況下,系統總體能源自給率可提高8%～10%。

2.3 全鏈條綜合利用

全鏈條綜合利用將有效滿(mǎn)足綠色生態(tài)的要求。

(1)污泥殘渣資源化

資源循環(huán)利用主要指的是焚燒灰、渣的資源化利用,也是行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的話(huà)題。污泥焚燒殘渣中的SiO2含量較高,可被建材利用,并作為水泥生料添加劑、路基材料等。污泥焚燒殘渣中磷含量也較高,可提取磷元素進(jìn)行利用。以上海城投水務(wù)污水公司為例,聯(lián)合同濟大學(xué)、上海大學(xué)、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研究工作,目前該項研究成果已在上海各污泥干化焚燒項目中產(chǎn)業(yè)化應用。城投水務(wù)污水公司將產(chǎn)生的污泥進(jìn)行焚燒殘渣經(jīng)預處理后與其他原輔材料按配方進(jìn)行混合復配,加工成的產(chǎn)品為鐵質(zhì)校正料和復合粉煤灰,產(chǎn)品作為水泥生料添加劑、熟料混合材和摻合料,應用于水泥廠(chǎng)、粉磨站及攪拌站,相關(guān)產(chǎn)品符合《通用硅酸鹽水泥》(GB 175-2007)、《粉煤灰在混凝土中應用技術(shù)規程》(DB 31/T 932-2015)、《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596-2017)等技術(shù)標準。該技術(shù)打通了焚燒殘渣水泥建材利用的產(chǎn)業(yè)化鏈路,100%實(shí)現資源化利用,結束了污泥焚燒殘渣填埋的歷史,具有較大的推廣意義。

(2)空間綜合利用

全鏈條綜合利用還包括廠(chǎng)區空間綜合利用,上海某污水處理廠(chǎng)作為半地下式污水處理廠(chǎng)充分體現了空間綜合利用,不僅實(shí)現了環(huán)境友好,與周邊環(huán)境協(xié)調統一、充分融合,同時(shí)也踐行了海綿城市理念,打造了廠(chǎng)群和諧的空間環(huán)境。

(3)廠(chǎng)內外環(huán)境友好

全鏈條綜合利用還應強調廠(chǎng)內外大氣環(huán)境友好,重點(diǎn)應關(guān)注臭氣治理。眾所周知,老百姓對污水處理廠(chǎng)除臭要求非常高,在這種情況下,促使污水公司重視強化對臭氣的處理。以上海城投水務(wù)污水公司為例,已實(shí)現了對污水廠(chǎng)產(chǎn)生臭氣的污染源進(jìn)行全覆蓋、臭氣全收集、全處理,處理后臭氣排放廠(chǎng)界滿(mǎn)足目前全國最嚴標準——《城鎮污水處理廠(chǎng)大氣污染物排放標準》(DB 31/982-2016)和《惡臭(異味)污染物排放標準》(DB 31/1025-2016)。環(huán)境友好還包括廠(chǎng)內環(huán)境友好,城投水務(wù)污水公司重視廠(chǎng)區內部無(wú)組織臭氣治理,打造員工滿(mǎn)意的生態(tài)廠(chǎng)區,主持編制的上海地方標準《城鎮污水處理廠(chǎng)惡臭氣體治理技術(shù)標準》已于2021年發(fā)布,為污水處理廠(chǎng)廠(chǎng)內臭氣治理提供了技術(shù)支撐。

2.4 全環(huán)節智慧運維

全環(huán)節智慧運維應從“點(diǎn)、塊、片”3個(gè)角度,重點(diǎn)提升智慧化管控的水平。

“點(diǎn)”是指某一個(gè)具體的設備和工藝段:實(shí)現精準操作的工藝段智慧化控制。以上海城投水務(wù)污水公司為例,致力于提升智能感知能力,例如研發(fā)了活性污泥指數在線(xiàn)自動(dòng)監測設備,可實(shí)現24 h在線(xiàn)監測污泥指數,污泥指數的連續監測對于工藝判斷幫助很大。再如,在預處理區域進(jìn)水泵房、調蓄池、粗細格柵、沉砂池等設施聯(lián)動(dòng)控制中,實(shí)現生物池進(jìn)水負荷平穩,且針對不同工況設定多種控制模式,避免人工頻繁操作的可能失誤,提升了應急準確響應率。

“塊”是指污水廠(chǎng)要兼顧高效和綠色的工廠(chǎng)級智慧化運行,實(shí)現工廠(chǎng)級的智慧化運行。以上海城投水務(wù)污水公司為例,試點(diǎn)開(kāi)展了基于BIM建設“數字孿生”智慧工廠(chǎng)。廠(chǎng)區BIM深度融合數據采集與監視控制(SCADA)系統的實(shí)時(shí)數據和信息系統的業(yè)務(wù)數據,實(shí)現對設施設備的數字化,生產(chǎn)過(guò)程的數字化,同時(shí)結合經(jīng)典的工藝機理模型,機器學(xué)習形成的黑箱模型,仿真技術(shù)組成多維數字化模型,為科學(xué)化、智慧化的管理提供可分析、可仿真、可預測的“數字孿生”工廠(chǎng)。

“片”是指主要指整個(gè)片區的管理,提升公司級智慧化決策。以上海城投水務(wù)污水公司為例,正在搭建完善的公司級的綜合管控調度平臺,具備實(shí)時(shí)監控、生產(chǎn)調度、報表管理、生產(chǎn)優(yōu)化、精確決策等功能,變傳統計劃任務(wù)驅動(dòng)型為數據任務(wù)驅動(dòng)型,可實(shí)現平臺公司以管控為主的管理模式向服務(wù)為主管理模式轉變,促進(jìn)污水廠(chǎng)快速完成優(yōu)化運行的技術(shù)迭代,實(shí)現跨越式運營(yíng)優(yōu)化。

三、結語(yǔ)與展望

污水處理運營(yíng)品質(zhì)提升是一個(gè)漫長(cháng)的過(guò)程,需要在提升過(guò)程中不斷進(jìn)行實(shí)踐與積累,逐步實(shí)現從量變到質(zhì)變。相信通過(guò)共同努力,一定能夠實(shí)現污水處理廠(chǎng)運營(yíng)品質(zhì)的提升,實(shí)現穩定高標、提質(zhì)增效、綠色生態(tài)、智慧賦能的目標,更好地發(fā)揮水環(huán)境治理主力軍的作用。