針對新時期城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)的客觀需求和水生態(tài)環(huán)境改善的立足點，為提升城鎮(zhèn)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(shè)和改造力度，2020年8月國家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合印發(fā)《城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施補短板強弱項實施方案》（以下簡稱《方案》）。該《方案》中明確提出強化城鎮(zhèn)污水處理廠弱項、補齊城鎮(zhèn)污水收集管網(wǎng)短板、加快推進污泥無害化資源化、推動信息系統(tǒng)建設(shè)四大任務(wù)目標，進一步強調(diào)了污水處理系統(tǒng)提質(zhì)增效的重要性。本文從政策、經(jīng)濟、社會、執(zhí)行4個方面進行分析，提出污水處理運行品質(zhì)提升的內(nèi)涵。同時，分析了為滿足污水處理運行品質(zhì)提升的內(nèi)涵要求，需從哪些方向開展具體工作。
一、污水處理運行品質(zhì)提升的內(nèi)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(nèi)涵，可從政策、經(jīng)濟、社會、執(zhí)行4個方面理解污水處理運行品質(zhì)提升內(nèi)涵。
1.1 政策層面
目前，我國包括上海在內(nèi)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。針對這些問題，《方案》中也做了具體的要求，如強調(diào)長三角地區(qū)和粵港澳大灣區(qū)城市、京津冀地區(qū)和長江干流沿線地級及以上城市、黃河流域省會城市、計劃單列市生活污水處理設(shè)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)于進一步規(guī)范城鎮(zhèn)（園區(qū)）污水處理環(huán)境管理的通知（征求意見稿）》。在文件中，不僅針對進水超標導(dǎo)致出水超標等行業(yè)熱點話題進行討論，明確了包括地方人民政府、排污單位、污水廠運營單位在內(nèi)的各方主體的責(zé)任，也強調(diào)要督促運營單位切實履行對污水廠出水水質(zhì)負責(zé)的法定責(zé)任，以及明確污染物排放管控要求、合理認定處理超標責(zé)任。這一征求意見稿，對行業(yè)來講是一個利好，但是在污水處理過程當(dāng)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，行業(yè)也應(yīng)該看到水質(zhì)不達標可能帶來的更多負面影響。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(xiāng)污水集中處理場所超標向環(huán)境排放應(yīng)稅污染物的，應(yīng)當(dāng)繳納環(huán)境保護稅，也強調(diào)了因環(huán)境違法受到處罰，自處罰決定下達的次月起36個月內(nèi)，不得享受規(guī)定的增值稅即征即退。
從政策層面來看，污水處理運行品質(zhì)提升的內(nèi)涵是“穩(wěn)定高標”。一系列政策的推動，都要求污水處理廠，必須提高抗風(fēng)險能力，實現(xiàn)全天候穩(wěn)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)境治理的各類支出主要由各級政府財政承擔(dān)，在財政收入收縮的情況下，還要堅決打好打贏污染防治攻堅戰(zhàn)的任務(wù)，并完成與全面建成小康社會相匹配的生態(tài)環(huán)境保護目標，環(huán)境治理經(jīng)費壓力可想而知。所以市場也要求高性價比的污水處理服務(wù)，這也是一個污水處理企業(yè)的核心競爭力。通過一系列提質(zhì)增效措施，實現(xiàn)高性價比的污水處理服務(wù)。因此，經(jīng)濟層面來看，污水處理運行品質(zhì)提升的內(nèi)涵是“提質(zhì)增效”。
1.3 社會層面
污水處理的本質(zhì)應(yīng)該是讓水環(huán)境變得更好，但在某些特殊情況下，可能會有偏離這一本質(zhì)的做法出現(xiàn)，如過度追求水質(zhì)，做了不切實際的要求和標準，導(dǎo)致污水處理越來越依賴能源、資源（如各類水處理藥劑）。此外，很多地方污水處理好了，但末端的污泥、臭氣又出了問題，帶來很多負面社會影響。在這種情況下，應(yīng)該回歸污水處理的初心，即真正把環(huán)境治理好，應(yīng)該變能源依賴為節(jié)能低碳、變資源依賴為資源再生、變負面影響為環(huán)境友好，實現(xiàn)綠色生態(tài)的目標。所以，從社會層面來看，污水處理運行品質(zhì)提升的內(nèi)涵是“綠色生態(tài)”。
1.4 執(zhí)行層面
從前面的分析可知，污水處理既要穩(wěn)定高標，又要求提質(zhì)增效，綠色生態(tài)。如何兼顧多目標，實現(xiàn)污水處理品質(zhì)升級？在傳統(tǒng)的制造行業(yè)，產(chǎn)品的品質(zhì)升級就是智慧賦能帶來的效果。傳統(tǒng)污水處理類似于傳統(tǒng)加工制造業(yè)，存在工控系統(tǒng)自動化程度不高、IT系統(tǒng)功能簡單、決策極度依賴人為經(jīng)驗等問題。通過智慧化賦能，傳統(tǒng)污水處理轉(zhuǎn)型為智慧污水處理，操作自動化、決策智慧化、充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備的潛力，為污水處理品質(zhì)提升提供有力支撐。因此，從執(zhí)行層面來講，運行品質(zhì)提升的內(nèi)涵應(yīng)該是“智慧賦能”。
二、污水處理運行品質(zhì)的提升方向 污水處理要滿足穩(wěn)定高標、提質(zhì)增效、綠色生態(tài)以及智慧賦能的要求。如何實現(xiàn)？可從政策、經(jīng)濟、社會、執(zhí)行4個層面出發(fā)，提出四大方向：全流程優(yōu)化提標、全方位節(jié)能降耗、全鏈條綜合利用、全環(huán)節(jié)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，可重點從廠網(wǎng)協(xié)同運行、運行優(yōu)化調(diào)控、大水量抗沖擊3個方面著手。
（1）廠網(wǎng)協(xié)同運行
調(diào)蓄池是應(yīng)對大水量沖擊的重要緩沖設(shè)施。上海的污水廠原先都沒有末端調(diào)蓄池，使得污水處理廠對來水瞬時流量波動缺乏調(diào)節(jié)手段，在新一輪污水提標改造工程中不少污水廠配備了末端調(diào)蓄池，調(diào)蓄容量占處理規(guī)模的15%——25%。從目前的運行數(shù)據(jù)來看，調(diào)蓄池對整個污水處理廠來水瞬時沖擊的減緩作用非常明顯。排水管道、調(diào)蓄池與污水廠聯(lián)合調(diào)度，可積極應(yīng)對降雨初期的高濃度合流污水沖擊，對進廠水質(zhì)、水量進行緩沖調(diào)節(jié)，有效地保護現(xiàn)有污水處理廠的運行安全。
（2）優(yōu)化運行調(diào)控
對經(jīng)典的活性污泥數(shù)學(xué)模型進行校正，輔以基于大數(shù)據(jù)分析的黑箱模型，更符合污水廠的實際運行情況，基于修正好的離線模型進行仿真計算，驗證工藝參數(shù)進而大幅細化、優(yōu)化應(yīng)急工況工藝調(diào)度應(yīng)對預(yù)案。在實踐中把模型應(yīng)用在應(yīng)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(dǎo)更精細地調(diào)整過程參數(shù)。
（3）大水量抗沖擊運行模式
在污水處理廠運行過程中，大水量沖擊很明顯，這是很多南方城市都有的現(xiàn)象，合流制排水系統(tǒng)或者不徹底的分流制系統(tǒng)，都會遇到這樣的問題。應(yīng)建立一套抗大水量沖擊分級響應(yīng)機制，不同響應(yīng)等級采取一系列有針對性的工藝調(diào)整與設(shè)備管理措施。通過抗沖擊分級響應(yīng)系列調(diào)控措施，可以使得出水水質(zhì)在大水量沖擊下仍能持續(xù)穩(wěn)定高標。
2.2 全方位節(jié)能降耗
要做好污水處理的提質(zhì)增效，全方位的節(jié)能降耗很關(guān)鍵。在這個過程中，要重點做好系統(tǒng)性的節(jié)能降耗以及提高能源利用率兩方面的工作。
（1）系統(tǒng)性的節(jié)能降耗
污水廠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施效果評價，其主要原因是能耗基數(shù)不清，過程統(tǒng)計不夠精確等原因。因此，建議污水處理廠搭建全廠能源管理平臺，通過安裝一定數(shù)量的電表，對污水廠全廠能耗精確計量統(tǒng)計，并對全廠各工藝段、關(guān)鍵設(shè)備電耗等數(shù)據(jù)進行深度分析、評價，摸索建立工藝段標準電耗，通過對標分析其相關(guān)設(shè)備能效，以確保設(shè)備經(jīng)濟穩(wěn)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，可以考慮開展系統(tǒng)能量平衡校核計算，并在此基礎(chǔ)上提出一套切實可行、不影響干化焚燒系統(tǒng)正常運行的干化尾氣余熱深度利用方案，以上海某污泥廠為例，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(tǒng)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)重點關(guān)注的話題。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(gòu)，系統(tǒng)開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(yīng)用。城投水務(wù)污水公司將產(chǎn)生的污泥進行焚燒殘渣經(jīng)預(yù)處理后與其他原輔材料按配方進行混合復(fù)配，加工成的產(chǎn)品為鐵質(zhì)校正料和復(fù)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(yīng)用于水泥廠、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(yīng)用技術(shù)規(guī)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%實現(xiàn)資源化利用，結(jié)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區(qū)空間綜合利用，上海某污水處理廠作為半地下式污水處理廠充分體現(xiàn)了空間綜合利用，不僅實現(xiàn)了環(huán)境友好，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一、充分融合，同時也踐行了海綿城市理念，打造了廠群和諧的空間環(huán)境。
（3）廠內(nèi)外環(huán)境友好
全鏈條綜合利用還應(yīng)強調(diào)廠內(nèi)外大氣環(huán)境友好，重點應(yīng)關(guān)注臭氣治理。眾所周知，老百姓對污水處理廠除臭要求非常高，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，已實現(xiàn)了對污水廠產(chǎn)生臭氣的污染源進行全覆蓋、臭氣全收集、全處理，處理后臭氣排放廠界滿足目前全國最嚴標準——《城鎮(zhèn)污水處理廠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)境友好還包括廠內(nèi)環(huán)境友好，城投水務(wù)污水公司重視廠區(qū)內(nèi)部無組織臭氣治理，打造員工滿意的生態(tài)廠區(qū)，主持編制的上海地方標準《城鎮(zhèn)污水處理廠惡臭氣體治理技術(shù)標準》已于2021年發(fā)布，為污水處理廠廠內(nèi)臭氣治理提供了技術(shù)支撐。
2.4 全環(huán)節(jié)智慧運維
全環(huán)節(jié)智慧運維應(yīng)從“點、塊、片”3個角度，重點提升智慧化管控的水平。
“點”是指某一個具體的設(shè)備和工藝段：實現(xiàn)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(shù)在線自動監(jiān)測設(shè)備，可實現(xiàn)24 h在線監(jiān)測污泥指數(shù)，污泥指數(shù)的連續(xù)監(jiān)測對于工藝判斷幫助很大。再如，在預(yù)處理區(qū)域進水泵房、調(diào)蓄池、粗細格柵、沉砂池等設(shè)施聯(lián)動控制中，實現(xiàn)生物池進水負荷平穩(wěn)，且針對不同工況設(shè)定多種控制模式，避免人工頻繁操作的可能失誤，提升了應(yīng)急準確響應(yīng)率。
“塊”是指污水廠要兼顧高效和綠色的工廠級智慧化運行，實現(xiàn)工廠級的智慧化運行。以上海城投水務(wù)污水公司為例，試點開展了基于BIM建設(shè)“數(shù)字孿生”智慧工廠。廠區(qū)BIM深度融合數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對設(shè)施設(shè)備的數(shù)字化，生產(chǎn)過程的數(shù)字化，同時結(jié)合經(jīng)典的工藝機理模型，機器學(xué)習(xí)形成的黑箱模型，仿真技術(shù)組成多維數(shù)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(yù)測的“數(shù)字孿生”工廠。
“片”是指主要指整個片區(qū)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(diào)度平臺，具備實時監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度、報表管理、生產(chǎn)優(yōu)化、精確決策等功能，變傳統(tǒng)計劃任務(wù)驅(qū)動型為數(shù)據(jù)任務(wù)驅(qū)動型，可實現(xiàn)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(zhuǎn)變，促進污水廠快速完成優(yōu)化運行的技術(shù)迭代，實現(xiàn)跨越式運營優(yōu)化。
三、結(jié)語與展望 污水處理運營品質(zhì)提升是一個漫長的過程，需要在提升過程中不斷進行實踐與積累，逐步實現(xiàn)從量變到質(zhì)變。相信通過共同努力，一定能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理廠運營品質(zhì)的提升，實現(xiàn)穩(wěn)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。
來源：凈水技術(shù)
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