導 讀
針對新時期城鎮污水處理系統的客觀需求和水生態環境改善的立足點,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配套建設和改造力度,2020年8月國家發展改革委、住房城鄉建設部聯合印發《城鎮生活污水處理設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污水處理廠弱項、補齊城鎮污水收集管網短板、加快推進污泥無害化資源化、推動信息系統建設四大任務目標,進一步強調了污水處理系統提質增效的重要性。本文從政策、經濟、社會、執行4個方面進行分析,提出污水處理運行品質提升的內涵。同時,分析了為滿足污水處理運行品質提升的內涵要求,需從哪些方向開展具體工作。
一、污水處理運行品質提升的內涵
要清楚污水處理運行品質提升的方向,首先要明確其內涵,可從政策、經濟、社會、執行4個方面理解污水處理運行品質提升內涵。
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,如強調長三角地區和粵港澳大灣區城市、京津冀地區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施全部達到一級A排放標準。
2020年8月,國家生態環境部發布了《關于進一步規范城鎮(園區)污水處理環境管理的通知(征求意見稿)》。在文件中,不僅針對進水超標導致出水超標等行業熱點話題進行討論,明確了包括地方人民政府、排污單位、污水廠運營單位在內的各方主體的責任,也強調要督促運營單位切實履行對污水廠出水水質負責的法定責任,以及明確污染物排放管控要求、合理認定處理超標責任。這一征求意見稿,對行業來講是一個利好,但是在污水處理過程當中需要極其關注水質,對污水處理提出了更高的要求。
與此同時,行業也應該看到水質不達標可能帶來的更多負面影響。比如《中華人民共和國環境保護稅法》《資源綜合利用產品和勞務增值稅優惠目錄》等文件中,不僅明確了城鄉污水集中處理場所超標向環境排放應稅污染物的,應當繳納環境保護稅,也強調了因環境違法受到處罰,自處罰決定下達的次月起36個月內,不得享受規定的增值稅即征即退。
從政策層面來看,污水處理運行品質提升的內涵是“穩定高標”。一系列政策的推動,都要求污水處理廠,必須提高抗風險能力,實現全天候穩定高標運行。
1.2
經濟層面
受新冠肺炎疫情影響,全球經濟都遭受巨大的沖擊。眾所周知,環境治理的各類支出主要由各級政府財政承擔,在財政收入收縮的情況下,還要堅決打好打贏污染防治攻堅戰的任務,并完成與全面建成小康社會相匹配的生態環境保護目標,環境治理經費壓力可想而知。所以市場也要求高性價比的污水處理服務,這也是一個污水處理企業的核心競爭力。通過一系列提質增效措施,實現高性價比的污水處理服務。因此,經濟層面來看,污水處理運行品質提升的內涵是“提質增效”。
1.3
社會層面
污水處理的本質應該是讓水環境變得更好,但在某些特殊情況下,可能會有偏離這一本質的做法出現,如過度追求水質,做了不切實際的要求和標準,導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,應該回歸污水處理的初心,即真正把環境治理好,應該變能源依賴為節能低碳、變資源依賴為資源再生、變負面影響為環境友好,實現綠色生態的目標。所以,從社會層面來看,污水處理運行品質提升的內涵是“綠色生態”。
1.4
執行層面
從前面的分析可知,污水處理既要穩定高標,又要求提質增效,綠色生態。如何兼顧多目標,實現污水處理品質升級?在傳統的制造行業,產品的品質升級就是智慧賦能帶來的效果。傳統污水處理類似于傳統加工制造業,存在工控系統自動化程度不高、IT系統功能簡單、決策極度依賴人為經驗等問題。通過智慧化賦能,傳統污水處理轉型為智慧污水處理,操作自動化、決策智慧化、充分發揮現有設施設備的潛力,為污水處理品質提升提供有力支撐。因此,從執行層面來講,運行品質提升的內涵應該是“智慧賦能”。
二、污水處理運行品質的提升方向
污水處理要滿足穩定高標、提質增效、綠色生態以及智慧賦能的要求。如何實現?可從政策、經濟、社會、執行4個層面出發,提出四大方向:全流程優化提標、全方位節能降耗、全鏈條綜合利用、全環節智慧運維。
2.1
全流程的優化提標
在全流程的優化提標中,可重點從廠網協同運行、運行優化調控、大水量抗沖擊3個方面著手。
(1)廠網協同運行
調蓄池是應對大水量沖擊的重要緩沖設施。上海的污水廠原先都沒有末端調蓄池,使得污水處理廠對來水瞬時流量波動缺乏調節手段,在新一輪污水提標改造工程中不少污水廠配備了末端調蓄池,調蓄容量占處理規模的15%～25%。從目前的運行數據來看,調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、調蓄池與污水廠聯合調度,可積極應對降雨初期的高濃度合流污水沖擊,對進廠水質、水量進行緩沖調節,有效地保護現有污水處理廠的運行安全。
(2)優化運行調控
對經典的活性污泥數學模型進行校正,輔以基于大數據分析的黑箱模型,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,驗證工藝參數進而大幅細化、優化應急工況工藝調度應對預案。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程參數。
(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象,合流制排水系統或者不徹底的分流制系統,都會遇到這樣的問題。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。通過抗沖擊分級響應系列調控措施,可以使得出水水質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增效,全方位的節能降耗很關鍵。在這個過程中,要重點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不清,過程統計不夠精確等原因。因此,建議污水處理廠搭建全廠能源管理平臺,通過安裝一定數量的電表,對污水廠全廠能耗精確計量統計,并對全廠各工藝段、關鍵設備電耗等數據進行深度分析、評價,摸索建立工藝段標準電耗,通過對標分析其相關設備能效,以確保設備經濟穩定運行,提高投入產出比。
(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,可以考慮開展系統能量平衡校核計算,并在此基礎上提出一套切實可行、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足綠色生態的要求。
(1)污泥殘渣資源化
資源循環利用主要指的是焚燒灰、渣的資源化利用,也是行業重點關注的話題。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。以上海城投水務污水公司為例,聯合同濟大學、上海大學、上海市政院等研究機構,系統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業化應用。城投水務污水公司將產生的污泥進行焚燒殘渣經預處理后與其他原輔材料按配方進行混合復配,加工成的產品為鐵質校正料和復合粉煤灰,產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、粉磨站及攪拌站,相關產品符合《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)等技術標準。該技術打通了焚燒殘渣水泥建材利用的產業化鏈路,100%實現資源化利用,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區空間綜合利用,上海某污水處理廠作為半地下式污水處理廠充分體現了空間綜合利用,不僅實現了環境友好,與周邊環境協調統一、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境。
(3)廠內外環境友好
全鏈條綜合利用還應強調廠內外大氣環境友好,重點應關注臭氣治理。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。以上海城投水務污水公司為例,已實現了對污水廠產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)。環境友好還包括廠內環境友好,城投水務污水公司重視廠區內部無組織臭氣治理,打造員工滿意的生態廠區,主持編制的上海地方標準《城鎮污水處理廠惡臭氣體治理技術標準》已于2021年發布,為污水處理廠廠內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“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備和工藝段:實現精準操作的工藝段智慧化控制。以上海城投水務污水公司為例,致力于提升智能感知能力,例如研發了活性污泥指數在線自動監測設備,可實現24 h在線監測污泥指數,污泥指數的連續監測對于工藝判斷幫助很大。再如,在預處理區域進水泵房、調蓄池、粗細格柵、沉砂池等設施聯動控制中,實現生物池進水負荷平穩,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”是指污水廠要兼顧高效和綠色的工廠級智慧化運行,實現工廠級的智慧化運行。以上海城投水務污水公司為例,試點開展了基于BIM建設“數字孿生”智慧工廠。廠區BIM深度融合數據采集與監視控制(SCADA)系統的實時數據和信息系統的業務數據,實現對設施設備的數字化,生產過程的數字化,同時結合經典的工藝機理模型,機器學習形成的黑箱模型,仿真技術組成多維數字化模型,為科學化、智慧化的管理提供可分析、可仿真、可預測的“數字孿生”工廠。
“片”是指主要指整個片區的管理,提升公司級智慧化決策。以上海城投水務污水公司為例,正在搭建完善的公司級的綜合管控調度平臺,具備實時監控、生產調度、報表管理、生產優化、精確決策等功能,變傳統計劃任務驅動型為數據任務驅動型,可實現平臺公司以管控為主的管理模式向服務為主管理模式轉變,促進污水廠快速完成優化運行的技術迭代,實現跨越式運營優化。
三、結語與展望
污水處理運營品質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,逐步實現從量變到質變。相信通過共同努力,一定能夠實現污水處理廠運營品質的提升,實現穩定高標、提質增效、綠色生態、智慧賦能的目標,更好地發揮水環境治理主力軍的作用。