產(chǎn)業(yè)密集型城鎮(zhèn)污水處理廠納管監(jiān)控體系構(gòu)建與應(yīng)用

鄒偉國(guó) ，丁永偉 ，徐 春，劉戰(zhàn)廣

（1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092；2.蘇州市排水管理處，江蘇蘇州 215007;3.蘇州市吳中區(qū)河?xùn)|污水處理有限公司,江蘇蘇州 215124）

0 引言

環(huán)太湖地區(qū)集中了眾多的工業(yè)重鎮(zhèn)，企業(yè)數(shù)量多，經(jīng)濟(jì)總量大。然而，由于產(chǎn)業(yè)布局的高度密集，已經(jīng)成為城鎮(zhèn)水環(huán)境污染負(fù)荷的主要來(lái)源。對(duì)產(chǎn)業(yè)密集型地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理的調(diào)研表明，除中心城區(qū)基本上以生活污水為主以外，以工業(yè)生產(chǎn)為主的區(qū)域、特別是高新區(qū)和工業(yè)園區(qū)的污水廠，進(jìn)水中工業(yè)廢水含量普遍較高，很多在40%以上，高的達(dá)到70%以上?？傮w上，該類城鎮(zhèn)污水處理廠普遍存在規(guī)模較小、工業(yè)廢水比例大、水質(zhì)水量波動(dòng)大、處理效果不穩(wěn)定的問(wèn)題，成為一類具有特殊代表性的污水廠。在運(yùn)行的污水廠處理能力多集中在1～5萬(wàn)t/d，城鎮(zhèn)污水處理廠接納工業(yè)廢水的比例最高達(dá)到85%，其中主要為印染、電鍍、食品、塑膠、化工等高污染行業(yè)的廢水。這類城鎮(zhèn)廢水的突出特點(diǎn)是廢水來(lái)源復(fù)雜，水質(zhì)、水量波動(dòng)大，有機(jī)物、色度、TP等含量高，有機(jī)組分復(fù)雜[1-2]。

與此同時(shí)，由于監(jiān)管手段缺失，監(jiān)管能力不足，納管企業(yè)（排水戶）廢水不定期超標(biāo)排放和有毒有害組分超標(biāo)對(duì)污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放造成了很大的影響。因此，需要強(qiáng)化企業(yè)來(lái)水的監(jiān)控和預(yù)處理，從工藝改造、技術(shù)手段和管理手段等多方面入手加以整改完善，促進(jìn)納管企業(yè)不斷提高運(yùn)行管理水平。

1 源頭監(jiān)控技術(shù)體系構(gòu)建

針對(duì)環(huán)太湖地區(qū)產(chǎn)業(yè)密集型城鎮(zhèn)中小規(guī)模污水處理廠由于進(jìn)水中工業(yè)廢水比例高、水質(zhì)水量變化大而導(dǎo)致處理效果不穩(wěn)定的問(wèn)題，提出了納管排污企業(yè)總排放口、中途提升泵站和污水處理廠預(yù)處理的三級(jí)源頭監(jiān)控策略。同時(shí)，通過(guò)簽訂納管協(xié)議等管理手段強(qiáng)化排污企業(yè)廢水預(yù)處理效能和排污許可制度的執(zhí)行效果，從而穩(wěn)定和改善污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)，增強(qiáng)生化處理穩(wěn)定性，提升系統(tǒng)的污水處理效能和出水水質(zhì)。納管源頭監(jiān)控技術(shù)體系的構(gòu)成如圖1所示，對(duì)納管企業(yè)排污口、中途泵站和污水廠預(yù)處理工藝段等三個(gè)影響水質(zhì)水量穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行一體化監(jiān)控。通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與設(shè)在污水處理廠的控制平臺(tái)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)生化處理進(jìn)水源頭的遠(yuǎn)程監(jiān)控取樣、水質(zhì)水量監(jiān)控、排污口閥門控制、異常情況報(bào)警等功能。同時(shí)，由于納管協(xié)議的簽訂和納管監(jiān)控系統(tǒng)的安裝，必將推動(dòng)上游企業(yè)進(jìn)一步改善工業(yè)廢水預(yù)處理設(shè)施的運(yùn)行管理水平，為污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)的穩(wěn)定提供保障。

1.1 企業(yè)預(yù)處理設(shè)施

企業(yè)生產(chǎn)污、廢水須在企業(yè)內(nèi)部的污水處理站凈化處理后才能排入城市下水道，應(yīng)滿足《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ 343-2010）的規(guī)定，其中有行業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于不同行業(yè)的企業(yè)排放的工業(yè)廢水水質(zhì)差異性較大，因此，企業(yè)污水處理站的處理工藝應(yīng)根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)工藝或廢水的實(shí)際水質(zhì)進(jìn)行具體分析和合理選擇，為實(shí)現(xiàn)納管源頭排污口的達(dá)標(biāo)排放創(chuàng)造有利條件。對(duì)于建立源頭監(jiān)控體系的產(chǎn)業(yè)密集型城鎮(zhèn)污水處理廠，納管排污企業(yè)總排放口的污染物排放控制要求可由城鎮(zhèn)污水處理廠與企業(yè)根據(jù)污水廠的總體進(jìn)水水質(zhì)和處理能力商定或執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并報(bào)當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)主管部門備案。

圖1 納管源頭監(jiān)控技術(shù)體系構(gòu)成圖

1.2 重點(diǎn)納管排污口

重點(diǎn)納管排污口的監(jiān)控是納管監(jiān)控體系的核心組成部分，可實(shí)現(xiàn)從源頭上阻斷超標(biāo)工業(yè)廢水進(jìn)入污水處理廠，從而極大地提高城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行的穩(wěn)定性。已建城鎮(zhèn)污水處理廠對(duì)服務(wù)面積內(nèi)接管企業(yè)的水量水質(zhì)特征及企業(yè)預(yù)處理設(shè)施的運(yùn)行狀況全面分析后，可選定具有代表性的排放點(diǎn)及較不利點(diǎn)等設(shè)定重點(diǎn)監(jiān)控排污口，并與排污企業(yè)簽訂納管排污協(xié)議，執(zhí)行排污許可制度[3]。條件允許時(shí)，所有有生產(chǎn)廢水產(chǎn)生的接管企業(yè)均應(yīng)納入源頭監(jiān)控體系。

城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)在重點(diǎn)納管總排污口設(shè)置完善的源頭監(jiān)控配套設(shè)施，至少應(yīng)具有自動(dòng)采樣、自動(dòng)檢測(cè)流量和特征污染因子、自動(dòng)啟閉總排污口閥門等三項(xiàng)主要監(jiān)控功能。重點(diǎn)納管總排污口宜設(shè)置流量計(jì)及特征污染因子自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，污水廠內(nèi)的控制平臺(tái)通過(guò)無(wú)線傳輸自動(dòng)采集、記錄與分析在線檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)源頭企業(yè)總排污口閥門的自動(dòng)啟閉和異常情況報(bào)警。

1.3 中途提升泵站

城鎮(zhèn)污水處理廠外的中途提升泵站，宜設(shè)液位計(jì)、液位差計(jì)、液位開(kāi)關(guān)和流量計(jì)等計(jì)量、控制設(shè)備及相關(guān)配套設(shè)施，并通過(guò)無(wú)線傳輸與污水廠內(nèi)的中控平臺(tái)對(duì)接。中控平臺(tái)通過(guò)編譯程序自動(dòng)采集、記錄和分析在線檢測(cè)數(shù)據(jù)，智能調(diào)控中途泵站輸送流量，避免中途泵站集水井水位過(guò)高時(shí)上游污水輸送管道出現(xiàn)壅水，保障污水廠外污水管線運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，并可實(shí)現(xiàn)污水輸送設(shè)備節(jié)能降耗。

產(chǎn)業(yè)密集型城鎮(zhèn)污水處理廠在條件允許時(shí)，可在中途泵站集水井設(shè)置pH值自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，中控平臺(tái)通過(guò)無(wú)線傳輸自動(dòng)采集、記錄和分析在線檢測(cè)的pH值。

1.4 污水廠預(yù)處理

蘇州市城鎮(zhèn)污水處理廠由于工業(yè)廢水比例高，水質(zhì)水量變化大，在生化處理之前需設(shè)置調(diào)節(jié)池、混凝沉淀池、水解酸化池等預(yù)處理設(shè)施。污水廠預(yù)處理設(shè)施的運(yùn)行與接管企業(yè)排放工業(yè)廢水的水質(zhì)水量等關(guān)系密切，因此應(yīng)納入納管監(jiān)控體系形成一體化監(jiān)控策略。

調(diào)節(jié)池對(duì)于后續(xù)混凝沉淀池加藥系統(tǒng)的精確運(yùn)行和水解酸化池進(jìn)水水質(zhì)的保障具有重要意義，因此調(diào)節(jié)池需設(shè)置設(shè)液位計(jì)、液位差計(jì)、液位開(kāi)關(guān)及流量計(jì)等計(jì)量和控制設(shè)備，對(duì)水位和水量進(jìn)行精確控制。水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)應(yīng)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和后續(xù)工藝的要求進(jìn)行篩選和確定，一般應(yīng)設(shè)置pH值調(diào)節(jié)裝置。當(dāng)廢水堿度和營(yíng)養(yǎng)鹽（N、P）等不夠需要補(bǔ)充時(shí)，可采用計(jì)量泵自動(dòng)投加酸、堿和營(yíng)養(yǎng)鹽藥劑。

初次沉淀池應(yīng)根據(jù)廢水的具體水質(zhì)，如廢水的懸浮固體濃度、色度和有機(jī)物濃度等，考慮是否需要設(shè)置混凝劑加藥系統(tǒng)，強(qiáng)化初次沉淀池的物化預(yù)處理效果?；炷铀幭到y(tǒng)可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況啟動(dòng)三個(gè)不同等級(jí)的工作模式。初級(jí)工作模式為混凝劑定量投加，中級(jí)工作模式根據(jù)進(jìn)水流量的變化按比例投加混凝劑，高級(jí)工作模式根據(jù)進(jìn)水流量和監(jiān)測(cè)水質(zhì)指標(biāo)的變化按比例投加混凝劑。

產(chǎn)業(yè)密集型城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水含有較高比例的工業(yè)廢水，其中經(jīng)常含有難生物降解的大分子物質(zhì)或有毒有害有機(jī)物，通過(guò)設(shè)置水解酸化池改善廢水的可生化性，降低廢水的微生物毒性，以利于后續(xù)的生物處理[4-5]。由于水解酸化反應(yīng)對(duì)水量、水質(zhì)的波動(dòng)具有較強(qiáng)的敏感性，水解酸化池應(yīng)建立完善的檢測(cè)控制系統(tǒng)，一般應(yīng)由在線監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)等組成。檢測(cè)項(xiàng)目根據(jù)水解、酸化微生物菌群的生理活動(dòng)特征進(jìn)行確定，合理分配在線監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)項(xiàng)目。此外，污泥界面對(duì)于判斷污泥性能具有一定意義，水解反應(yīng)池宜設(shè)置污泥界面儀和剩余污泥排放流量計(jì)。

2 監(jiān)控模式

納管監(jiān)控系統(tǒng)工作模式如圖2所示，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層包括自動(dòng)取樣設(shè)備、監(jiān)測(cè)儀表和自控裝置等，對(duì)排污口、中途提升泵站和污水廠預(yù)處理工藝段自動(dòng)完成參數(shù)分析、數(shù)據(jù)采集和通訊傳輸，并可識(shí)別監(jiān)測(cè)中心的命令，實(shí)現(xiàn)排污閥門的自動(dòng)啟閉。網(wǎng)絡(luò)層完成監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)中心之間控制信號(hào)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。應(yīng)用層完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)、處理和顯示，并對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行控制指揮。

圖2 納管監(jiān)控系統(tǒng)工作模式示意圖

應(yīng)用層是控制系統(tǒng)核心，直接決定控制質(zhì)量與效果。課題組建立的綜合監(jiān)控平臺(tái)如圖3所示，包括：（1）在線控制系統(tǒng)，收集在線數(shù)據(jù)，發(fā)送控制指令，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控；（2）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和統(tǒng)計(jì)分析功能；（3）運(yùn)行管理系統(tǒng)，幫助污水廠提高運(yùn)行管理水平；（4）輔助支持系統(tǒng)，幫助接管企業(yè)提高污水管理能力。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程實(shí)施

該納管監(jiān)控系統(tǒng)已在蘇州市河?xùn)|工業(yè)園的河?xùn)|污水處理有限公司應(yīng)用，該污水處理廠總處理能力8.0萬(wàn)m3/d。其中，工業(yè)污水占70%左右，主要為印染、紡織、電子、機(jī)械、化工等行業(yè)排放的廢水。由于長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)接管企業(yè)缺乏有效的監(jiān)管手段，該廠進(jìn)水水質(zhì)、水量一度非常不穩(wěn)定，對(duì)污水廠的穩(wěn)定運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放造成了較大影響。

2011年下半年至2012年，污水處理廠開(kāi)始逐步對(duì)工業(yè)園有生產(chǎn)廢水排放的接管企業(yè)安裝智能排水監(jiān)管系統(tǒng)。截至2012年底，已在100多家接管企業(yè)中選擇34家進(jìn)行了監(jiān)控裝置的示范安裝（如圖3左所示），并建有1個(gè)監(jiān)控中心，今后擬要求所有有生產(chǎn)廢水產(chǎn)生的新接管企業(yè)在接管前必須安裝該系統(tǒng)。此外，在分析該污水處理廠預(yù)處理工藝段的藥耗水平與運(yùn)行現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，建立了初沉池智能加藥設(shè)備和控制平臺(tái)系統(tǒng)（見(jiàn)圖3），初步實(shí)現(xiàn)了納管監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)。

該系統(tǒng)可對(duì)接管企業(yè)的廢水排放情況和污水處理廠預(yù)處理設(shè)施運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制，其基本功能包括實(shí)時(shí)監(jiān)控接管企業(yè)的廢水排放情況，如流量、總量、pH、COD等指標(biāo)；對(duì)企業(yè)排放的廢水實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制自動(dòng)采樣，實(shí)現(xiàn)了采樣時(shí)間的全覆蓋，減輕了外管巡查的工作量，并且可以給企業(yè)同步留樣，減少爭(zhēng)議；遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)對(duì)企業(yè)排放口閥門進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，提高了污水廠發(fā)現(xiàn)企業(yè)超標(biāo)排放和偷排時(shí)的處置能力和應(yīng)急能力。此外，該系統(tǒng)可以對(duì)企業(yè)排水進(jìn)行總量控制，遠(yuǎn)期還可以實(shí)現(xiàn)排污超標(biāo)收費(fèi)功能。

圖3 在線監(jiān)控設(shè)施實(shí)景及其示意圖

3.2 實(shí)施效果

納管監(jiān)控系統(tǒng)的安裝成功，增加了該污水處理廠控制外圍水質(zhì)沖擊的管理手段。系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)，污水廠已根據(jù)納管協(xié)議對(duì)多家超標(biāo)嚴(yán)重和涉嫌偷排的企業(yè)進(jìn)行了關(guān)閥處理，從而增加了企業(yè)違規(guī)排放的顧慮和成本，促進(jìn)一批企業(yè)新建和改造預(yù)處理設(shè)施，提升了接管企業(yè)預(yù)處理水平，進(jìn)而明顯提升了污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)和運(yùn)行穩(wěn)定性。

3.2.1 接管企業(yè)排放水質(zhì)提升

該污水處理廠進(jìn)水中工業(yè)污水占70%左右，接管的100多家企業(yè)中主要為印染、紡織、電子、化工等重污染企業(yè)。由于接管企業(yè)的生產(chǎn)特征差異，不同企業(yè)的重點(diǎn)監(jiān)控污染因子有所差異。圖4所示為三家企業(yè)2011至2013年間的重點(diǎn)污染物排放濃度隨時(shí)間的變化情況。受企業(yè)生產(chǎn)變化和企業(yè)內(nèi)部污水處理設(shè)施運(yùn)行水平等因素的影響，部分企業(yè)排水水質(zhì)的提升經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間和一定的波折，但大部分企業(yè)的排水水質(zhì)均得到一定改善。對(duì)圖4中的數(shù)據(jù)按年份取平均值，結(jié)果如表1所列。

目前該污水廠的接管標(biāo)準(zhǔn)為COD≤500 mg/L、氨氮≤25 mg/L、TP≤1 mg/L，由表1可見(jiàn)，三家企業(yè)在2011年的TP或COD排放濃度均達(dá)不到接管標(biāo)準(zhǔn)。但隨著納管監(jiān)控體系的實(shí)施，三家企業(yè)的排放水質(zhì)均逐步提升，不僅污染物濃度下降，水質(zhì)波動(dòng)性也大大減小。到2013年，甲企業(yè)的TP和丙企業(yè)的COD排放濃度均可達(dá)到接管標(biāo)準(zhǔn)。乙企業(yè)受行業(yè)生產(chǎn)影響，TP排放濃度過(guò)高，但2013年比2011年的TP排放濃度下降了72.4%，水質(zhì)提升效果明顯。

3.2.2 污水廠進(jìn)出水水質(zhì)提升

2011年至2014年，該污水廠的進(jìn)出水COD和TP濃度隨時(shí)間的變化情況如圖5所示。對(duì)圖5中的數(shù)據(jù)按年份取平均值，結(jié)果如表2所列。實(shí)施納管監(jiān)控之前的進(jìn)水COD和TP濃度處于高位波動(dòng)，經(jīng)常出現(xiàn)超過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)的情況，直接導(dǎo)致污水處理廠運(yùn)行穩(wěn)定性下降，出水COD濃度僅能勉強(qiáng)達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)較大，出水TP濃度更是僅達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。2011年下半年實(shí)施納管監(jiān)控之后，進(jìn)水水質(zhì)迅速改善，2012年進(jìn)水COD和TP濃度較2011年分別下降了15.2%和44.7%。由于進(jìn)水水質(zhì)的改善和優(yōu)化運(yùn)行措施的實(shí)施，2012年出水濃度均已可穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，大大提升了污水處理廠的運(yùn)行效益。2013至2014年，出水COD和TP濃度進(jìn)一步下降，超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步減小。

圖4 三家企業(yè)納管監(jiān)控前后進(jìn)出水水質(zhì)曲線圖

表1 三家接管企業(yè)年平均排水水質(zhì)一覽表（單位：mg/L）

圖5 污水廠納管監(jiān)控前后進(jìn)出水水質(zhì)曲線圖

4 結(jié)語(yǔ)

產(chǎn)業(yè)密集型城鎮(zhèn)污水處理廠普遍存在由于進(jìn)水中工業(yè)廢水比例高、水質(zhì)水量變化大導(dǎo)致運(yùn)行效果不穩(wěn)定的問(wèn)題，上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司提出了納管排污企業(yè)總排放口、中途提升泵站和污水處理廠預(yù)處理的三級(jí)監(jiān)控策略，通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與綜合控制平臺(tái)連接，配合納管協(xié)議的簽訂，形成納管監(jiān)控體系。在蘇州市某污水處理廠的應(yīng)用表明，構(gòu)建的納管監(jiān)控體系實(shí)現(xiàn)了對(duì)納管企業(yè)排水和污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，明顯提升了污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)和運(yùn)行穩(wěn)定性，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。納管監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，還可增加區(qū)域環(huán)境應(yīng)急管理能力，有利于區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的防范。

表2 污水廠年平均進(jìn)出水水質(zhì)一覽表（單位：mg/L）

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