城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建及應(yīng)用

裘 湛

(上海城投污水處理有限公司，上海 201203)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和估測(cè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和損失程度進(jìn)行全面考慮，評(píng)估發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性及危害程度，并與公認(rèn)的安全指標(biāo)相比較，以衡量風(fēng)險(xiǎn)的程度，決定是否需要采取相應(yīng)措施的過(guò)程。污水處理廠風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目的是定量預(yù)測(cè)各風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的或然性并評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)可接受程度的方法體系，是污水處理廠風(fēng)險(xiǎn)管理與決策的重要依據(jù)。由于城鎮(zhèn)污水處理廠多采用生物處理工藝，外界干擾后恢復(fù)需要較長(zhǎng)時(shí)間［1］。因此，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)尤其關(guān)注水質(zhì)達(dá)標(biāo)穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題，對(duì)該問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有助于降低污水處理廠的超標(biāo)率、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境影響。本研究擬構(gòu)建污水處理廠風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架體系，并以上海市郊區(qū)兩家大型污水處理廠為例進(jìn)行運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，為污水處理廠的運(yùn)行和水務(wù)管理決策提供科學(xué)參考。

1 風(fēng)險(xiǎn)分析方法體系

1．1 風(fēng)險(xiǎn)分析框架

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)通常指突發(fā)性事故對(duì)環(huán)境或健康的危害程度，用風(fēng)險(xiǎn)值R(危害/單位時(shí)間)表征。R定義為事故發(fā)生的概率P(事故/單位時(shí)間)與事故造成的環(huán)境或健康后果C(危害/事故)的乘積，公式如下所示。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)包括風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、源項(xiàng)分析、后果分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)4個(gè)步驟。在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別后，通常采用預(yù)先設(shè)定的恰當(dāng)?shù)南鄬?duì)尺度(如1～5)建立信息或數(shù)據(jù)集，以便評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重性和可能性。后果嚴(yán)重性反映了財(cái)產(chǎn)、人員或設(shè)施的受損程度，而可能性則代表風(fēng)險(xiǎn)事件的概率。該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)流程已被國(guó)內(nèi)外研究人員廣泛采用［2-5］，其最大的優(yōu)點(diǎn)是使風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程更具目標(biāo)性且能處理某些難以用明確數(shù)值表述的項(xiàng)目，在面對(duì)不確定性問(wèn)題時(shí)更易做出接近實(shí)際情況的決策［6］。

1．2 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別即識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)的存在并確定其性質(zhì)的過(guò)程，污水處理廠風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的范圍應(yīng)包括設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別兩部分。設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的對(duì)象主要包括污水和污泥處理的各類(lèi)相關(guān)設(shè)施，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別則包括出水、惡臭氣體、剩余污泥等。當(dāng)然，除內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)外，污水處理廠還面臨包括進(jìn)水水質(zhì)水量、電力供應(yīng)、藥劑供給、污泥出路、自然災(zāi)害等外部風(fēng)險(xiǎn)。在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的過(guò)程中，除了收集相關(guān)的運(yùn)行管理、設(shè)施和周邊環(huán)境資料外，還應(yīng)收集國(guó)內(nèi)外污水處理行業(yè)事故統(tǒng)計(jì)分析及典型案例資料，以篩選風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子并確定潛在的風(fēng)險(xiǎn)單元和重大風(fēng)險(xiǎn)源。

1．3 風(fēng)險(xiǎn)源項(xiàng)分析方法

風(fēng)險(xiǎn)源項(xiàng)分析是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的首要任務(wù)和基礎(chǔ)工作，其分析的準(zhǔn)確與否關(guān)系到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的質(zhì)量。為了將概率轉(zhuǎn)化為權(quán)值0～5，風(fēng)險(xiǎn)事件可能性可采用概率值P可按下式計(jì)算。

其中ni—各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的次數(shù);

m—統(tǒng)計(jì)樣本總數(shù)。

利用該方法得到的P為連續(xù)性數(shù)據(jù)，有別于傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析中定義的離散數(shù)據(jù)集［7］。當(dāng)然，采用該方法可對(duì)風(fēng)險(xiǎn)可能性定義為:很低(Rare，P≤1)、低(Unlikely，1＜P≤2)、中等(Likely，2 ＜P≤3)、高(Frequent，3 ＜P≤4)和很高(Chronic，4 ＜P≤5)。

1．4 后果分析方法

后果分析是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。污水處理廠的風(fēng)險(xiǎn)事件可能帶來(lái)的后果主要包括環(huán)境污染(污染風(fēng)險(xiǎn))、社會(huì)影響(安全風(fēng)險(xiǎn))和生命財(cái)產(chǎn)損失(設(shè)施運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn))3方面。風(fēng)險(xiǎn)事件的后果分析主要是預(yù)測(cè)分析最大可信事故對(duì)環(huán)境或健康造成的危害和影響及影響范圍和程度。

污水處理廠出水對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)事件主要是水質(zhì)超標(biāo)，可采用下式的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)表征。

其中Si—水質(zhì)指標(biāo)i的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù);

ci—指標(biāo)i的濃度，mg/L;

csi—標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L。

S≥1．0即為超標(biāo)，S＜1．0則達(dá)標(biāo)(見(jiàn)表1中的單向風(fēng)險(xiǎn)等級(jí))。除了出水水質(zhì)外，還應(yīng)關(guān)注進(jìn)水負(fù)荷波動(dòng)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)水負(fù)荷的波動(dòng)涉及水質(zhì)和水量，進(jìn)水指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)中csi應(yīng)為設(shè)計(jì)值。S過(guò)高會(huì)造成污水處理廠超負(fù)荷運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，對(duì)于某些風(fēng)險(xiǎn)事件，S＜1．0也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。例如進(jìn)水有機(jī)物(即COD和BOD5)濃度過(guò)低可能造成脫氮除磷所需碳源不足。因此，在對(duì)進(jìn)水指數(shù)等級(jí)劃分時(shí)，除了考慮高濃度引起的沖擊負(fù)荷外，還應(yīng)考慮低水量、低濃度造成的負(fù)荷(碳源)不足(見(jiàn)表1中的雙向風(fēng)險(xiǎn)等級(jí))。表1中的等級(jí)劃分閾值宜根據(jù)實(shí)際污水處理工藝進(jìn)行調(diào)整，如污水處理廠設(shè)置初沉池能降低進(jìn)水SS偏高的風(fēng)險(xiǎn)或污水處理系統(tǒng)分組設(shè)置亦可有效規(guī)避低進(jìn)水量的風(fēng)險(xiǎn)。

表1 城鎮(zhèn)污水處理廠風(fēng)險(xiǎn)事件后果等級(jí)劃分表Tab．1 Grading of Risk Event Consequences of WWTPs

1．5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是通過(guò)綜合分析確定最大可信事故造成的受害點(diǎn)距源項(xiàng)的最大距離及危害程度，包括造成的環(huán)境損害、人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失等。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的常用方法是綜合考慮風(fēng)險(xiǎn)可能性和后果嚴(yán)重性建立矩陣測(cè)算風(fēng)險(xiǎn)值，然后進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)［7，8］。污水處理廠風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可采用與國(guó)內(nèi)四級(jí)響應(yīng)機(jī)制類(lèi)似的四色法，以區(qū)分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)并設(shè)定管理措施對(duì)應(yīng)的閾值。按照風(fēng)險(xiǎn)值的高低，可將風(fēng)險(xiǎn)分為四級(jí):Ⅰ級(jí)(極高風(fēng)險(xiǎn)，紅色，R=17～25)、Ⅱ級(jí)(高風(fēng)險(xiǎn)，橙色，R=12～16)、Ⅲ級(jí)(中等風(fēng)險(xiǎn)，黃色，R=6～11)和Ⅳ級(jí)(低風(fēng)險(xiǎn)，藍(lán)色，R=1～5)，具體如圖1所示。

圖1所示的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分可在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上為決策流程提供合適的框架，該方法同樣適用于其他技術(shù)、管理和公共服務(wù)部門(mén)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管理［9］。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣與控制曲線Fig．1 Risk Assessment Matrix and Control Curve

由圖1可知落入高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)是污水處理廠運(yùn)行管理單位必須加強(qiáng)控制，并盡可能規(guī)避或轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn);落入常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)則需要在運(yùn)行管理中控制與消減，并考慮在條件允許時(shí)通過(guò)合同或保險(xiǎn)的方式轉(zhuǎn)移;低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)因素，在實(shí)施相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制和消減后可考慮自留。風(fēng)險(xiǎn)控制曲線的位置與運(yùn)行管理單位的風(fēng)險(xiǎn)容忍度和風(fēng)險(xiǎn)偏好相關(guān)，風(fēng)險(xiǎn)容忍度高且管理單位偏向冒險(xiǎn)則其風(fēng)險(xiǎn)控制曲線將向右上方移動(dòng)，反之則曲線會(huì)移向左下方。

2 城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

基于上述劃分規(guī)則，選取上海市郊區(qū)兩家大型污水處理廠以2010年～2011年的月平均數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。污水處理廠A設(shè)計(jì)水量為13．8萬(wàn)m3/d，采用厭氧/缺氧/好氧工藝，于2008年5月通水運(yùn)行。污水處理廠B設(shè)計(jì)水量為12萬(wàn)m3/d，采用氧化溝工藝，于2009年底通水運(yùn)行。兩家污水處理廠的設(shè)計(jì)進(jìn)水和出水標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。對(duì)兩家污水處理廠風(fēng)險(xiǎn)分析后計(jì)算得到的風(fēng)險(xiǎn)值如表3所示。表3數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)分析曲線如圖2所示。

表2 兩家示例污水處理廠的進(jìn)水和出水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)Tab．2 Design Criteria of Influent and Effluent from Two WWTPs

圖2 污水處理廠風(fēng)險(xiǎn)分析曲線示例Fig．2 Risk Analysis Curves of Two WWTPs

由表3可知在污水處理廠A的風(fēng)險(xiǎn)事件中，“出水總磷(TP)超標(biāo)”(R=7．92)、“進(jìn)水TP超過(guò)設(shè)計(jì)值”(R=6．88)、“進(jìn)水懸浮固體(SS)超過(guò)設(shè)計(jì)值”(R=6．04)和“進(jìn)水 BOD5偏離設(shè)計(jì)值”(R=6．03)的風(fēng)險(xiǎn)值均高于5，位于Ⅲ級(jí)中風(fēng)險(xiǎn)黃色區(qū)。風(fēng)險(xiǎn)事件“進(jìn)水COD偏離設(shè)計(jì)值”(R=4．58)、“進(jìn)水氨氮(NH3-N)超過(guò)設(shè)計(jì)值”(R=1．25)、“進(jìn)水總氮(TN)超過(guò)設(shè)計(jì)值”(R=1．25)和“出水TN超標(biāo)”(R=0．83)的風(fēng)險(xiǎn)值均低于5，位于Ⅳ級(jí)低風(fēng)險(xiǎn)藍(lán)色區(qū)。值得注意的是，污水處理廠A的中風(fēng)險(xiǎn)事件“出水TP超標(biāo)”和高風(fēng)險(xiǎn)事件“出水TN超標(biāo)”全部集中于2010年1月～8月，這可能與其一期和二期升級(jí)改造工程有關(guān)，2011年9月后其標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)均低于1。因此，污水處理廠A所面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)是進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)，且現(xiàn)有處理工藝很好地控制了進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)對(duì)出水的影響。

由表3可知在污水處理廠B的風(fēng)險(xiǎn)事件中，“進(jìn)水 BOD5偏離設(shè)計(jì)值”(R=13．75)和“進(jìn)水COD偏離設(shè)計(jì)值”(R=11．88)位于圖1的Ⅱ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)橙色區(qū)，其他3個(gè)事件“進(jìn)水TP超過(guò)設(shè)計(jì)值”(R=2．17)、“出水 TP 超標(biāo)”(R=1．45)、“進(jìn)水 SS超過(guò)設(shè)計(jì)值”(R=0．42)的風(fēng)險(xiǎn)值均低于5，位于Ⅳ級(jí)低風(fēng)險(xiǎn)藍(lán)色區(qū)。從事件的關(guān)聯(lián)性來(lái)看，污水處理廠B的高風(fēng)險(xiǎn)事件“進(jìn)水BOD5偏離設(shè)計(jì)值”和“進(jìn)水COD偏離設(shè)計(jì)值”主要表現(xiàn)為進(jìn)水BOD5和COD低于設(shè)計(jì)值，它們與低風(fēng)險(xiǎn)事件“進(jìn)水TP超過(guò)設(shè)計(jì)值”共同作用的結(jié)果很容易導(dǎo)致“出水TP超標(biāo)”。基于上述風(fēng)險(xiǎn)分析，污水處理廠B面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)同樣是進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)，特別進(jìn)水碳源不足的問(wèn)題。

表3 兩家污水處理廠的風(fēng)險(xiǎn)分析數(shù)據(jù)表Tab．3 Risk Analysis of Two WWTPs

3 結(jié)論與建議

通過(guò)采用恰當(dāng)?shù)南鄬?duì)尺度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)重性分級(jí)，采用四色法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)值等級(jí)劃分，建立了城鎮(zhèn)污水處理廠的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。城鎮(zhèn)污水處理廠風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架的建立能夠有效地為運(yùn)行管理決策流程提供科學(xué)依據(jù)。對(duì)上海市郊區(qū)兩家大型城鎮(zhèn)污水處理廠的風(fēng)險(xiǎn)分析后，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)是其面臨的共同風(fēng)險(xiǎn)，也是造成污水處理廠出水水質(zhì)超標(biāo)的重要原因。

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