智慧環(huán)保與鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理創(chuàng)新性結(jié)合

蘇士安，胡曉勇

（永清環(huán)保股份有限公司，長(zhǎng)沙 410004）

1 目前國(guó)內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理廠運(yùn)營(yíng)存在的問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理廠建設(shè)于不同時(shí)期，各個(gè)時(shí)期對(duì)于污水處理標(biāo)準(zhǔn)的要求不一樣，因此各地運(yùn)行的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理廠在建設(shè)質(zhì)量和運(yùn)行管理方面的水平參差不齊。

近年來(lái)，我國(guó)加大了鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的建設(shè)力度，各地鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理廠建設(shè)規(guī)模得到了提升。以湖南省為例，根據(jù)《湖南省人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)〈湖南省鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)四年行動(dòng)實(shí)施方案（2019—2022 年）〉的通知》，至2022 年年底，湖南省共780 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)需要建設(shè)生活污水處理廠。如何高效且低成本地管理如此大規(guī)模的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理廠，將是我們需要面對(duì)的新問(wèn)題。

2 智慧環(huán)保與鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理的結(jié)合

2.1 智慧環(huán)保概念

“數(shù)字環(huán)?！币原h(huán)保為核心，由基礎(chǔ)應(yīng)用、延伸應(yīng)用、高級(jí)應(yīng)用和戰(zhàn)略應(yīng)用的多層環(huán)保監(jiān)控管理平臺(tái)集成，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保的數(shù)字化[1]。智慧環(huán)保是數(shù)字環(huán)保概念的延伸和拓展，其借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把感應(yīng)器和裝備嵌入各種環(huán)境監(jiān)控對(duì)象（物體）中，通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)和云計(jì)算將環(huán)保領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)整合起來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與環(huán)境業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整合，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理和決策智慧[2]。

2.2 智慧環(huán)保在鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理中的運(yùn)用

永順縣位于湖南省湘西土家族苗族自治州北部，截至2019 年年底，永順縣總?cè)丝跒?3.61 萬(wàn)人，總戶數(shù)為16.43 萬(wàn)戶，轄區(qū)總面積為3810.63km2，轄23 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。在進(jìn)行全縣污水處理方案規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，主要面對(duì)2 個(gè)難點(diǎn)。

2.2.1 建設(shè)和運(yùn)營(yíng)缺乏資金保障

永順縣是國(guó)家扶貧開(kāi)發(fā)工作重點(diǎn)縣、國(guó)家武陵山片區(qū)區(qū)域發(fā)展與扶貧攻堅(jiān)試點(diǎn)縣、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部對(duì)口扶貧縣。作為國(guó)家級(jí)深度貧困縣，永順縣人民政府近年來(lái)通過(guò)采取一系列政策來(lái)加快地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，并取得了一定成果，但是由于當(dāng)?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè)尚未形成，投資拉動(dòng)型增長(zhǎng)模式還未根本轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致其地方財(cái)政基礎(chǔ)仍然薄弱。采取傳統(tǒng)模式的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理廠的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用是當(dāng)?shù)刎?cái)政難以支撐的。

2.2.2 地處山區(qū)，通行不便，難以統(tǒng)一管理

永順縣境內(nèi)崇山峻嶺，交通極為不便。以小溪鎮(zhèn)為例，該鎮(zhèn)與縣城的距離為140km，由于有一半以上的路程為山路，導(dǎo)致車行往返需16h。小溪鎮(zhèn)分為小溪片區(qū)、回龍片區(qū)、長(zhǎng)官片區(qū)等3 個(gè)片區(qū)，其中小溪片區(qū)和長(zhǎng)官片區(qū)相距51km，長(zhǎng)官片區(qū)和回龍片區(qū)相距14km，小溪片區(qū)和回龍片區(qū)相距47km。3 個(gè)片區(qū)之間的道路基本為山路，交通條件較差。在傳統(tǒng)模式下，縣城污水處理廠相關(guān)技術(shù)人員不僅無(wú)法對(duì)小溪鎮(zhèn)生活污水處理廠提供運(yùn)營(yíng)服務(wù)，而且3 個(gè)片區(qū)的生活污水處理廠除需要單獨(dú)配備技術(shù)團(tuán)體和管理人員外，還需要建設(shè)相應(yīng)的辦公用房和員工休息用房。

根據(jù)智慧環(huán)保開(kāi)發(fā)的污水處理智慧系統(tǒng)，是針對(duì)目前鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)備管理中設(shè)備智能化程度低、管理成本高、監(jiān)管難等痛點(diǎn)，為滿足高效運(yùn)營(yíng)管理需求，依托信息化控制器數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的信息化管理系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能故障報(bào)警與診斷、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析、權(quán)限管理等功能，真正實(shí)現(xiàn)污水處理設(shè)備的“互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用”。污水處理智慧系統(tǒng)見(jiàn)下圖。

污水處理智慧系統(tǒng)示意圖

永順縣23 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠，計(jì)劃采用污水處理智慧系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)縣內(nèi)各污水處理廠的關(guān)鍵生產(chǎn)指標(biāo)（進(jìn)出水水量、進(jìn)出水污染物濃度、集水井水位等）、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)（設(shè)備開(kāi)關(guān)、電流、電壓等）的自動(dòng)采集，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能預(yù)警，加強(qiáng)了各級(jí)管理人員對(duì)各廠運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)管力度。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各類運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，為各污水處理廠運(yùn)營(yíng)管理提供了實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、全廠過(guò)程控制、工藝運(yùn)行模擬、運(yùn)行異常預(yù)警、優(yōu)化運(yùn)行決策等功能，實(shí)現(xiàn)了整體綜合運(yùn)營(yíng)決策的工藝分析、設(shè)備分析、成本分析、風(fēng)險(xiǎn)分析等。該污水處理智慧系統(tǒng)的核心是：

（1）全面監(jiān)測(cè)。通過(guò)安裝各類在線儀器儀表，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備的運(yùn)行狀況及污水處理過(guò)程參數(shù)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。

（2）智能運(yùn)行。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)分析情況自動(dòng)調(diào)整各運(yùn)行參數(shù)。

（3）專家診斷系統(tǒng)。后臺(tái)的技術(shù)專家通過(guò)前端的大數(shù)據(jù)及預(yù)警系統(tǒng)，24h 對(duì)污水處理廠進(jìn)行技術(shù)支持和監(jiān)控。

（4）修復(fù)性維修管理。主要是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能與故障分析，明確系統(tǒng)內(nèi)各故障的后果，用規(guī)范化的邏輯決斷方法，確定各故障后果的預(yù)防性對(duì)策，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、專家評(píng)估、定量化建模等手段在保證安全性和完好性的前提下，以維修停機(jī)損失最小為目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)維修策略。

3 污水處理智慧系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

3.1 節(jié)約建設(shè)成本

永順縣23 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，已有3 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理廠，其中靈溪鎮(zhèn)生活污水處理廠（2 萬(wàn)m3/d）、芙蓉鎮(zhèn)生活污水處理廠（0.5 萬(wàn)m3/d）及溪州新城生活污水處理廠（屬于靈溪鎮(zhèn)新城區(qū)，一期2 萬(wàn)m3/d 在建中）均單獨(dú)建設(shè)了污泥處理設(shè)施。

靈溪鎮(zhèn)生活污水處理廠和芙蓉鎮(zhèn)生活污水處理廠污泥處理規(guī)模合計(jì)可達(dá)20t/d；溪州新城生活污水處理廠在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，污泥處理量可達(dá)40t/d。實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，靈溪鎮(zhèn)和芙蓉鎮(zhèn)生活污水處理廠污泥產(chǎn)量約為11t/d。根據(jù)溪州新城污水處理廠設(shè)計(jì)文件，該廠污泥產(chǎn)量約為9.86t/d，因此3 個(gè)污水處理廠污泥產(chǎn)量合計(jì)為20.86t/d。通過(guò)對(duì)其余21 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理廠運(yùn)行狀況的監(jiān)控，可合理分配污泥運(yùn)輸時(shí)間，避免同一時(shí)段污泥量超出其處理能力。因此，溪州新城生活污水處理廠和其他2 個(gè)已建生活污水處理廠完全具備接納其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠污泥的處理能力。

澤家鎮(zhèn)生活污水處理廠建設(shè)費(fèi)用約為630 萬(wàn)元。若單獨(dú)設(shè)置脫水率達(dá)60%的污泥處理設(shè)施，需新增配套污泥池、壓泥房等構(gòu)筑物；新增加藥劑調(diào)理污泥、壓濾機(jī)、氣動(dòng)隔膜泵、空壓機(jī)、控制柜等設(shè)施。新增設(shè)備費(fèi)用為32 萬(wàn)元，新增構(gòu)筑物費(fèi)用為18 萬(wàn)元。永順縣23 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)處理規(guī)模、污泥設(shè)施費(fèi)用及運(yùn)營(yíng)人員情況見(jiàn)表1。

表1 永順縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠處理規(guī)模及運(yùn)營(yíng)人員情況

全縣23 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水設(shè)備及構(gòu)筑物費(fèi)用合計(jì)為2445 萬(wàn)元，扣除已建污水處理廠的靈溪鎮(zhèn)、芙蓉鎮(zhèn)，以及正在建設(shè)污水處理廠的溪州新城（屬靈溪鎮(zhèn)新城區(qū)），全縣僅污泥處置設(shè)施這一塊就可節(jié)約建設(shè)投資約1255 萬(wàn)元。

3.2 降低運(yùn)行成本

在工藝、設(shè)備等條件相同的情況下，采用污水處理智慧系統(tǒng)可以降低運(yùn)行成本。同樣以永順縣為例，污水處理智慧系統(tǒng)將永順縣分為6 個(gè)片區(qū)，在靈溪鎮(zhèn)（含溪州新城）、芙蓉鎮(zhèn)、塔臥鎮(zhèn)、石堤鎮(zhèn)、萬(wàn)坪鎮(zhèn)、高坪鄉(xiāng)等6 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)設(shè)置污水運(yùn)行管理部門，其余17 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)根據(jù)地理位置分別劃入相應(yīng)片區(qū)，無(wú)需專人駐守，采用以巡視為主的管理模式。

傳統(tǒng)模式需要137 人負(fù)責(zé)全縣23 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理廠的運(yùn)營(yíng)，采用污水處理智慧系統(tǒng)僅需57 人（見(jiàn)表1）。結(jié)合永順縣已運(yùn)行污水處理廠的薪資現(xiàn)狀，污水處理廠技術(shù)員年薪約4.2 萬(wàn)元，每年僅運(yùn)營(yíng)人員費(fèi)用一項(xiàng)就可以節(jié)省336 萬(wàn)元。

全縣21 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)新建污泥處置設(shè)施投資約1255 萬(wàn)元，每年污泥處置設(shè)備維護(hù)費(fèi)約21.6 萬(wàn)元。根據(jù)以上數(shù)據(jù)對(duì)傳統(tǒng)模式和污水處理智慧系統(tǒng)兩種模式的運(yùn)營(yíng)成本進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 傳統(tǒng)模式和污水處理智慧系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本比對(duì)情況

如表2 所示，兩種模式每年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用有357.6 萬(wàn)元的差距，按設(shè)備14 年折舊期計(jì)算，運(yùn)營(yíng)14 年后，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用就可節(jié)約5006.4 萬(wàn)元。

3.3 管理高效

永順縣23 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠采用污水處理智慧系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)管理，各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)營(yíng)管理以污水處理工藝運(yùn)行為中心，通過(guò)建立生產(chǎn)過(guò)程控制體系，將污水處理廠及下屬泵站的各類在線儀表、設(shè)備所反映的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、信息共享，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、分析，將運(yùn)行管理人員關(guān)注的重點(diǎn)數(shù)據(jù)直觀地展現(xiàn)出來(lái)，然后借助污水處理工藝數(shù)學(xué)模型和專家系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析，實(shí)現(xiàn)污水處理廠工藝運(yùn)行情況的分析預(yù)警、各工藝運(yùn)行單元及全廠運(yùn)行的優(yōu)化調(diào)度分析、全廠運(yùn)行成本分析等，從而輔助管理人員提高綜合運(yùn)營(yíng)管理水平。該智慧系統(tǒng)可最大程度降低生產(chǎn)運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的電耗、藥耗，降低系統(tǒng)運(yùn)行直接費(fèi)用；最大程度提高設(shè)備的使用效率和壽命，降低設(shè)備故障率，從而降低設(shè)備維修成本；提高運(yùn)營(yíng)管理工作效率，減少運(yùn)行維護(hù)人員數(shù)量，節(jié)省人工成本，從而最終實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)、穩(wěn)定、高效、低耗的污水處理廠運(yùn)行目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

污水處理智慧系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)模型系統(tǒng)，打造了一個(gè)管理人員、專家、運(yùn)營(yíng)信息高度融合的集成管理環(huán)境，污水處理智慧系統(tǒng)讓各級(jí)工作人員隨時(shí)掌握生產(chǎn)偏差和成本變化，通過(guò)不斷檢驗(yàn)現(xiàn)有管理成果，優(yōu)化管理內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的智能運(yùn)營(yíng)和智能決策。