智慧环保与乡镇生活污水处理创新性结合

2022-11-25苏士安胡晓勇

中国环保产业 2022年10期

苏士安，胡晓勇

（永清环保股份有限公司，长沙 410004）

1 目前国内乡镇生活污水处理厂运营存在的问题

目前国内的乡镇生活污水处理厂建设于不同时期，各个时期对于污水处理标准的要求不一样，因此各地运行的乡镇生活污水处理厂在建设质量和运行管理方面的水平参差不齐。

近年来，我国加大了乡镇污水处理厂的建设力度，各地乡镇生活污水处理厂建设规模得到了提升。以湖南省为例，根据《湖南省人民政府办公厅关于印发〈湖南省乡镇污水处理设施建设四年行动实施方案（2019—2022 年）〉的通知》，至2022 年年底，湖南省共780 个乡镇需要建设生活污水处理厂。如何高效且低成本地管理如此大规模的乡镇生活污水处理厂，将是我们需要面对的新问题。

2 智慧环保与乡镇生活污水处理的结合

2.1 智慧环保概念

“数字环保”以环保为核心，由基础应用、延伸应用、高级应用和战略应用的多层环保监控管理平台集成，实现了环保的数字化[1]。智慧环保是数字环保概念的延伸和拓展，其借助物联网技术，把感应器和装备嵌入各种环境监控对象（物体）中，通过超级计算机和云计算将环保领域物联网整合起来，可以实现人类社会与环境业务系统的整合，以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策智慧[2]。

2.2 智慧环保在乡镇生活污水处理中的运用

永顺县位于湖南省湘西土家族苗族自治州北部，截至2019 年年底，永顺县总人口为53.61 万人，总户数为16.43 万户，辖区总面积为3810.63km2，辖23 个乡镇。在进行全县污水处理方案规划设计时，主要面对2 个难点。

2.2.1 建设和运营缺乏资金保障

永顺县是国家扶贫开发工作重点县、国家武陵山片区区域发展与扶贫攻坚试点县、农业农村部对口扶贫县。作为国家级深度贫困县，永顺县人民政府近年来通过采取一系列政策来加快地方经济建设发展，并取得了一定成果，但是由于当地的支柱产业尚未形成，投资拉动型增长模式还未根本转变，导致其地方财政基础仍然薄弱。采取传统模式的乡镇生活污水处理厂的建设费用和运营费用是当地财政难以支撑的。

2.2.2 地处山区，通行不便，难以统一管理

永顺县境内崇山峻岭，交通极为不便。以小溪镇为例，该镇与县城的距离为140km，由于有一半以上的路程为山路，导致车行往返需16h。小溪镇分为小溪片区、回龙片区、长官片区等3 个片区，其中小溪片区和长官片区相距51km，长官片区和回龙片区相距14km，小溪片区和回龙片区相距47km。3 个片区之间的道路基本为山路，交通条件较差。在传统模式下，县城污水处理厂相关技术人员不仅无法对小溪镇生活污水处理厂提供运营服务，而且3 个片区的生活污水处理厂除需要单独配备技术团体和管理人员外，还需要建设相应的办公用房和员工休息用房。

根据智慧环保开发的污水处理智慧系统，是针对目前乡镇生活污水处理设备管理中设备智能化程度低、管理成本高、监管难等痛点，为满足高效运营管理需求，依托信息化控制器数据采集基础开发的信息化管理系统。通过该系统，可实现对污水处理设备的远程监控、智能故障报警与诊断、统计数据及数据分析、权限管理等功能，真正实现污水处理设备的“互联网+应用”。污水处理智慧系统见下图。

污水处理智慧系统示意图

永顺县23 个乡镇污水处理厂，计划采用污水处理智慧系统进行统一管理运营，实现县内各污水处理厂的关键生产指标（进出水水量、进出水污染物浓度、集水井水位等）、生产运行数据（设备开关、电流、电压等）的自动采集，实现远程实时监控、智能预警，加强了各级管理人员对各厂运行情况的实时监管力度。通过对生产现场的各类运行数据的分析，为各污水处理厂运营管理提供了实时运行监测、全厂过程控制、工艺运行模拟、运行异常预警、优化运行决策等功能，实现了整体综合运营决策的工艺分析、设备分析、成本分析、风险分析等。该污水处理智慧系统的核心是：

（1）全面监测。通过安装各类在线仪器仪表，对现场各种设备的运行状况及污水处理过程参数进行全面监测。

（2）智能运行。对现场各种实时监测数据进行分析，根据分析情况自动调整各运行参数。

（3）专家诊断系统。后台的技术专家通过前端的大数据及预警系统，24h 对污水处理厂进行技术支持和监控。

（4）修复性维修管理。主要是对系统进行功能与故障分析，明确系统内各故障的后果，用规范化的逻辑决断方法，确定各故障后果的预防性对策，通过现场故障数据统计、专家评估、定量化建模等手段在保证安全性和完好性的前提下，以维修停机损失最小为目标优化系统维修策略。

3 污水处理智慧系统的优势

3.1 节约建设成本

永顺县23 个乡镇，已有3 个乡镇生活污水处理厂，其中灵溪镇生活污水处理厂（2 万m3/d）、芙蓉镇生活污水处理厂（0.5 万m3/d）及溪州新城生活污水处理厂（属于灵溪镇新城区，一期2 万m3/d 在建中）均单独建设了污泥处理设施。

灵溪镇生活污水处理厂和芙蓉镇生活污水处理厂污泥处理规模合计可达20t/d；溪州新城生活污水处理厂在满负荷运行时，污泥处理量可达40t/d。实际运营中，灵溪镇和芙蓉镇生活污水处理厂污泥产量约为11t/d。根据溪州新城污水处理厂设计文件，该厂污泥产量约为9.86t/d，因此3 个污水处理厂污泥产量合计为20.86t/d。通过对其余21 个乡镇生活污水处理厂运行状况的监控，可合理分配污泥运输时间，避免同一时段污泥量超出其处理能力。因此，溪州新城生活污水处理厂和其他2 个已建生活污水处理厂完全具备接纳其他乡镇污水处理厂污泥的处理能力。

泽家镇生活污水处理厂建设费用约为630 万元。若单独设置脱水率达60%的污泥处理设施，需新增配套污泥池、压泥房等构筑物；新增加药剂调理污泥、压滤机、气动隔膜泵、空压机、控制柜等设施。新增设备费用为32 万元，新增构筑物费用为18 万元。永顺县23 个乡镇处理规模、污泥设施费用及运营人员情况见表1。

表1 永顺县乡镇污水处理厂处理规模及运营人员情况

全县23 个乡镇污水设备及构筑物费用合计为2445 万元，扣除已建污水处理厂的灵溪镇、芙蓉镇，以及正在建设污水处理厂的溪州新城（属灵溪镇新城区），全县仅污泥处置设施这一块就可节约建设投资约1255 万元。

3.2 降低运行成本

在工艺、设备等条件相同的情况下，采用污水处理智慧系统可以降低运行成本。同样以永顺县为例，污水处理智慧系统将永顺县分为6 个片区，在灵溪镇（含溪州新城）、芙蓉镇、塔卧镇、石堤镇、万坪镇、高坪乡等6 个乡镇设置污水运行管理部门，其余17 个乡镇根据地理位置分别划入相应片区，无需专人驻守，采用以巡视为主的管理模式。

传统模式需要137 人负责全县23 个乡镇生活污水处理厂的运营，采用污水处理智慧系统仅需57 人（见表1）。结合永顺县已运行污水处理厂的薪资现状，污水处理厂技术员年薪约4.2 万元，每年仅运营人员费用一项就可以节省336 万元。

全县21 个乡镇新建污泥处置设施投资约1255 万元，每年污泥处置设备维护费约21.6 万元。根据以上数据对传统模式和污水处理智慧系统两种模式的运营成本进行对比，结果见表2。

表2 传统模式和污水处理智慧系统运营成本比对情况

如表2 所示，两种模式每年运营费用有357.6 万元的差距，按设备14 年折旧期计算，运营14 年后，运营费用就可节约5006.4 万元。

3.3 管理高效

永顺县23 个乡镇污水处理厂采用污水处理智慧系统进行统一运营管理，各个乡镇污水处理厂的运营管理以污水处理工艺运行为中心，通过建立生产过程控制体系，将污水处理厂及下属泵站的各类在线仪表、设备所反映的生产运行数据进行采集、传输、信息共享，利用计算机技术对这些数据进行筛选、分析，将运行管理人员关注的重点数据直观地展现出来，然后借助污水处理工艺数学模型和专家系统对这些数据进行深入的分析，实现污水处理厂工艺运行情况的分析预警、各工艺运行单元及全厂运行的优化调度分析、全厂运行成本分析等，从而辅助管理人员提高综合运营管理水平。该智慧系统可最大程度降低生产运行各个环节的电耗、药耗，降低系统运行直接费用；最大程度提高设备的使用效率和寿命，降低设备故障率，从而降低设备维修成本；提高运营管理工作效率，减少运行维护人员数量，节省人工成本，从而最终实现达标、稳定、高效、低耗的污水处理厂运行目标。