城鎮污水處理廠運行風險評價體系的構建及應用

裘 湛

(上海城投污水處理有限公司，上海 201203)

風險評價是指在風險識別和估測的基礎上，結合其他因素對風險發生的概率和損失程度進行全面考慮，評估發生風險的可能性及危害程度，并與公認的安全指標相比較，以衡量風險的程度，決定是否需要采取相應措施的過程。污水處理廠風險評價的目的是定量預測各風險源對產生風險的或然性并評估風險可接受程度的方法體系，是污水處理廠風險管理與決策的重要依據。由于城鎮污水處理廠多采用生物處理工藝，外界干擾后恢復需要較長時間［1］。因此，風險評價尤其關注水質達標穩定運行問題，對該問題的風險評價有助于降低污水處理廠的超標率、運行風險和環境影響。本研究擬構建污水處理廠風險評價框架體系，并以上海市郊區兩家大型污水處理廠為例進行運行風險分析，為污水處理廠的運行和水務管理決策提供科學參考。

1 風險分析方法體系

1．1 風險分析框架

環境風險通常指突發性事故對環境或健康的危害程度，用風險值R(危害/單位時間)表征。R定義為事故發生的概率P(事故/單位時間)與事故造成的環境或健康后果C(危害/事故)的乘積，公式如下所示。

風險評價包括風險識別、源項分析、后果分析和風險評價4個步驟。在風險識別后，通常采用預先設定的恰當的相對尺度(如1～5)建立信息或數據集，以便評估風險嚴重性和可能性。后果嚴重性反映了財產、人員或設施的受損程度，而可能性則代表風險事件的概率。該風險評價流程已被國內外研究人員廣泛采用［2-5］，其最大的優點是使風險評價過程更具目標性且能處理某些難以用明確數值表述的項目，在面對不確定性問題時更易做出接近實際情況的決策［6］。

1．2 風險識別方法

風險識別即識別風險的存在并確定其性質的過程，污水處理廠風險識別的范圍應包括設施風險識別和運行風險識別兩部分。設施風險識別的對象主要包括污水和污泥處理的各類相關設施，運行風險識別則包括出水、惡臭氣體、剩余污泥等。當然，除內部風險外，污水處理廠還面臨包括進水水質水量、電力供應、藥劑供給、污泥出路、自然災害等外部風險。在風險識別的過程中，除了收集相關的運行管理、設施和周邊環境資料外，還應收集國內外污水處理行業事故統計分析及典型案例資料，以篩選風險評價因子并確定潛在的風險單元和重大風險源。

1．3 風險源項分析方法

風險源項分析是風險評價的首要任務和基礎工作，其分析的準確與否關系到風險評價的質量。為了將概率轉化為權值0～5，風險事件可能性可采用概率值P可按下式計算。

其中ni—各級風險事件發生的次數;

m—統計樣本總數。

利用該方法得到的P為連續性數據，有別于傳統的風險分析中定義的離散數據集［7］。當然，采用該方法可對風險可能性定義為: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

后果分析是風險評價體系的關鍵環節。污水處理廠的風險事件可能帶來的后果主要包括環境污染(污染風險)、社會影響(安全風險)和生命財產損失(設施運行風險)3方面。風險事件的后果分析主要是預測分析最大可信事故對環境或健康造成的危害和影響及影響范圍和程度。

污水處理廠出水對應的風險事件主要是水質超標，可采用下式的標準指數表征。

其中Si—水質指標i的標準指數;

ci—指標i的濃度，mg/L;

csi—標準值，mg/L。

S≥1．0即為超標，S＜1．0則達標(見表1中的單向風險等級)。除了出水水質外，還應關注進水負荷波動帶來的風險。進水負荷的波動涉及水質和水量，進水指標的標準指數中csi應為設計值。S過高會造成污水處理廠超負荷運行的風險。當然，對于某些風險事件，S＜1．0也存在一定的風險。例如進水有機物(即COD和BOD5)濃度過低可能造成脫氮除磷所需碳源不足。因此，在對進水指數等級劃分時，除了考慮高濃度引起的沖擊負荷外，還應考慮低水量、低濃度造成的負荷(碳源)不足(見表1中的雙向風險等級)。表1中的等級劃分閾值宜根據實際污水處理工藝進行調整，如污水處理廠設置初沉池能降低進水SS偏高的風險或污水處理系統分組設置亦可有效規避低進水量的風險。

表1 城鎮污水處理廠風險事件后果等級劃分表Tab．1 Grading of Risk Event Consequences of WWTPs

1．5 風險評價

風險評價是通過綜合分析確定最大可信事故造成的受害點距源項的最大距離及危害程度，包括造成的環境損害、人員傷亡及經濟損失等。風險評價的常用方法是綜合考慮風險可能性和后果嚴重性建立矩陣測算風險值，然后進行風險分級［7，8］。污水處理廠風險評價可采用與國內四級響應機制類似的四色法，以區分風險等級并設定管理措施對應的閾值。按照風險值的高低，可將風險分為四級:Ⅰ級(極高風險，紅色，R=17～25)、Ⅱ級(高風險，橙色，R=12～16)、Ⅲ級(中等風險，黃色，R=6～11)和Ⅳ級(低風險，藍色，R=1～5)，具體如圖1所示。

圖1所示的風險評價矩陣和風險等級的劃分可在風險評價的基礎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、管理和公共服務部門的風險評價和管理［9］。

圖1 風險評價矩陣與控制曲線Fig．1 Risk Assessment Matrix and Control Curve

由圖1可知落入高風險區內的風險是污水處理廠運行管理單位必須加強控制，并盡可能規避或轉移的風險;落入常規風險區內的風險則需要在運行管理中控制與消減，并考慮在條件允許時通過合同或保險的方式轉移;低風險區域內的風險因素，在實施相應的風險控制和消減后可考慮自留。風險控制曲線的位置與運行管理單位的風險容忍度和風險偏好相關，風險容忍度高且管理單位偏向冒險則其風險控制曲線將向右上方移動，反之則曲線會移向左下方。

2 城鎮污水處理廠運行風險評價

基于上述劃分規則，選取上海市郊區兩家大型污水處理廠以2010年～2011年的月平均數據進行風險分析。污水處理廠A設計水量為13．8萬m3/d，采用厭氧/缺氧/好氧工藝，于2008年5月通水運行。污水處理廠B設計水量為12萬m3/d，采用氧化溝工藝，于2009年底通水運行。兩家污水處理廠的設計進水和出水標準如表2所示。對兩家污水處理廠風險分析后計算得到的風險值如表3所示。表3數據的風險分析曲線如圖2所示。

表2 兩家示例污水處理廠的進水和出水設計標準Tab．2 Design Criteria of Influent and Effluent from Two WWTPs

圖2 污水處理廠風險分析曲線示例Fig．2 Risk Analysis Curves of Two WWTPs

由表3可知在污水處理廠A的風險事件中，“出水總磷(TP)超標”(R=7．92)、“進水TP超過設計值”(R=6．88)、“進水懸浮固體(SS)超過設計值”(R=6．04)和“進水 BOD5偏離設計值”(R=6．03)的風險值均高于5，位于Ⅲ級中風險黃色區。風險事件“進水COD偏離設計值”(R=4．58)、“進水氨氮(NH3-N)超過設計值”(R=1．25)、“進水總氮(TN)超過設計值”(R=1．25)和“出水TN超標”(R=0．83)的風險值均低于5，位于Ⅳ級低風險藍色區。值得注意的是，污水處理廠A的中風險事件“出水TP超標”和高風險事件“出水TN超標”全部集中于2010年1月～8月，這可能與其一期和二期升級改造工程有關，2011年9月后其標準指數均低于1。因此，污水處理廠A所面臨的主要風險是進水水質波動，且現有處理工藝很好地控制了進水水質波動對出水的影響。

由表3可知在污水處理廠B的風險事件中，“進水 BOD5偏離設計值”(R=13．75)和“進水COD偏離設計值”(R=11．88)位于圖1的Ⅱ級高風險橙色區，其他3個事件“進水TP超過設計值”(R=2．17)、“出水 TP 超標”(R=1．45)、“進水 SS超過設計值”(R=0．42)的風險值均低于5，位于Ⅳ級低風險藍色區。從事件的關聯性來看，污水處理廠B的高風險事件“進水BOD5偏離設計值”和“進水COD偏離設計值”主要表現為進水BOD5和COD低于設計值，它們與低風險事件“進水TP超過設計值”共同作用的結果很容易導致“出水TP超標”。基于上述風險分析，污水處理廠B面臨的主要風險同樣是進水水質波動，特別進水碳源不足的問題。

表3 兩家污水處理廠的風險分析數據表Tab．3 Risk Analysis of Two WWTPs

3 結論與建議

通過采用恰當的相對尺度對風險的可能性和嚴重性分級，采用四色法進行風險值等級劃分，建立了城鎮污水處理廠的風險評價體系。城鎮污水處理廠風險評價框架的建立能夠有效地為運行管理決策流程提供科學依據。對上海市郊區兩家大型城鎮污水處理廠的風險分析后，發現進水水質波動是其面臨的共同風險，也是造成污水處理廠出水水質超標的重要原因。

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