基于數據庫規則的農村生活污水水質監測智能管理系統的設計

蔣增輝

(上海泓源建筑工程科技股份有限公司，上海 201707)

農村生活污水主要包括黑水(人類糞尿和沖洗水)、洗浴水、洗衣廢水和灰水(廚房廢水)，是影響農村生態環境質量的主要污染物之一，已經嚴重制約我國農村人居環境的改善[1]。為此，生態環境部和住建部于2018年9月29日聯合發布了《關于加快制定地方農村生活污水處理排放標準的通知》，要求各省(區、市)結合農村生活污水處理規模和水環境現狀等實際情況，合理制定地方排放標準，并明確了監測、實施與監督等要求[2]。目前，北京、上海、寧夏、山西、河北、浙江、福建、重慶、陜西、成都等地已先后制定了農村生活污水處理排放地方標準，為促進農村生活污水處理設施提標改造和提升污染排放水質達標率提供了量化依據。

為了進一步實施鄉村振興戰略，加強農村生態文明建設，2019年7月3日，中央農辦、農業農村部、生態環境部、住房城鄉建設部、水利部、科技部、國家發展改革委、財政部和銀保監會9個部門聯合印發了《關于推進農村生活污水治理的指導意見》，要求扎實推進農村生活污水治理8個方面重點任務，其中第一項任務就是全面摸清現狀[3]。全面摸清現狀既包括摸清農村生活污水處理設施站點(簡稱 “農污站點”)位置、數量、布局和工藝的現狀，也包括摸清農村人口數量、用水習慣、排水特點的現狀，還包括摸清農污站點進出水水質、污染物去除率、水環境生態容量的現狀。因此，全面摸清現狀不僅是完成其他7項任務的基礎，也是建立農村生活污水長效治理機制的支撐，其重要性不言而喻。然而，全面摸清現狀在實施中卻有很大的難度，全國農污站點數量龐大，僅浙江省，截至2018年6月底就有48 968個[4]，由于農污站點點多分散，巡檢工作量大，傳統的運行監管方式低效且費用較高[5]，亟需通過規范化、信息化和智能化手段，加速提高監管質量和治理效率。

農村生活污水治理的核心目標是水質達標，在實施過程中，全面摸清現狀應緊緊圍繞水質達標這一主線，從農村生活污水水質監測切入，可以通過建立農村生活污水水質監測智能管理系統，將靜態資料和動態信息集成、更新、統計和展示，為農污站點的精細化管理、污水處理工藝優選和出水水質評價插上信息化的翅膀。

對農村生活污水水質監測現狀分析后認為(表1)，目前普遍存在農污站點代碼混亂、采樣位置不明確固定、采樣編號隨意簡單、現場記錄不便和統計溯源工作量大等問題。通常的解決方法仍然存在很多不足，亟需開發專業的農村生活污水水質監測智能管理系統。通過制定農污站點編碼規則，使站點編碼規范化；通過梳理靜態數據和動態信息的關系，使數據庫規則和結構合理化；通過制定采樣編號規則，使采樣溯源便捷化；通過構建各功能模塊，使應用場景多樣化；根據應用效果和用戶體驗的反饋，不斷優化完善和迭代，提高系統的穩定性、實用性和智能性。

表1 農村生活污水水質監測現狀問題分析Tab.1 Analysis of Existing Problems of Water Quality Monitoring for Rural Domestic Sewage

1 農污站點編碼規則

數字化是信息社會的技術基礎，參考相關標準[6-8]，兼顧權威性、規范性、唯一性、普遍性和實用性原則，在摸清農污站點現狀的實踐過程中，提出一套適用于全國的農污站點編碼規則，并以此建立農村生活污水水質監測智能管理系統的數據庫規則和內核。

1.1 農污站點代碼結構

農污站點代碼采用組合編碼方式，由縣級碼、村級碼和順序碼3部分組成，其代碼結構如圖1所示，手機端設計效果如圖2所示。

圖1 農污站點代碼結構Fig.1 Code Structure of Rural Domestic Sewage Treatment Facilities

圖2 農污站點代碼設計效果Fig.2 Design Effect of Codes for Rural Domestic Sewage Treatment Facilities

縣級碼采用6位阿拉伯數字，表示我國縣及縣以上行政區劃，按層次依次為我國各省(自治區、直轄市、特別行政區)、市(地區、自治州、盟)、縣(自治縣、市、市轄區、旗、自治旗)的代碼[9]。例如：上海市青浦區的縣級碼為310118，江蘇省南京市溧水縣的縣級碼為320124，內蒙古自治區錫林郭勒盟正藍旗的縣級碼為152530。縣級碼可以在國家政府網站(http://bmfw.www.gov.cn/mzbqgxzqhxxcx/index.html)或國家民政部網站(http://xzqh.mca.gov.cn/map)查詢，也可下載“全國行政區劃信息查詢平臺”APP查詢。

村級碼采用6位阿拉伯數字，前3位表示我國縣以下行政區劃代碼。其中，001～099表示街道(地區)，100～199表示鎮(民族鎮)、200～399表示鄉、民族鄉、蘇木[10]。村級碼后3位為順序碼，表示村級行政區劃的順序號。例如：上海市青浦區重固鎮重固居委會的村級碼為109001，江蘇省溧水縣永陽鎮秋湖村委會的村級碼為100207，內蒙古自治區錫林郭勒盟正藍旗那日圖蘇木鄉巴彥門德嘎查村的村級碼為201201?？h級碼和村級碼可以在中國區劃地區代碼大全網站(http://www.diqudaima.com/)、行政區劃代碼網站(http://www.syx7.com/)和便民查詢網站(https://xingzhengquhua.51240.com/)查詢。

順序碼采用3位阿拉伯數字，表示村(或同級)行政區劃中農污站點的順序號。

1.2 農污站點代碼的調整

在城鎮化推進過程中，農村生活環境和基礎設施得到不斷改善，農村人口生活質量不斷提高，伴隨的是鄉村數量逐步減少，城鎮街道數量逐步增加。由表2可知：2013年—2017年，我國鄉和民族鄉數量逐年減少，平均年增幅為-5.17%和-1.23%；相反地，我國鎮和街道數量逐年增加，平均年增幅為1.22%和2.16%[11]。

在行政區劃調整后，民政部門對行政區劃代碼作相應調整，由于采用了棄用不占用的原則，調整不會造成行政區劃代碼重復現象。相應地，當農污站點所對應的行政區劃調整時，農污站點代碼也應作相應調整。為了保障農污站點相關數據的關聯一致，農村生活污水水質監測智能管理系統中應實現農污站點新、舊代碼的自動關聯，保障數據庫規則的統一性和農污站點代碼的唯一性。

2 農污采樣編號規則

為了保障水質檢測工作的公正性，并對樣品信息保密，實驗室通常采用“盲樣流轉”的方式給樣品編號。其中，采樣編號為現場采集樣品時對樣品的過程性編號，通常比較簡單，有時僅用采樣順序號表示。樣品到達實驗室后，一般由樣品管理員分配樣品編號(最終編號)，此樣品編號用于檢驗/檢測流轉和出具報告，因此相對復雜，實驗室質量體系文件會對其作明確規定。

表2 我國鄉級行政區劃變化Tab.2 Changes of Administrative Division of Township in China

在進行農村生活污水水質監測時，野外采集、點多路遠、外觀相似、多組并行等因素常常導致樣品漏采、錯采或采重。在充分考慮規范性和實用性的基礎上，提出一套適用于實驗室精細化管理的采樣編號規則，并將其作為農村生活污水水質監測智能管理系統的數據庫規則之一。

農污采樣編號采用組合編號方式，由區域號、日期號、順序號、人員號和位置號這5部分組成，其編號結構如圖3所示，手機端設計效果如圖4所示。

圖3 農污采樣編號結構Fig.3 Structure of Sampling Codes for Rural Domestic Sewage

圖4 農污采樣編號設計Fig.4 Design of Sampling Codes for Rural Domestic Sewage

區域號由2～4位字母組成，表示區、縣或鎮級行政區劃名稱的漢語拼音縮寫，便于區分和記憶。例如：上海市嘉定區可以使用JD，江蘇省南京市溧水縣可以使用NJLS。

日期號由6位阿拉伯數字組成，表示年、月、日，便于對采樣日期溯源。

順序號由2位阿拉伯數字組成，表示每組采樣人員采集樣品的先后順序。

人員號由1～2位字母組成，采樣人員較少且固定時可只使用1位字母，實驗室對每位采樣人員確定字母代號，便于辨別和溯源。

位置號為1位阿拉伯數字，1表示進水位置，2表示出水位置，3～9預留給農污站點中的其他位置(可設置在污水處理工藝的各處理單元，便于分析和研究處理效果)。在實際采樣時，當遇到農污站點被占用、被鎖、被損壞、被掩埋、被廢棄等無法采樣或無水(水很少)而不具備采樣條件時，在記錄好農污站點運行情況后，建議對本次采樣分配一個空樣，在采樣編號最后增加字母n以示區分，便于統計。

例如：JD19010901A2n表示2019年1月9日A采樣員對上海市嘉定區農污站點的采樣，第1個樣品為該農污站點的出水，無法采樣或無水，為空樣；MH19011201B2表示2019年1月12日B采樣員對上海市閔行區農污站點的采樣，第1個樣品為該農污站點的出水，有水，為正常樣品。

3 農村生活污水水質監測智能管理系統設計

農村生活污水水質監測智能管理系統主要由農污站點數據庫和農村生活污水水質監測數據庫組成(圖5)，通過手機端+電腦端應用，可實現靜態動態信息更新、數據批量導入導出、天氣位置自動識別、農污站點定位導航、數據照片現場上傳、信息查詢統計分析、水質結果智能分析評價、應用效果綜合展示等功能。農污站點數據庫與農村生活污水水質監測數據庫既相對獨立，又互有交集。進行水質監測時，需使用農污站點數據庫各模塊的靜態信息，而現場巡查、采樣和水質檢測結果也會成為評價和更新靜態信息的數據來源，兩個數據庫之間的交互作用推進了全面摸清現狀的動態過程。

圖5 農村生活污水水質監測智能管理系統功能結構Fig.5 Functional Structure of Intelligent Management System Water Quality Monitoring for Rural Domestic Sewage

全國各地農村生活污水治理水平差距很大，各地的污水排放標準要求不同，因此，農村生活污水水質監測智能管理系統更適合建立在各省級層面，并通過設置不同權限(如系統管理員、資料員、養護員、采樣員、檢測員等)和安全登陸方式(人臉掃描+密碼、微信綁定等)，結合主流應用軟件(百度地圖、高德地圖、墨跡天氣、水印相機等)，提升該系統的規范性、兼容性、保密性和智能性。

3.1 農污站點數據庫

設計以農污站點編碼規則為農污站點數據庫的規則和內核，通過“全、新、快”的功能特點，體現農村生活污水水質監測智能管理系統的優越性。全，即信息完整，包含基礎信息模塊(農污站點代碼、站點名稱、行政區劃、GPS信息、處理戶數、服務人口、是否水源地范圍等)，工程信息模塊(工程建設年份、建設單位、設計單位、施工單位、監理單位、管理單位、養護單位、負責人、聯系人、聯系方式等)，工藝信息模塊(工藝設計圖紙、設施各單元現場照片、銘牌照片、工藝流程圖、應急處理措施、設計水量、設備情況、設計處理率、受體水體等)和水質信息模塊(排放標準和要求、自檢頻率、監督頻率、主要超標指標、水質檢測單位、歷年水質檢測結果、水質評價報告等)。新，即及時更新，指農污站點數據庫的使用者(農污站點資料員、養護員、采樣員、檢測員等)不斷完善和更新(分權限、經審核)數據庫數據。快，即便捷性，體現在信息的快速交換、數據結果的智能展示和系統迭代的及時優化。

3.2 農村生活污水水質監測數據庫

農村生活污水水質監測數據庫包含現場采樣模塊(圖6)和水質信息模塊。

現場采樣模塊主要通過手機端實現，功能為導航、自動關聯、自動獲取、查詢、瀏覽、錄入、標注和上傳等。現場采樣模塊中，農污站點名稱和農污站點代碼與農污站點數據庫自動關聯顯示；GPS信息、天氣、氣溫等環境數據為自動獲??；設施情況、水色、嗅味、是否有水、是否在水源地等常規信息為下拉菜單點選；照片(農污站點外觀照片、農污站點銘牌照片、采樣動作照片和水樣含采樣編號照片等)為現場拍攝上傳，照片說明可點選標注。上述現場采樣記錄中，僅水溫需要手動輸入，大大提高了工作效率，降低了出錯率。

圖6 現場采樣模塊功能設計Fig.6 Functional Design of Sampling Module

農村生活污水水質監測數據庫中的水質信息模塊與農污站點數據庫共享，對于已經建立LIMS系統的實驗室，可以將實驗室LMIS系統與水質信息模塊直接對接，使數據鏈充分關聯。由于各地農村生活污水處理排放標準中的水質指標相對簡單(以上海市為例，水質指標僅8項，分別為pH、化學需氧量、懸浮物、氨氮、總氮、總磷、陰離子表面活性劑和動植物油[12])，對于尚未建立LIMS系統的實驗室，可以直接在水質信息模塊中進行水質檢測結果的錄入、校核、審核、統計和評價，實現類似實驗室LIMS系統的功能效果。

3.3 功能和信息綜合展示

目前，除了各級環保督察外，針對農村生活污水的水質監測工作還有各地方政府、水務部門、建設單位、管理養護單位和科研機構等單位，農村生活污水水質監測智能管理系統可根據上述單位的需求一對一地定制水質報告、數據報表、分析評價報告和模板，實現各應用場景的功能演示和綜合效果展示(圖7)。

4 結語

全面摸清農村生活污水的治理現狀是一項艱巨的任務，針對農村生活污水水質監測智能管理系統的設計、開發、應用和完善，可全面提升農村生活污水管理工作的質量和效率，為編制農村治理規劃、優化處理設施工藝、推進技術標準制定、建立長效管理機制、開展農村廁所革命、消除農村黑臭水體、實現農業農村水資源良性循環提供有力支撐。

圖7 農污站點分布總覽Fig.7 General Layout of Rural Domestic Sewage Treatment Stations

總之，在推進農村生活污水治理的過程中，農村生活污水水質監測智能管理系統既是實施水質監督監測的實用工具，也是加快標準制定的數據依據，更是補齊農村人居環境短板的必由之路。