智慧環保與鄉鎮生活污水處理創新性結合

蘇士安，胡曉勇

（永清環保股份有限公司，長沙 410004）

1 目前國內鄉鎮生活污水處理廠運營存在的問題

目前國內的鄉鎮生活污水處理廠建設于不同時期，各個時期對于污水處理標準的要求不一樣，因此各地運行的鄉鎮生活污水處理廠在建設質量和運行管理方面的水平參差不齊。

近年來，我國加大了鄉鎮污水處理廠的建設力度，各地鄉鎮生活污水處理廠建設規模得到了提升。以湖南省為例，根據《湖南省人民政府辦公廳關于印發〈湖南省鄉鎮污水處理設施建設四年行動實施方案（2019—2022 年）〉的通知》，至2022 年年底，湖南省共780 個鄉鎮需要建設生活污水處理廠。如何高效且低成本地管理如此大規模的鄉鎮生活污水處理廠，將是我們需要面對的新問題。

2 智慧環保與鄉鎮生活污水處理的結合

2.1 智慧環保概念

“數字環保”以環保為核心，由基礎應用、延伸應用、高級應用和戰略應用的多層環保監控管理平臺集成，實現了環保的數字化[1]。智慧環保是數字環保概念的延伸和拓展，其借助物聯網技術，把感應器和裝備嵌入各種環境監控對象（物體）中，通過超級計算機和云計算將環保領域物聯網整合起來，可以實現人類社會與環境業務系統的整合，以更加精細和動態的方式實現環境管理和決策智慧[2]。

2.2 智慧環保在鄉鎮生活污水處理中的運用

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，永順縣總人口為53.61 萬人，總戶數為16.43 萬戶，轄區總面積為3810.63km2，轄23 個鄉鎮。在進行全縣污水處理方案規劃設計時，主要面對2 個難點。

2.2.1 建設和運營缺乏資金保障

永順縣是國家扶貧開發工作重點縣、國家武陵山片區區域發展與扶貧攻堅試點縣、農業農村部對口扶貧縣。作為國家級深度貧困縣，永順縣人民政府近年來通過采取一系列政策來加快地方經濟建設發展，并取得了一定成果，但是由于當地的支柱產業尚未形成，投資拉動型增長模式還未根本轉變，導致其地方財政基礎仍然薄弱。采取傳統模式的鄉鎮生活污水處理廠的建設費用和運營費用是當地財政難以支撐的。

2.2.2 地處山區，通行不便，難以統一管理

永順縣境內崇山峻嶺，交通極為不便。以小溪鎮為例，該鎮與縣城的距離為140km，由于有一半以上的路程為山路，導致車行往返需16h。小溪鎮分為小溪片區、回龍片區、長官片區等3 個片區，其中小溪片區和長官片區相距51km，長官片區和回龍片區相距14km，小溪片區和回龍片區相距47km。3 個片區之間的道路基本為山路，交通條件較差。在傳統模式下，縣城污水處理廠相關技術人員不僅無法對小溪鎮生活污水處理廠提供運營服務，而且3 個片區的生活污水處理廠除需要單獨配備技術團體和管理人員外，還需要建設相應的辦公用房和員工休息用房。

根據智慧環保開發的污水處理智慧系統，是針對目前鄉鎮生活污水處理設備管理中設備智能化程度低、管理成本高、監管難等痛點，為滿足高效運營管理需求，依托信息化控制器數據采集基礎開發的信息化管理系統。通過該系統，可實現對污水處理設備的遠程監控、智能故障報警與診斷、統計數據及數據分析、權限管理等功能，真正實現污水處理設備的“互聯網+應用”。污水處理智慧系統見下圖。

污水處理智慧系統示意圖

永順縣23 個鄉鎮污水處理廠，計劃采用污水處理智慧系統進行統一管理運營，實現縣內各污水處理廠的關鍵生產指標（進出水水量、進出水污染物濃度、集水井水位等）、生產運行數據（設備開關、電流、電壓等）的自動采集，實現遠程實時監控、智能預警，加強了各級管理人員對各廠運行情況的實時監管力度。通過對生產現場的各類運行數據的分析，為各污水處理廠運營管理提供了實時運行監測、全廠過程控制、工藝運行模擬、運行異常預警、優化運行決策等功能，實現了整體綜合運營決策的工藝分析、設備分析、成本分析、風險分析等。該污水處理智慧系統的核心是：

（1）全面監測。通過安裝各類在線儀器儀表，對現場各種設備的運行狀況及污水處理過程參數進行全面監測。

（2）智能運行。對現場各種實時監測數據進行分析，根據分析情況自動調整各運行參數。

（3）專家診斷系統。后臺的技術專家通過前端的大數據及預警系統，24h 對污水處理廠進行技術支持和監控。

（4）修復性維修管理。主要是對系統進行功能與故障分析，明確系統內各故障的后果，用規范化的邏輯決斷方法，確定各故障后果的預防性對策，通過現場故障數據統計、專家評估、定量化建模等手段在保證安全性和完好性的前提下，以維修停機損失最小為目標優化系統維修策略。

3 污水處理智慧系統的優勢

3.1 節約建設成本

永順縣23 個鄉鎮，已有3 個鄉鎮生活污水處理廠，其中靈溪鎮生活污水處理廠（2 萬m3/d）、芙蓉鎮生活污水處理廠（0.5 萬m3/d）及溪州新城生活污水處理廠（屬于靈溪鎮新城區，一期2 萬m3/d 在建中）均單獨建設了污泥處理設施。

靈溪鎮生活污水處理廠和芙蓉鎮生活污水處理廠污泥處理規模合計可達20t/d；溪州新城生活污水處理廠在滿負荷運行時，污泥處理量可達40t/d。實際運營中，靈溪鎮和芙蓉鎮生活污水處理廠污泥產量約為11t/d。根據溪州新城污水處理廠設計文件，該廠污泥產量約為9.86t/d，因此3 個污水處理廠污泥產量合計為20.86t/d。通過對其余21 個鄉鎮生活污水處理廠運行狀況的監控，可合理分配污泥運輸時間，避免同一時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 個已建生活污水處理廠完全具備接納其他鄉鎮污水處理廠污泥的處理能力。

澤家鎮生活污水處理廠建設費用約為630 萬元。若單獨設置脫水率達60%的污泥處理設施，需新增配套污泥池、壓泥房等構筑物；新增加藥劑調理污泥、壓濾機、氣動隔膜泵、空壓機、控制柜等設施。新增設備費用為32 萬元，新增構筑物費用為18 萬元。永順縣23 個鄉鎮處理規模、污泥設施費用及運營人員情況見表1。

表1 永順縣鄉鎮污水處理廠處理規模及運營人員情況

全縣23 個鄉鎮污水設備及構筑物費用合計為2445 萬元，扣除已建污水處理廠的靈溪鎮、芙蓉鎮，以及正在建設污水處理廠的溪州新城（屬靈溪鎮新城區），全縣僅污泥處置設施這一塊就可節約建設投資約1255 萬元。

3.2 降低運行成本

在工藝、設備等條件相同的情況下，采用污水處理智慧系統可以降低運行成本。同樣以永順縣為例，污水處理智慧系統將永順縣分為6 個片區，在靈溪鎮（含溪州新城）、芙蓉鎮、塔臥鎮、石堤鎮、萬坪鎮、高坪鄉等6 個鄉鎮設置污水運行管理部門，其余17 個鄉鎮根據地理位置分別劃入相應片區，無需專人駐守，采用以巡視為主的管理模式。

傳統模式需要137 人負責全縣23 個鄉鎮生活污水處理廠的運營，采用污水處理智慧系統僅需57 人（見表1）。結合永順縣已運行污水處理廠的薪資現狀，污水處理廠技術員年薪約4.2 萬元，每年僅運營人員費用一項就可以節省336 萬元。

全縣21 個鄉鎮新建污泥處置設施投資約1255 萬元，每年污泥處置設備維護費約21.6 萬元。根據以上數據對傳統模式和污水處理智慧系統兩種模式的運營成本進行對比，結果見表2。

表2 傳統模式和污水處理智慧系統運營成本比對情況

如表2 所示，兩種模式每年運營費用有357.6 萬元的差距，按設備14 年折舊期計算，運營14 年后，運營費用就可節約5006.4 萬元。

3.3 管理高效

永順縣23 個鄉鎮污水處理廠采用污水處理智慧系統進行統一運營管理，各個鄉鎮污水處理廠的運營管理以污水處理工藝運行為中心，通過建立生產過程控制體系，將污水處理廠及下屬泵站的各類在線儀表、設備所反映的生產運行數據進行采集、傳輸、信息共享，利用計算機技術對這些數據進行篩選、分析，將運行管理人員關注的重點數據直觀地展現出來，然后借助污水處理工藝數學模型和專家系統對這些數據進行深入的分析，實現污水處理廠工藝運行情況的分析預警、各工藝運行單元及全廠運行的優化調度分析、全廠運行成本分析等，從而輔助管理人員提高綜合運營管理水平。該智慧系統可最大程度降低生產運行各個環節的電耗、藥耗，降低系統運行直接費用；最大程度提高設備的使用效率和壽命，降低設備故障率，從而降低設備維修成本；提高運營管理工作效率，減少運行維護人員數量，節省人工成本，從而最終實現達標、穩定、高效、低耗的污水處理廠運行目標。

4 結語

污水處理智慧系統通過數據采集與監控系統、實時數據運營模型系統，打造了一個管理人員、專家、運營信息高度融合的集成管理環境，污水處理智慧系統讓各級工作人員隨時掌握生產偏差和成本變化，通過不斷檢驗現有管理成果，優化管理內容，實現區域內鄉鎮污水處理廠的智能運營和智能決策。