以大數據驅動的污泥協同處置管理創新路徑

張琴，任曉宇

（1.國能龍源環保有限公司，北京 100039；2.國家能源低階煤綜合利用研發中心，北京 100039）

我國資源稟賦的特點是富煤、貧油、少氣，2020 年全國能源消費總量49.8 億t 標準煤，煤炭消費占能源消費總量的比重為56.8%[1]。化石燃料能源生產消費相關的碳排放是我國碳排放的重要來源，煤炭生產消費的碳排放占我國碳排放的70%～80%[2]。燃煤電廠作為煤炭消費主要用戶，占我國煤炭消耗總量的63.2%。2020 年9 月，我國首次向世界提出了“2030 年碳達峰，2060 年碳中和”宣言。在“雙碳”的目標約束下，我國燃煤電廠如何實現“碳達峰、碳中和”成為行業綠色低碳發展亟待解決的問題。與此同時，我國城市清潔煤炭供熱供電需求及污泥固廢無害化焚燒處理需求與供應存在嚴重不匹配。因此燃煤電站急需引入“生態共享型能源環保服務平臺”理念，邁進“煤電3.0”時代，助力“無廢城市”建設。

在這種時代背景下，燃煤電站協同處置污泥項目市場逐步擴大，這也對燃煤電站協同處置污泥項目精細化、高質量運營管理提出了新的要求。目前，有部分研究著眼于數字化、智慧化技術在固廢監管上的應用[3，4]，但針對污泥經營管理比較缺乏。文中通過分析單個燃煤電站協同處置污泥項目的經營過程，站在污泥處置單位的角度，提出基于大數據的污泥協同處置項目管理創新增效路徑。實現污泥協同處置項目運營數字化管理：一是規范化管理泥源，提高污泥項目運行的穩定性；二是加快數據統計，提高經營管理效率；三是污泥流向可追溯、可查詢，降低環保風險；四是統籌多個項目管理，優化經營決策。

1 數字化技術在污泥處置領域應用現狀

目前，我國生態環境部已經建立全國固體廢物管理信息系統，各省級行政區也逐步建立了多個固體廢物、危險廢物相關的信息系統與管理平臺，實現了信息收集、統計、審批等功能[5，6]。但數據獲取的自動化程度不高，且大多只能做到數據的收集，難以挖掘有價值的數據進而優化固廢的處理路徑，甚至還有很多固廢轉運過程都還是以紙質聯單作為轉運記錄。文中聚焦的污泥為一般性固廢，轉運及處置均屬于政府管控的范疇，且環保督察組已數次點名污泥違法傾倒及處置問題。但目前尚未有針對污泥處置領域的數字化技術研究。

2 污泥協同處置項目管理工作的難點

污泥全生命周期轉移及處理過程主要包括以下參與方：污泥產廢單位、污泥運輸單位、污泥處置單位、干化污泥外售單位。污泥產廢單位可以是污水處理廠，也可以是印染廠、造紙廠等企業。污泥從產廢單位由運輸單位運到污泥處置單位，過程中將產生轉運三聯單，明確記錄污泥的流向。污泥產廢單位與污泥處置單位簽訂合同，會對到廠污泥進行重量、含水率檢測，并考慮對干化冷凝水的處理及燃煤電站鍋爐的影響，會抽檢總氮、重金屬等關鍵影響參數，污泥產廢企業支付污泥處置費用，處置企業承擔檢測費用。具體見污泥全生命周期轉移流程圖（圖1）。

圖1 污泥全生命周期轉移流程圖

燃煤電站協同處置污泥項目經營模式與燃煤電站綜合能源供應項目經營模式不太相同，綜合能源供應項目以外供為主，輸送載體通常為電纜（供電）、工藝管道（蒸汽、壓縮空氣等），綜合能源主要參數簡單且運輸過程無環境風險。燃煤電站協同處置污泥項目的主要營業收入來源于產廢單位的污泥處置費，污泥具有來源廣泛、成分復雜、泥質不穩定等特點，含水率與處置價格正相關，總氮含量超標直接影響干化后廢水處理過程，將對項目長期穩定運行產生直接影響；且污泥多采用車輛運輸，其轉運過程也是監管重點之一。

目前，依托“無廢城市”建設，很多城市逐步完善固廢信息交換網絡體系，實現固廢安全有序的網絡化信息交換，但污泥項目智慧化欠缺。主要體現在如下方面：政府對污泥的處置全過程實施監管,建立了三聯單制度，目前三聯單均為紙質，不僅保存困難，更重要的是三聯單丟失會帶來監管風險；各個項目數據相對獨立，沒有關聯，不利于大數據分析；泥樣檢測隨機性強，平均化，沒有檢測重點；每個項目公司可能與十幾家產泥企業簽訂合同，合同數量龐大，泥源復雜，而且結算還要與每批次的污泥入場檢驗結果相關聯，所以計算條件復雜，結算效率低；無法預測泥量需求，對污泥產能缺乏計劃性；污泥處置子分公司各自為戰，沒有進行區域聯動，污泥協同處置項目帶有很強的區域性，對于泥源的分配、停機時污泥的協同處置以及處置成本的考量等，如果沒有區域聯動，統一協調調配，將很難發揮區域優勢；項目分布廣，沒有總體統籌，缺少項目間對標。

3 解決思路

3.1 設置三級管控平臺

針對子分公司污泥處置項目分布在全國各地的情況，可采用分布和集中相結合的數據庫管理方式，分別設置子分公司污泥管控系統、區域污泥管控系統、污泥總體管控管理平臺三級，如圖2 所示。在子分公司污泥管控系統應用數據采集、功能模塊跟部分數據分析模塊。所有的數據最終集中于中央污泥管控管理平臺，在區域內規模最大的污泥項目上建設區域污泥管控系統，用于存放當地固體廢物管理數據，并負責將數據通過數據交換通道上傳到污泥總體管控管理平臺。

圖2 三級管控平臺層次圖

3.2 污泥管控平臺結構

搭建基于大數據的污泥智慧化管控平臺，主要包括數據采集層、功能模塊層以及數據分析層。數據采集，即采用定位、智能卡、移動終端和大數據平臺實現污泥轉運過程的信息錄入，完成各子系統的數據采集，如圖3 所示。功能模塊層主要分為以下幾個模塊：協同方管理模塊、產泥企業評價模塊、收運管理模塊、lims系統模塊、污泥結算模塊、預測及預警模塊、報表臺賬管理模塊、區域管理模塊以及中央管理模塊。每級平臺有相應的管理權限，其中子分公司級管控平臺包含7 個功能模塊，區域級管控平臺包含8 個功能模塊，中央級管控平臺包含9 個功能模塊。最為核心的是產泥企業評價模塊、收運管理模塊和污泥結算管理模塊。上述模塊均通過統一數據訪問層訪問地理信息數據庫、污泥管控數據等基礎數據庫。由于污泥處置過程同時也是政府監管的對象，平臺在設計和實施的過程中考慮受監管數據與其他政府機構的交互。各項數據進行錄入和管理，降低生產過程中的工作量，為客戶節約更多時間，保障系統數據安全，進而實現污泥智能化便捷管理。

圖3 污泥管控平臺結構圖

3.2.1 協同方管理模塊

包括產廢單位、運輸單位、處置單位、銷售單位等相關方信息管理。覆蓋污泥生產、運輸、處置、銷售等業務領域，形成閉環管理。對于產廢單位，主要信息包括公司名稱、地址、主要業務內容、污泥產量及主要成分、污泥歷史處置價格、歷史結算付款情況等；對于運輸單位，包括公司名稱、主要運輸路線、運力及每公里運費等；對于處置單位,包括公司名稱、地址、污泥處置工藝路線及規模、運行裕量等；對于銷售單位，包括公司名稱、購買能力、購買價格、送貨點等。協同方管理模塊具備查詢和分析功能，進行大數據統計、分析，優化經營決策，打破企業間信息壁壘，實現生態鏈上下游連通，輕松管理企業核心資源。例如，根據地理位置信息自動生成分布圖，并根據泥源種類、成分、含水率、處置價格、運輸距離及運費等內容，多維度考量，自動匹配最優合作伙伴。

3.2.2 產泥企業評價模塊

一企一檔，建立健全企業多維評價指標體系，篩選重點指標進行權重分析，包括企業本身經營情況及污泥相關參數（泥量、泥質、泥價），逐項量化評分后加權得到綜合分，動態評價，對應列表分為優先推薦名單、可合作名單及黑名單三檔。

3.2.3 收運管理模塊

包括污泥入廠管理、轉運聯單管理以及運輸全過程管理，流程更規范，協作更高效。

3.2.3.1 污泥入廠管理

根據產泥企業評價確定可入廠產泥企業名單，依據入廠泥質檢測結果確定重點抽檢對象，逐步降低抽檢。

3.2.3.2 轉運聯單管理

新建電子污泥轉移聯單，自動獲取相關數據，減少人員錄入，避免出現不必要的錯誤，并接入當地固廢管理平臺。

3.2.3.3 收運計劃管理

簡單清晰安排收運，跟蹤收運情況，提高收運效率。接收到產廢企業收運申請后根據公司生產計劃以及存儲情況制定相關計劃。

3.2.3.4 車輛管理

方便快捷安排收運行程，便于管理車隊信息功能；結合GIS 地圖功能與空間分析技術，對車輛軌跡實時跟蹤管理及可視化監控，將運輸信息與業務管理相關聯，強化運輸過程中的安全監管。通過派車單、計劃收運管理、手機APP 等，實現提前安排，提高收運效率，預防事故，應急處理，為區域泥源調動、路線優化奠定基礎。

3.2.4 lims 系統模塊

實驗室管理包括實驗數據管理，樣品管理、實驗儀器管理、實驗試劑全方位管控。全方位管控實驗室工作，實現樣品溯源，有效提高實驗室工作效率。與此同時，實驗結果與產泥企業評價、污泥結算管理模塊以及預測及預警系統聯動，提升管控效率。

3.2.5 污泥結算管理模塊

污泥處置價格通常與含水率有關，結算系統與污泥入廠檢測結果及處置合同相關聯，實現每車污泥實時自動計價和計量，并按合同約定的結算方式結算。

3.2.6 預測及預警系統模塊

調取歷史數據生成趨勢曲線，當數據偏離合理曲線變化規律時，產生預警；并通過歷年污泥處置外銷量對供給方產泥量和外售方需求量進行智能預測。

3.2.7 報表臺賬管理模塊

利用BI 可視化技術實現圖表分析手段，對污泥處置企業的經營數據等進行分析，輸出定制化各類報表，為企業決策提供強大數據支撐。

3.2.8 區域管理模塊

針對區域內多個污泥處置企業對應多個產廢單位的情況，進行統一調度管理，實現區域聯動。例如，某個區域有多個污泥處置企業，每個企業每噸污泥的處置成本不盡相同，可以通過區域管控，按處置成本分配處置量，達到區域利潤最大化。

3.2.9 中央管理模塊

僅中央管控平臺對中央管理模塊具備訪問、查詢和分析權限，實現項目及區域總體統籌，對共性問題進行總結；可通過對類似項目經營狀況的對標分析，不斷改善經營短板，實現集團污泥協同處置板塊的利益最大化。

在未來還要進行上下游產業鏈的延伸，平臺的構想不僅僅著眼于解決當前的問題，未來考慮搭建類似滴滴網約車平臺一樣的服務，產廢單位、消納單位通過APP 分別填報供貨、消納需求，當供給側與需求側相匹配時，通過計算最優運輸路線，進行運輸派單等。在模塊的上層設置數據分析功能，進一步通過對污泥管控管理平臺的數據進行分析，為污泥泥源管控奠定基礎，輔助生產經營決策，既保證污泥處置和綜合利用，又可以保證區域項目總經濟效益最大化。通過歷年污泥處置、外銷量的數據分析，從而實現對供給方產泥量、外售方需求量進行智能預測；通過對泥質參數進行分析，確定污泥產廢企業黑名單，確保不符合國家標準及合同要求的污泥不進廠，并逐漸由平均化抽檢改為重點抽檢，降低抽檢成本；通過對多家子分公司的經營情況進行對標，可以進一步改善整體經營狀況；通過對污泥運輸路線及費用進行分析，確定最佳運輸路線。

4 結語

大型燃煤電廠在承擔發電等能源供應功能的同時，可兼顧處置城市所產生的生活污泥、藥渣、油泥、生活垃圾等各類固廢，通過在電廠設置不同的處置設施，可以充分利用燃煤電廠在水、電、汽、氣等能源供應及高溫燃燒和超低排放既有設施，且由于火電廠的高可靠性和連續穩定運行特點，可以達到城市固廢的長期穩定低成本處置，將火電廠打造為較為通用的固廢處置平臺，為多元固廢的減量化、穩定化、無害化以及資源化利用提供基礎綠色環保服務，向社會提供潔凈電力，并打通循環經濟鏈條。搭建基于大數據的污泥智慧化管控平臺有利于真實提高經營效率，實現片區污泥協同處置總收益最大化，同時有利于打造燃煤電站協同處置污泥行業標桿，提高規范化固廢環境管理水平，發揮減污降碳協同增效效應，助力“無廢城市”建設。