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工业园区水污染精细化管控系统构建

  针对工业园区污水排放监管问题,以北京某园区为例,提出了水污染源精细化管控方案。按照多级防控的思路,在企业级、管网级、园区级建成在线监测系统和精细化管控平台,实现园区水环境监管的全覆盖,有效监控企业排污动态,实时掌握园区污水排放状况,为企业、园区管理部门和环保管理部门提供决策支持。

  工业园区是国家工业发展的载体,我国现有各级工业园区超过7 000家,在承接产业集聚、推动经济发展方面贡献重大。2016年国家级园区经济总量达到17万亿元,占当年我国经济总量的23%,各级各类工业园区经济总量占全国工业总量的60%以上,在国家经济发展中发挥了很大作用。截至2018年3月底,全国有工业污水排放的省级以上工业聚集区2 356家,盲目扩张造成的“园区围城”现象,以及运营中违规生产、超标排放、监管缺失等问题,导致园区环境隐患不断。工业园区虽然基本建有污水集中处理设施,但是其管网建设滞后或管网沉积堵塞严重,园内工业和生活污水排放规律不稳定[1]。此外,还存在集中污水处理设施的处理工艺与工业污水类型“不匹配”,未知污染物进入污水处理厂导致处理工艺“中毒”,造成处理效率低等问题。如何确保集中式污水处理厂稳定运行,如何在处理厂进口水质超标时及时发现并实现污染溯源,如何有效地将污染源自动堵截,如何摸清企业排放规律并通过管网节点联动监测实现溯源。今鉴于上述困扰环保监管部门多年的难题,基于环境风险评价理论的区域水环境安全预警系统框架[2],提出工业园区水污染源精细化管控思路。

  以北京某工业园区为例,该园区应用在线监测技术对水污染源精细化管控。园区以机械加工、医药、电子、印刷行业生产为主,每天产生污水约8 000 t,由集中式污水处理厂处理,企业排放口执行北京市《水污染物综合排放标准》(DB 11/307—2013),其中,化学需氧量和氨氮的排放限值分别为500 mg/L和45 mg/L。园区内部分企业存在生产废水预处理设施运行不稳定甚至超标排放、工业污水混排至生活废水等问题。通过“一企一档”建设、多级防控布点、企业污水排放规律排查、网格化监控、管网节点与企业排口联动溯源等方式,实现工业园区水污染源精细化管控。

  将园区内企业分类统计造册,查明企业数量和类型、废水种类、主要污染物、排放特点、排放量等基本信息[3],并录入精细化管控平台系统。建立“一企一档”,使园区环境容量、管理底数有据可依。此外,要科学布点,分层次监测。对于确定的重点排水户,应安装水质水量在线监测仪表,并加装能截留污水的自动阀门和排放口视频监控系统;对于一般排水户,可安装自动留样器,样品定期送检测机构分析。园区内实行分区块管理,在排水管网关键节点安装在线监测仪表,以掌握综合水质状况。相关信息与企业“一企一档”相关联,实现信息电子化,可直接从手机、平板电脑(PAD)、电脑等多种终端直接调用数据,并关联企业的监测信息和生产信息。

  该园区共有约200家污染企业,经过统计、排查和实地调查,确定第一级为17家重点排水企业(排水量约占总量的80%),第二级为11个排污管网关键节点(管理园区8个区块),第三级为集中式污水处理厂进水口。按照多级防控的思路布点监测(见图1),并着力构建突发水环境污染事件防范与应急处置体系[4]。

  通过实时监控,掌握企业污水排放规律。经过3个月的实时连续监控,发现17家重点排水企业的排放规律分为连续性排水和间歇性排水两种类型。其中,4家企业为24 h连续性排水;4家企业为间歇性排水,白天排放,晚上不排放;2家企业为间歇性排水,6:00—16:00每隔1 h排放20 min;1家企业为间歇性排水,3 d排放1次,每次2 h;6家企业由于管网水顶托排水不畅。根据企业生产和员工生活规律,排水间歇虽然有几小时到几天的区别,但其规律可循,能为日常监管提供参考,若有偏离则可用于预警。掌握企业污水排放规律,可以为集中式污水处理厂调整工艺和生产计划提供依据,也可以为环保管理部门巡查监管提供时间账本,做到有的放矢,从容应对。

  对管网节点进行网格化监控,能有效降低排查难度和成本。以15~25家企业地域面积为区块单位,结合管网布局,将整个园区划分为若干个网格,在关键管网节点布设监控点,能有效管理上游片区污染整体状况(见图2)。如图中5号节点(区块⑤管网关键节点)和8号节点(区块⑧管网关键节点)以居民生活废水为主,经长期监控发现,水质指标监测值在11:00左右为低谷,21:00左右为高峰,与居民生活规律相关。在此基础上建立单个管网节点的综合水质变化趋势模型,结合实时监控数据,通过网格化监控,可以迅速锁定超标污染来源,缩小排查溯源的范围,降低管理的成本和难度。

  管网节点的上下游水质之间有着必然联系,将管网节点与企业排放口关联分析,可以锁定未知污染源。例如,在正常情况下,8号节点和3号节点的污水经过混合后排向1号节点,三者之间的氨氮水质关系为8号节点>1号节点>3号节点。当3号节点水质氨氮浓度骤增,三者之间的水质关系变化为3号节点>1号节点>8号节点时,可以判定3号节点上游有未知污染团进入管网,从而触发水环境监测预警。此时在3号节点的管理区块范围内,调取安装了在线家重点排水企业监测数据,并未发现同一时间段有超标情况。排除上游企业嫌疑后,再调取视频资料,并通过实地调查,锁定超标事件为某小企业通过罐车偷排高浓度氨氮废水导致。

  通过采集现场监控点位的流量、水质、水位、流向、视频、阀门等信号,按照相关国家规范要求分类整理、统计,丰富数据库,形成单个监测点位和多个监测点位的规律范本,最终形成工业园区排放监测模型。在重点排污企业安装排水自控阀门,逐步实现自动留样、自动截污和刷卡排污等功能。监管部门和污水处理厂可根据合同约定,对污水流量、污染物浓度、主要污染物排放总量超过约定限值的企业,通过远程控制手段,限制或关闭其排水阀门。通过设定单个点位超标预警阈值和建立模型,筛查超标或嫌疑点位,及时预警,提高监控和监管效率。

  通过构建以数据为核心的涉及环保管理部门、工业园区、污水处理厂、企业和第三方监测设备运维单位的精细化管控系统信息平台(见图3),将预警、超标、警告和处罚等信息进行流转,并将第三方运维单位的日常管理信息进行数据关联、全程留痕,形成一套用于监管企业和运维工作的新型管理模式。逐步完善精细化管控系统,尝试与消防、公安等部门建立联合指挥中心,形成多位一体、多任务、多功能的联合监控平台[5]。

  该工业园区建成水污染源精细化管控系统并运行至今,各企业通过平台查询排放口监测数据,发现问题及时处理,少量企业已着手修建预处理设施,保障污水达标排放。园区管理部门根据监测数据实施调度,确保管网畅通,并加快雨污分流治理,污水处理厂也一直处于平稳运行状态。环保管理部门通过系统排查超标排放和突击排放的企业,将其列为重点关注对象,通过加装等比例采样装置、远程修改监测周期等技术手段加强监管。

  加强工业园区污水管理的最终目标是改善水环境质量[3],防范工业聚集区的水环境风险。建立工业园区水污染源精细化管控系统,有利于提高环境管理效率,精准锁定污染源,细化点位管理,并对园区的环境友好指数进行评估,从而促使园区管委会加强雨污分流、管网疏通等工作,形成工业园区治理的良性循环。

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