黃海明，宋乾武，許春蓮，王文君，武少偉，戴建坤，田艷麗，趙秀芹

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院工程設(shè)計(jì)中心，北京 100012

2.北京科技大學(xué)，北京 100086

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染問題日益突出，技術(shù)的創(chuàng)新和推廣應(yīng)用對環(huán)境污染防治尤為重要，然而，我國現(xiàn)有的環(huán)境技術(shù)管理體系及環(huán)境技術(shù)推廣機(jī)制難以適應(yīng)目前環(huán)境保護(hù)的發(fā)展需求［1］?？陀^、公平、公正和科學(xué)的環(huán)境技術(shù)評(píng)價(jià)體系是對創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行有效篩選的基礎(chǔ)，也是對創(chuàng)新技術(shù)起到積極推廣和應(yīng)用作用的保障。環(huán)境技術(shù)評(píng)估(environmental technology verification，ETV)［2-5］是實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理科學(xué)化、長效化、市場化、系統(tǒng)化的最佳選擇。20世紀(jì)90年代以來，我國在環(huán)境技術(shù)評(píng)估方面取得了一定的進(jìn)展，采用專家評(píng)估和合格評(píng)定等與當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相適宜的環(huán)境技術(shù)評(píng)估模式［6］，較好地促進(jìn)了我國環(huán)境保護(hù)事業(yè)的發(fā)展。但隨著近年來經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)有的環(huán)境技術(shù)評(píng)估模式由于在科學(xué)性、公正性和客觀性方面存在一定的局限性，無法滿足環(huán)境技術(shù)管理的迫切需求?；趪覍ξ廴痉乐涡录夹g(shù)推廣的迫切需求，積極開展環(huán)境技術(shù)驗(yàn)證評(píng)估研究，建立客觀、公平、公正、科學(xué)的驗(yàn)證評(píng)估體系，并在此基礎(chǔ)上有效地推廣應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)，是推動(dòng)我國環(huán)境污染防治技術(shù)進(jìn)步的有效手段。

環(huán)境技術(shù)驗(yàn)證評(píng)估屬于環(huán)境技術(shù)管理體系中的一部分，其目的是通過建立一套客觀、科學(xué)、公正、透明的評(píng)價(jià)制度、程序和方法，對各類環(huán)境技術(shù)在預(yù)防、檢測、控制和減少環(huán)境污染等方面的能力和效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，按照統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來評(píng)估創(chuàng)新的商業(yè)化技術(shù)，從而為潛在的用戶提供一個(gè)可信的信息，為環(huán)境污染防治工程提供科學(xué)可靠的、成套完整的數(shù)據(jù)［6-9］。

1 水污染防治生物處理技術(shù)驗(yàn)證評(píng)估

建立我國水污染防治生物處理技術(shù)驗(yàn)證評(píng)估體系，其目標(biāo)是結(jié)合中國國情，建立一套科學(xué)、公正、客觀的水污染防治生物處理技術(shù)驗(yàn)證評(píng)估方法，指導(dǎo)驗(yàn)證評(píng)估工作按照規(guī)定的程序、方法和標(biāo)準(zhǔn)對已經(jīng)完成中試或工業(yè)化試驗(yàn)，具有產(chǎn)業(yè)化前景的單項(xiàng)技術(shù)、工藝以及產(chǎn)品開展實(shí)測驗(yàn)證(實(shí)證)，重點(diǎn)對其環(huán)境保護(hù)效果、能耗水平、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、風(fēng)險(xiǎn)性、先進(jìn)性［10-11］及持有方自我聲明的技術(shù)性能進(jìn)行以實(shí)證為主的客觀評(píng)價(jià)，為環(huán)境保護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展及市場化、產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)支撐。

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

為有效促進(jìn)我國環(huán)境保護(hù)創(chuàng)新技術(shù)的推廣和應(yīng)用，在借鑒國外環(huán)境驗(yàn)證評(píng)估體系發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定了水污染防治生物處理技術(shù)驗(yàn)證評(píng)估指標(biāo)體系的設(shè)計(jì)原則:1)符合我國相關(guān)法規(guī)、政策和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);2)確保驗(yàn)證結(jié)果的真實(shí)性、可靠性和科學(xué)性;3)保護(hù)技術(shù)開發(fā)者的知識(shí)產(chǎn)權(quán);4)有利于環(huán)境驗(yàn)證評(píng)估制度的可持續(xù)發(fā)展;5)易與國際接軌。

基于上述設(shè)計(jì)原則，生物處理技術(shù)驗(yàn)證評(píng)估指標(biāo)體系由測試指標(biāo)和參考指標(biāo)兩部分構(gòu)成。

測試指標(biāo)包括水質(zhì)指標(biāo)、二次污染指標(biāo)、工藝運(yùn)行指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)等一級(jí)指標(biāo)，同時(shí)下設(shè)若干二級(jí)及三級(jí)指標(biāo)。水質(zhì)指標(biāo)主要是通過對水質(zhì)中的各種理化及生物指標(biāo)的測試，反映污水處理技術(shù)的污染物去除性能;二次污染指標(biāo)主要是考察技術(shù)在使用過程中是否對環(huán)境造成影響及影響程度，包括噪聲、空氣、固體廢物等;工藝運(yùn)行指標(biāo)主要是考察污染物消減效果與工藝運(yùn)行參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，包括表觀指標(biāo)與運(yùn)行參數(shù)指標(biāo)兩組;經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)包括能源消耗指標(biāo)、藥劑消耗指標(biāo)、材料消耗指標(biāo)、水耗指標(biāo)、資源能源回收利用率等五項(xiàng)。測試指標(biāo)分為通用指標(biāo)與特征指標(biāo)。通用指標(biāo)具有普遍適用性，適用于各種生物處理技術(shù)的驗(yàn)證測試，包括化學(xué)需氧量(CODCr)、氨氮(NH3-N)、生化需氧量(BOD5)、pH等四項(xiàng);特征指標(biāo)是反映所驗(yàn)證技術(shù)的特異性處理效果或水質(zhì)污染特征的指標(biāo)。

參考指標(biāo)由技術(shù)持有方提供，主要為技術(shù)的輔助設(shè)計(jì)參數(shù)等。

1.2 驗(yàn)證測試方法

基于驗(yàn)證評(píng)估指標(biāo)體系，根據(jù)現(xiàn)有驗(yàn)證測試技術(shù)的可靠性與成熟度，確定了以定量測試分析為主，定性描述為輔的原則，并對具體的驗(yàn)證測試方法進(jìn)行了規(guī)定。各評(píng)價(jià)指標(biāo)能采用國標(biāo)法進(jìn)行定量分析的均優(yōu)先采用，對于尚無國標(biāo)法或目前尚不能進(jìn)行定量分析的指標(biāo)，則采用驗(yàn)證測試規(guī)程推薦方法進(jìn)行定量或定性評(píng)價(jià)。

水污染防治生物處理技術(shù)驗(yàn)證測試工作分現(xiàn)場驗(yàn)證測試和實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證測試兩類?，F(xiàn)場驗(yàn)證測試是對驗(yàn)證技術(shù)在使用現(xiàn)場開展實(shí)證，具有方便快捷、數(shù)據(jù)可靠、評(píng)估費(fèi)用低等特點(diǎn)，主要適用于工業(yè)廢水和生活污水的現(xiàn)場驗(yàn)證;實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證是在環(huán)境、溫度等條件可以模擬控制的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，具有可在短時(shí)間內(nèi)獲取大量高質(zhì)量、可重復(fù)的驗(yàn)證數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，但其評(píng)估費(fèi)用相對較高，主要適用于好氧生物反應(yīng)器、厭氧生物反應(yīng)器、一體化污水處理設(shè)備(包括小型膜生物反應(yīng)器)、填料、生物助劑等的性能驗(yàn)證測試。

1.2.1 測試周期確定

驗(yàn)證評(píng)估測試周期是驗(yàn)證評(píng)估過程中需要考慮的關(guān)鍵因素。驗(yàn)證周期直接關(guān)系到是否能全面反映驗(yàn)證技術(shù)在各種工況條件下的效果，同時(shí)也影響到驗(yàn)證測試的經(jīng)濟(jì)成本。驗(yàn)證時(shí)間過長雖然可完整地體現(xiàn)測試技術(shù)在各種工況條件下的效果，但會(huì)明顯增加驗(yàn)證測試的成本，影響驗(yàn)證評(píng)估工作開展的經(jīng)濟(jì)可行性;驗(yàn)證時(shí)間過短，則難以全面反映各種情況下處理工藝技術(shù)的使用效果及可靠性。

在已開展生物處理技術(shù)驗(yàn)證評(píng)估的發(fā)達(dá)國家，通常對其驗(yàn)證測試周期都有明確規(guī)定，如美國對生活污水生物處理技術(shù)的驗(yàn)證測試周期通常為12個(gè)月［12-13］，日本對凈化槽技術(shù)的驗(yàn)證周期為 6個(gè)月［14-15］。為確定我國生物處理技術(shù)的驗(yàn)證評(píng)估測試周期，筆者對國內(nèi)相關(guān)排污單位、環(huán)境保護(hù)企業(yè)及地方環(huán)境保護(hù)部門等進(jìn)行了走訪調(diào)研，并就相關(guān)問題向環(huán)境保護(hù)專家進(jìn)行了咨詢，綜合各方意見，基于生物處理技術(shù)的特點(diǎn)，得出我國驗(yàn)證評(píng)估測試合理的周期為3個(gè)月左右。

根據(jù)國外制定的生物處理技術(shù)驗(yàn)證評(píng)估測試周期和國內(nèi)的調(diào)研咨詢結(jié)果，筆者認(rèn)為現(xiàn)場驗(yàn)證評(píng)估測試周期應(yīng)根據(jù)水質(zhì)水量及其影響處理效果的環(huán)境條件變化周期而決定，通常在變化周期不明顯或變化周期較短的情況下，驗(yàn)證評(píng)估測試周期應(yīng)至少保證連續(xù)測試3個(gè)月，在變化周期較長的情況下，驗(yàn)證測試應(yīng)至少包括2個(gè)變化周期(總測試時(shí)間不應(yīng)小于3個(gè)月)。其可最大程度真實(shí)地反映驗(yàn)證技術(shù)的處理效果，同時(shí)也保證驗(yàn)證成本在用戶可承受的范圍之內(nèi)。此外，由于生物處理技術(shù)的處理效果受水溫影響較大，在驗(yàn)證測試期間應(yīng)至少包括1個(gè)月低溫期(冬季)。對于實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證測試，由于在實(shí)驗(yàn)室中開展驗(yàn)證測試工作，條件相對穩(wěn)定，并可快速調(diào)整，周期則可適當(dāng)縮短，但在污泥培養(yǎng)、馴化工作結(jié)束并達(dá)到正常處理效果后，應(yīng)至少連續(xù)運(yùn)行2個(gè)月，其中低溫運(yùn)行時(shí)間(低于13℃)不少于1個(gè)月。在驗(yàn)證測試過程中，故障時(shí)間或停運(yùn)時(shí)間不應(yīng)超過整個(gè)驗(yàn)證測試時(shí)間的10%，否則測試時(shí)間應(yīng)相應(yīng)順延，順延時(shí)間為故障時(shí)間或停運(yùn)時(shí)間的1.5倍。

1.2.2 采樣頻率確定

在通常情況下，分析采樣頻率應(yīng)根據(jù)水質(zhì)波動(dòng)狀況而確定，在水質(zhì)波動(dòng)較大的情況下可適當(dāng)增大采樣頻率，而在水質(zhì)狀況較平穩(wěn)的情況下則可適當(dāng)降低采樣頻率，但為保證測試結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，對驗(yàn)證測試過程中采集的最低樣品數(shù)進(jìn)行了規(guī)定。在整個(gè)測試周期內(nèi)，現(xiàn)場驗(yàn)證測試每個(gè)采樣點(diǎn)采集樣品數(shù)不少于12次，其中每周不少于1次;實(shí)驗(yàn)室測試每個(gè)采樣點(diǎn)采集樣品數(shù)不少于16次，每周不少于2次，以確保有足夠的樣品用于分析測試，保證驗(yàn)證測試結(jié)論的科學(xué)性、公正性和客觀性。

1.2.3 采樣點(diǎn)設(shè)置的基本原則

采樣點(diǎn)的合理設(shè)置對于全面真實(shí)地反映驗(yàn)證技術(shù)的處理效果具有重要意義。為此，在驗(yàn)證評(píng)估測試方法中對驗(yàn)證測試過程中設(shè)置采樣點(diǎn)的基本原則進(jìn)行了規(guī)定:1)采樣點(diǎn)應(yīng)根據(jù)工藝特征而確定，采樣點(diǎn)的設(shè)置在總體上應(yīng)能反映工藝技術(shù)的處理效果及特點(diǎn);2)設(shè)置采樣點(diǎn)前，應(yīng)調(diào)查并收集驗(yàn)證技術(shù)應(yīng)用工程的有關(guān)水質(zhì)、水量、工藝流程、設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、技術(shù)特點(diǎn)等基本資料，用作設(shè)置具有代表性采樣點(diǎn)的依據(jù);3)分析測試采樣點(diǎn)應(yīng)根據(jù)工藝流程設(shè)置在原水、出水以及工藝中間環(huán)節(jié)，原水和最終出水為必選采樣點(diǎn)，工藝中間環(huán)節(jié)采樣點(diǎn)建議設(shè)置在能夠反映生物處理環(huán)節(jié)處理效能的位置，其中創(chuàng)新工藝部分應(yīng)多設(shè)采樣點(diǎn);4)原水采樣點(diǎn)應(yīng)盡可能設(shè)置在能反映原水真實(shí)水質(zhì)的位置，對于有多條進(jìn)水管路，且設(shè)有調(diào)節(jié)池的工藝，原水采樣點(diǎn)建議設(shè)置在靠近調(diào)節(jié)池出水口位置。

2 現(xiàn)有測試案例

根據(jù)上述制訂的驗(yàn)證評(píng)估測試方法，對某尼龍化工廢水生物處理技術(shù)處理的工程應(yīng)用效果進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)證測試，驗(yàn)證測試周期為3個(gè)月。在充分調(diào)查并收集驗(yàn)證工藝技術(shù)應(yīng)用工程的有關(guān)水質(zhì)、水量、工藝流程、設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、技術(shù)特點(diǎn)等基本資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)置采樣點(diǎn)的基本原則及廢水處理工藝的特點(diǎn)，共設(shè)置6個(gè)采樣點(diǎn)，分別為原水均勻混合段(1個(gè))、厭氧工藝段(2個(gè))、缺氧段(1個(gè))、好氧段(1個(gè))、出水段(1個(gè))。不同指標(biāo)的測試方法及測試頻率如表1所示。

表1 現(xiàn)場實(shí)證測試指標(biāo)及方法Table 1 Index and method for the scene demonstration and testing

實(shí)證測試結(jié)果顯示，在測試過程中工藝運(yùn)行的操作參數(shù)基本保持一致。在3個(gè)月的驗(yàn)證期間，水質(zhì)共發(fā)生3次較大的波動(dòng)，其波動(dòng)原因基本一致，這說明3個(gè)月的測試周期可基本覆蓋水質(zhì)的整個(gè)變化周期，并可反映驗(yàn)證技術(shù)在各種工況條件下的水質(zhì)情況。由于該驗(yàn)證工藝的總水力停留時(shí)間為50 h，由水質(zhì)發(fā)生重大變化而導(dǎo)致的出水水質(zhì)的改變，通常需在2～3 d后才得以體現(xiàn)，因此對于水質(zhì)指標(biāo)的測試，每周采樣測試2次是基本合理的。

二次污染指標(biāo)是考察驗(yàn)證技術(shù)環(huán)境效應(yīng)的指標(biāo)，該指標(biāo)的好壞對技術(shù)的推廣具有重要意義。通常在工藝的實(shí)際運(yùn)行中，產(chǎn)生的噪聲和臭味等污染情況是相對穩(wěn)定的，測試的頻率可相對較少。該次驗(yàn)證結(jié)果證明，整個(gè)測試期間這兩項(xiàng)指標(biāo)的變化基本可忽略。剩余污泥量的統(tǒng)計(jì)需在驗(yàn)證期間隨時(shí)跟蹤系統(tǒng)排泥的情況，對每次排泥量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。該指標(biāo)可通過實(shí)際污泥量稱量統(tǒng)計(jì)，也可通過公式計(jì)算得出。通過測試期間兩次剩余污泥中重金屬濃度分析，發(fā)現(xiàn)其變化幅度較小，相對穩(wěn)定，因此剩余污泥量在整個(gè)驗(yàn)證期間測試2次是合理的。

工藝運(yùn)行指標(biāo)是分析污染物去除機(jī)理的重要參數(shù)。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)異常狀況及流量的統(tǒng)計(jì)頻率相對過高，該指標(biāo)通常比較穩(wěn)定，頻率過高將增大測試工作量，應(yīng)適當(dāng)降低。

經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是反映驗(yàn)證技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的重要指標(biāo)，在驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)工藝運(yùn)行的藥劑消耗量相對穩(wěn)定，每天記錄即可全面掌握各種藥劑的消耗情況。耗電量在測試期間主要通過對廠區(qū)內(nèi)部電表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，每月抄錄電表1次，可獲得用電量的實(shí)際情況。

此外，該次現(xiàn)場實(shí)證發(fā)現(xiàn)，在驗(yàn)證工藝的中間環(huán)節(jié)設(shè)置采樣點(diǎn)可有效地分析污染物的去除規(guī)律及機(jī)理，在出現(xiàn)異常狀況時(shí)能迅速分析出原因，其對全面了解技術(shù)的性能具有重要意義。在實(shí)際操作過程中需根據(jù)不同技術(shù)特點(diǎn)合理設(shè)置，過多的采樣點(diǎn)將增大工作量及驗(yàn)證成本。

該次示范性實(shí)證測試可為我國生物處理技術(shù)驗(yàn)證評(píng)估測試指標(biāo)體系及方法的建立提供以下有益建議:

(1)在驗(yàn)證評(píng)估測試前，需對工藝工程進(jìn)行詳細(xì)了解，并制定詳細(xì)的實(shí)施方案，充分考慮各種可能發(fā)生的因素;在驗(yàn)證評(píng)估測試期間需與污水廠運(yùn)行人員密切溝通，及時(shí)全面地掌握污水廠運(yùn)行參數(shù)的變化和維護(hù)、檢修等情況。

(2)驗(yàn)證評(píng)估方法，建議以國標(biāo)法為主，但是考慮到現(xiàn)場的實(shí)際情況，可以適當(dāng)結(jié)合快速分析測試方法;當(dāng)技術(shù)持有方持有的歷史數(shù)據(jù)與測試數(shù)據(jù)吻合性很好時(shí)，可以適當(dāng)減少驗(yàn)證測試時(shí)間，但不宜低于2個(gè)月，其中至少有1個(gè)月為冬季;廢水調(diào)節(jié)時(shí)間大于24 h，分析樣品可以采用瞬時(shí)樣。

(3)對于投加堿劑的污水處理工程，應(yīng)定期測試進(jìn)、出水的堿度指標(biāo);對于投加磷劑的污水處理工程，應(yīng)定期測試進(jìn)、出水的TP濃度指標(biāo)，以便評(píng)估藥劑的投加量是否合理;對于有厭氧、缺氧工藝的工程，可在工藝運(yùn)行指標(biāo)測試中增加氧化還原電位指標(biāo);對有機(jī)氮濃度較高的工業(yè)廢水，建議增加凱氏氮指標(biāo)。

3 結(jié)語

目前我國的ETV體系尚處于初步探索研究階段，水污染防治生物處理技術(shù)是水環(huán)境污染防治技術(shù)體系當(dāng)中最為重要的一類，選擇其作為我國ETV制度建立的試點(diǎn)研究具有重要示范作用。水污染防治生物處理技術(shù)驗(yàn)證評(píng)估體系的構(gòu)建應(yīng)以我國實(shí)際國情為基礎(chǔ)，并遵循一定的科學(xué)方法來實(shí)現(xiàn)其科學(xué)性和合理性。依據(jù)構(gòu)建的生物處理技術(shù)驗(yàn)證評(píng)估方法，開展第三方實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場實(shí)證測試，以定量的實(shí)證數(shù)據(jù)客觀而真實(shí)地反映驗(yàn)證技術(shù)效能，為技術(shù)使用者提供可靠的技術(shù)信息，這不僅對我國環(huán)境保護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展和推廣應(yīng)用起到積極的推動(dòng)作用，同時(shí)也為我國環(huán)境技術(shù)管理體系的建立奠定了良好的基礎(chǔ)。

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［12］NSF International.Environmental technology verification report:evaluation of a decentralized wastewater treatment technology(06/28/WQPC-SWP)［R］.Washington DC:US EPA，2006:18-25.

［13］US EPA Office of Research and Development.Environmental technology verification strategy(EPA/600/K-96/003)［R］.Washington DC:US EPA，1997:1-14.

［14］日本環(huán)境衛(wèi)生センター.小規(guī)模事業(yè)場向け有機(jī)性排水技術(shù)実証試験要領(lǐng)［R］.東京:日本環(huán)境衛(wèi)生センター，環(huán)境省水·大気環(huán)境局，2010:8-18.

［15］環(huán)境省水·大気環(huán)境局.非金屬元素排水処理技術(shù)(ほう素等排水処理技術(shù))実証試験要領(lǐng)［R］.東京:環(huán)境省水·大気環(huán)境局，2006:1-22.○