許春蓮，張 偉，宋乾武，黃海明，田艷麗，陳 棟

（1.中國環(huán)境科學研究院，北京 100012；2.北京科技大學，北京 100083；3.華北水利水電學院，鄭州 450011）

1 前言

在創(chuàng)新技術的市場化進程中，獨立可靠的技術信息的缺乏是創(chuàng)新環(huán)保技術推廣的關鍵阻礙。針對這種問題，美國、加拿大、日本等國在20世紀90年代先后建立并實施了環(huán)境技術驗證（ETV）制度[1]。該制度的核心是以第三方驗證測試和數(shù)理統(tǒng)計為基礎，通過科學、公正的運行數(shù)據(jù)和信息提高技術的可信度，加速創(chuàng)新技術市場化的進程。美國、日本等國將該制度實施的最初5年確定為試點階段，所需費用全部列入財政計劃，待制度完善后，逐漸向受益者負擔方向過渡，由技術持有者、政府共同分擔驗證費用。該制度的實施推動了創(chuàng)新技術的應用，在擴大市場方面得到了廣泛認可。

近年的環(huán)境管理實踐表明，目前我國的環(huán)境技術評估體系尚不健全，評估方法不完善，科學性、公正性相對較差，對環(huán)境技術創(chuàng)新的支撐能力不足。此外，由于基礎數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)的嚴重缺失，也導致了最佳可行技術（BAT）的篩選缺乏可靠依據(jù)。因此急需建立科學、公正的環(huán)境技術驗證評估體系以滿足流域污染治理、環(huán)境監(jiān)管、環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。

環(huán)境技術驗證主要是對環(huán)保技術的污染物去除效果、經(jīng)濟性、可靠性、二次污染以及技術持有方自我聲明的其他技術性能進行以實證測試為基礎的評估。建立一套水污染防治技術驗證評估方法、指標體系和質(zhì)量保證程序，指導驗證評估按照科學、公正、客觀的程序和方法開展工作是驗證評估技術體系的核心。本文以水污染防治生物處理技術為對象，開展驗證評估指標體系研究。

2 國外研究進展

美國于1995年啟動ETV試點，2001年正式開始運行。美國的《環(huán)境技術驗證策略》[2]中規(guī)定了ETV計劃的目標、術語、基本操作原則、項目選擇標準、實施流程等。2008年修訂的《環(huán)境技術驗證質(zhì)量管理計劃（QMP）》[3]中規(guī)定了質(zhì)量管理要求、工作程序及數(shù)據(jù)的采集、分析、評估要求等。美國ETV驗證的質(zhì)量管理體系采用了美國質(zhì)量協(xié)會（ASQ）制定的美國國家標準《環(huán)境數(shù)據(jù)采集及環(huán)境技術計劃質(zhì)量體系規(guī)范和綱要》。目前，美國的廢水處理技術驗證主要以民用生活污水的驗證為主。美國的廢水處理技術驗證主要依據(jù)2001年發(fā)布的《廢水處理技術驗證規(guī)程》進行。規(guī)程中規(guī)定了用來評價污水處理裝置處理性能的參數(shù)，包括水質(zhì)參數(shù)和運營維護參數(shù)。其中，處理性能核心參數(shù)包括pH、溫度、總懸浮固體（TSS）、五日含碳生化需氧量（CBOD5）、化學需氧量（COD）等項，核心參數(shù)是檢測過程中的最低要求[4]；補充參數(shù)包括總凱氏氮（TKN）、硝酸鹽氮與亞硝酸鹽氮（NO3+NO2-N）、堿度、總磷（TP）、溶解性磷（SP）、糞便大腸菌群等。運營維護參數(shù)包括耗電量、消耗品用量、維護工作量、剩余污泥、操作的難度等。6000型序批式反應裝置是用于住宅的分散式污水處理系統(tǒng)，包含生物處理、砂濾和紫外消毒等處理單元。以該系統(tǒng)的驗證為例，驗證測試的水質(zhì)指標包括TSS、五日生化需氧量（BOD5）、TKN、氨氮、NO3+NO2-N、總磷（TP）、SP、總大腸菌；運行參數(shù)包括流量、pH、堿度、溫度、溶解氧、化學品消耗、系統(tǒng)操作難易程度、污泥量和重金屬含量等[5]。

日本在廢水處理方面驗證的技術主要包括小規(guī)模食品加工企業(yè)有機廢水處理技術及非金屬元素廢水處理技術兩個領域，小規(guī)模有機廢水處理技術的驗證主要參照《小規(guī)模食品企業(yè)有機廢水處理技術領域?qū)嵶C試驗要領》[6]進行。該規(guī)程適用于日排水量小于50 m3的食品加工企業(yè)、公共廚房、餐廳等的有機廢水處理技術驗證。驗證內(nèi)容包括環(huán)境保護效果、運行所需能源、材料和成本、正常的操作環(huán)境、運營維護所需勞動力等方面。驗證指標包括水質(zhì)指標和運營維護指標兩個方面。其中，水質(zhì)指標包括pH、BOD5、COD、懸浮固體（SS）、正己烷（n-HEX）、大腸菌值、TN、TP等；運行維護指標包括環(huán)境影響（如污泥、廢棄物產(chǎn)生量、噪聲、臭味等）、藥劑、能源消耗、啟動所需時間、正常運行至停止的持續(xù)時間、運行維護所需操作人員的技術和數(shù)量要求、可靠性、故障解決辦法、運行維護手冊合理性等。

目前，美國、日本等國開展的污水處理驗證技術主要以生活污水、食品加工企業(yè)廢水、餐廚廢水等處理技術為主，在各國公開發(fā)布的驗證測試報告中，尚沒有找到高濃度工業(yè)廢水處理技術的驗證實例。

環(huán)境技術驗證的最大特點是不對技術是否合格進行評價，而是通過公正、科學、客觀的測試程序向技術的潛在使用者提供高質(zhì)量的技術運行數(shù)據(jù)和技術特征。由于ETV制度在加速創(chuàng)新環(huán)保技術進入市場方面發(fā)揮了其他評估模式不可替代的作用，在國際上已經(jīng)引起了越來越多國家的重視，繼美國、日本、加拿大之后，歐盟、韓國等也先后創(chuàng)立了ETV評估制度。目前，ETV制度有逐步國際化的趨勢。但從美國、日本的驗證技術數(shù)量的變化來看，在試點階段由于政府承擔全部驗證費用，每年的驗證技術數(shù)量呈快速上升趨勢，而當財政撥款減少，逐步過渡到受益者負擔方式后均呈現(xiàn)驗證數(shù)量急劇減少的趨勢。以美國為例，財政全額負擔階段，驗證數(shù)量最高時每年達60多項，而轉為技術持有方支付測試費用后的2008—2010年間年平均驗證技術數(shù)量僅為8項左右（其中地下水和地表水污染防治技術領域為年平均1項）。日本的發(fā)展情況也呈現(xiàn)類似的趨勢。驗證費用是影響企業(yè)參加驗證評估積極性的主要原因，另外水污染防治技術驗證特別是生物處理技術驗證的周期長、設備設置復雜等也是影響驗證評估吸引力的一個原因。

3 驗證評估指標體系設計原則

環(huán)境技術驗證是指受技術持有方、使用者或其他利益相關者的委托，在技術最具有代表性的運行條件下由第三方機構依據(jù)國家的測試規(guī)范、標準、法規(guī)等，對環(huán)保技術的環(huán)境保護效果、環(huán)境影響以及經(jīng)濟性等進行科學、客觀、公正的驗證和測試，在此基礎上綜合運用數(shù)理統(tǒng)計以及專家輔助評價等方法，對該技術的性能進行評價和分析的過程。本研究在充分吸收國外驗證評估體系發(fā)展的經(jīng)驗教訓基礎上，以實現(xiàn)驗證評估體系的可持續(xù)發(fā)展，推動環(huán)保技術的創(chuàng)新發(fā)展為目標，確定了水污染防治生物處理技術驗證評估指標體系的設計原則[7～9]。

1）符合國家的相關法規(guī)、政策、技術標準。我國現(xiàn)行的環(huán)境法規(guī)、環(huán)境政策，國家、地方、行業(yè)的排放標準、技術規(guī)范等是本指標體系設計的主要依據(jù)和立足點。

2）為技術使用者提供系統(tǒng)、全面的技術運行信息，確保驗證結果的科學性。指標體系應具有系統(tǒng)性和完整性，各指標具有明確的內(nèi)涵，驗證指標的設計應能夠真實、準確地反映技術的環(huán)境保護效果和技術特點、創(chuàng)新性，確保驗證評估結果的科學性。

3）保護技術開發(fā)者的知識產(chǎn)權。驗證評估以推動環(huán)保技術的創(chuàng)新發(fā)展為目標，側重技術的實際使用效果的測試和評價，避免涉及和泄露技術的核心內(nèi)容。在滿足驗證測試最低要求的基礎上，企業(yè)具有特征指標的選擇權，增加驗證過程中的企業(yè)參與度，提高技術創(chuàng)新主體參加驗證評估的積極性。

4）結合中國國情，注重實用性、可操作性，支撐驗證評估制度的可持續(xù)發(fā)展。從中國的經(jīng)濟發(fā)展水平和驗證成本等角度出發(fā)，評估指標的設計不宜過于復雜，要充分考慮測試數(shù)據(jù)的獲得可能性，應便于操作和應用，增加對企業(yè)的吸引力，具有可持續(xù)發(fā)展性。

5）充分考慮今后與國際接軌的可能性。驗證評估制度的國際化趨勢已經(jīng)顯現(xiàn)，我國的驗證評估指標體系的設計應充分考慮與國際上其他國家接軌的可能性，為將來實現(xiàn)國際互認奠定基礎，為中國企業(yè)參與國際競爭提供支撐。

4 驗證評估指標體系設計

根據(jù)上述原則本文開展了水污染防治生物處理技術驗證評估指標體系的設計。本指標體系適用于：a.生活污水、工業(yè)廢水（不包含危險廢物）、城鎮(zhèn)污水處理過程中所有采用生物處理單元技術或以生物處理技術為主的工藝技術的驗證測試與評估；b.以生物處理技術為主的一體化小型污水處理裝置、各類生物反應器性能的驗證測試和評估。驗證評估指標按指標特性劃分為通用指標與特征指標兩大類。通用指標具有普遍適用性，適用于各種生物處理技術的驗證評估，是驗證評估的最低要求。特征指標是指能夠表征所驗證技術特異性處理效果或水質(zhì)污染特征的指標。特征指標由測試機構與技術驗證申請方根據(jù)技術特征、驗證評估的要求及成本控制等情況從指標體系中選擇確定。

指標體系由參考指標、測試指標、評價指標3個部分構成。

4.1 參考指標

參考指標主要由技術持有方提供，包括技術的基本信息指標和設計參數(shù)指標?；拘畔⒅笜酥械墓に嚵鞒膛c自我聲明技術指標、技術創(chuàng)新性指標為通用指標。

設計參數(shù)指標按技術的類別劃分為好氧活性污泥法、好氧生物膜法、厭氧活性污泥法、厭氧生物膜法4類，分別設定了各工藝方法的設計參數(shù)指標。其中，好氧活性污泥法主要包括厭氧-缺氧-好氧法（A2/O）、缺氧-好氧法（A/O）、序批式活性污泥法（SBR）、氧化溝、傳統(tǒng)活性污泥法、膜生物反應器法等及其改良工藝；好氧生物膜法主要包括接觸氧化法、曝氣生物濾池法（BAF）、生物濾池法、生物轉盤法等及其改良工藝；厭氧活性污泥法主要包括上流式厭氧污泥床法（UASB）、厭氧內(nèi)循環(huán)反應器法（IC）、水解酸化法等及其改良工藝；厭氧生物膜法主要包括厭氧生物濾池法、厭氧流化床法、厭氧膨脹床法、厭氧生物轉盤等及其改良工藝。為了能夠準確反映技術的特征，設計參數(shù)指標的選取不宜少于兩項。

4.2 測試指標

測試指標是指在技術最具有代表性的運行條件下，由第三方驗證機構對技術的性能進行實際測試、驗證的指標。驗證評估以定量指標為主，以定性指標為輔。測試指標包括水質(zhì)指標、二次污染指標、工藝運行指標、資源能源消耗及回收量、操作及維護管理指標等。

水質(zhì)指標的測試主要通過分析水質(zhì)中的污染物濃度，衡量污水處理技術的水污染物去除性能。水質(zhì)指標分為第一類污染物指標與第二類污染物指標。第一類污染物指標主要適用于成分復雜及含有毒有害物質(zhì)的工業(yè)廢水處理技術的驗證評估。水質(zhì)指標的確定依據(jù)是目前國家現(xiàn)行的城鎮(zhèn)污水處理廠排放標準、污水綜合排放標準、各種行業(yè)排放標準等。水質(zhì)指標中COD、BOD5、pH、氨氮等4項為通用指標。為了真實、有效地反映技術的特征和處理效能，成分復雜的工業(yè)廢水處理技術的特征水質(zhì)指標的選擇不宜少于兩項，特征指標的選取應突出技術的污染物去除特性及原水的水質(zhì)特征。

二次污染指標主要考察技術在使用過程中對周邊環(huán)境造成的影響。二次污染指標包括噪聲、臭味、固廢3個方面。

工藝運行指標測試的目的是考察污染物消減效果與工藝運行參數(shù)之間的相關關系，監(jiān)控異常狀況的發(fā)生，為科學的工藝運行管理及數(shù)據(jù)的分析、評價提供支持。運行指標包括表觀指標與運行參數(shù)指標兩類，其中流量、溶解氧（厭氧為ORP）、污泥濃度、水溫4項工藝運行參數(shù)指標為通用指標。為了科學、真實、有效地反映技術的運行狀況，生活污水處理技術的特征運行參數(shù)指標不宜少于兩項，對于成分復雜的工業(yè)廢水處理技術的特征運行參數(shù)指標不宜少于3項。

資源能源消耗與回收量指標包括能源消耗指標、藥劑消耗指標、材料消耗指標、水耗指標、資源能源回收利用率5項，其中能源消耗指標中的耗電量指標為通用指標。

操作及維護管理指標以定性描述為主，包括基本指標和補充指標?；局笜诉m用于所有水污染防治生物處理技術的評價。產(chǎn)品類的一體化污水處理裝置、小型生物反應器的性能測試除要測試基本指標外，還應進行補充指標的測試。基本指標中的故障和異常的發(fā)生頻率指標為通用指標。

4.3 評價指標

評價指標是指由第三方評價機構在對測試指標與參考指標進行全面分析與計算的基礎上，對技術某一方面性能給出評價結果的指標。評價指標包括污染物去除率指標、處理效果穩(wěn)定性指標、運轉可靠性指標、環(huán)境友好性指標、技術經(jīng)濟性指標5項。其中污染物去除率指標為通用指標。

污染物去除率為測試期間相應條件下的污染物平均去除率。在計算平均去除率和抽樣誤差的基礎上，計算置信水平為80%時的置信區(qū)間。

處理效果穩(wěn)定性指標主要通過對進水、出水濃度變化的分析，對出水水質(zhì)的波動、抗沖擊負荷能力、連續(xù)穩(wěn)定運行狀況等進行評價，并對沖擊負荷情況下的達標情況、出現(xiàn)波動的原因進行分析。

運轉可靠性指標主要根據(jù)維護管理難易程度、故障發(fā)生頻率、排除故障的難易程度、維護管理所需要的技能水平、構造安全性等來進行分析和判斷。

環(huán)境友好性指標是定性分析和評價在驗證技術的運行過程中使用的化學試劑、材料、排放的噪聲、剩余污泥等是否會對周圍環(huán)境以及人體健康存在潛在的危害風險，是否會對包括地下水在內(nèi)的周邊水體環(huán)境產(chǎn)生潛在的風險。評價應參照《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》（GB 12348—2008）、《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》（GB 4284—1984）等現(xiàn)行國家標準進行。

技術經(jīng)濟性指標是通過計算和分析噸水處理的直接成本，噸水建設占地面積、噸水能耗、噸水維護管理所需人數(shù)及技能等來進行評價的。

5 應用案例

以化工生產(chǎn)廢水處理技術——3T-IB固定化微生物技術的現(xiàn)場驗證為例，采用本文的方法建立驗證評估指標。

5.1 技術概況

3T-IB固定化微生物處理技術由兩級厭氧濾池及缺氧池、好氧池等組成，工藝流程如圖1所示。其技術特點是在兩級厭氧池內(nèi)填裝一種生物附著力強的多孔結構高效生物載體，并接種一種培養(yǎng)、馴化的優(yōu)勢菌種，提高對難降解、有毒有害物質(zhì)的降解效果和脫氮能力，提高系統(tǒng)的抗沖擊負荷能力。

驗證測試工程的實際水量為8000 m3/d，原水包括尼龍化工生產(chǎn)廢水、工程塑料生產(chǎn)廢水、生活污水等，排放標準執(zhí)行《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中的一級標準。

圖1 3T-IB技術工藝流程圖Fig.1 3T-IB technology process flow diagram

5.2 指標體系的建立

1）參考指標。驗證準備階段由技術持有方向評估機構提供驗證技術的技術特點、原理、歷史數(shù)據(jù)、主要設備、工藝流程及平面布置圖等基本信息及主要構筑物設計水力停留時間、設計回流比、厭氧濾池填料厚度等設計參數(shù)作為評估機構掌握技術的基本情況，并根據(jù)技術特點制定驗證測試方案。

2）測試指標。廢水中含二胺、己二酸等成分，水質(zhì)成分復雜，pH變化大（4～12），硝酸鹽濃度較高。此外，由于化工生產(chǎn)過程中采用了含重金屬的催化劑，廢水中含有微量Cu2+等有害物質(zhì)。根據(jù)水質(zhì)特征、排放標準及驗證成本控制要求等，最終選定的驗證測試水質(zhì)指標包括pH、BOD5、COD、TN、氨氮、NO2-N、NO3-N、TP、Cu2+、SS、色度等。

本次驗證的化工廢水屬于中溫廢水，原水水溫在33～43℃范圍內(nèi)波動。本次驗證需要通過測試數(shù)據(jù)考察水溫變化、季節(jié)變化等對處理效果的影響；需要考察有毒有害物質(zhì)對生物處理效果的影響，同時還要密切監(jiān)控工藝運行過程中的異常情況，便于及時采取對策。綜合上述因素，本次驗證選取的工藝運行指標主要包括水溫、溶解氧、混合液懸浮固體濃度（MLSS）、污泥沉降比（SV30）、流量、堿度、好氧池微生物數(shù)量及長勢等。

根據(jù)工藝技術運行過程對環(huán)境的影響，二次污染指標主要選定剩余污泥量、剩余污泥重金屬含量、噪聲、臭氣等。

該工程在運行過程中需要添加NaHCO3及Na2HPO4，以滿足硝化對堿度的需求及除磷的需求。運行過程中還要根據(jù)濾料的消耗情況補充適量的濾料。本次驗證中測試的資源能源消耗與回收量指標主要包括耗電量、NaHCO3及Na2HPO4的每日投加量、濾料補充量等。

操作及維護管理指標主要記錄維護管理工作量（人數(shù)、時間、技能）、故障發(fā)生情況、頻率等。

3）評價指標。根據(jù)參考指標及測試指標，評價指標的經(jīng)濟技術評價主要選取去除率指標、運轉可靠性指標、處理效果穩(wěn)定性指標、環(huán)境友好性指標及技術經(jīng)濟性指標5項進行評價。

5.3 主要評價結果

驗證測試期間在工藝穩(wěn)定運行條件下，COD進水濃度在520～1860 mg/L，平均去除率為93.0%；氨氮進水濃度為17～67 mg/L，平均去除率為78.4%；TN的平均去除率為81.6%，能夠滿足技術聲明中的要求。原水NO3-N濃度為170～340 mg/L，由于硝酸鹽濃度較高，通過兩級厭氧、缺氧池的反硝化作用，COD在進入好氧池前大部分已被去除，可最大限度節(jié)省能耗。前端厭氧濾池能夠?qū)U水中各種沖擊負荷起到很好的緩沖作用，能夠應對原水的pH波動。

通過測試數(shù)據(jù)的計算和分析，系統(tǒng)運行中堿劑的投加量偏高，磷劑的投加量合理。當系統(tǒng)受到?jīng)_擊時，活性污泥狀態(tài)不佳，但通過7～10天的恢復，污泥可達到良好狀態(tài)。微生物的長勢與污泥中重金屬的富集、沖擊負荷等密切相關。該工藝運行較穩(wěn)定，生物活性污泥排放量較少。

6 結語

水污染防治生物處理技術驗證指標體系的設計旨在通過技術驗證為技術使用者提供系統(tǒng)、全面、科學的技術性能信息。指標體系的設計在一定時間內(nèi)應具有相對的穩(wěn)定性，但是隨著環(huán)境保護技術不斷發(fā)展和進步，指標體系應適時進行調(diào)整和完善。評價過程中應根據(jù)技術特征和驗證評估要求、成本控制等情況有針對性地選擇指標，使評價結果更具有科學性、公正性和客觀性。

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