裘 湛

(上海城投污水處理有限公司，上海 201203)

風(fēng)險評價是指在風(fēng)險識別和估測的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他因素對風(fēng)險發(fā)生的概率和損失程度進行全面考慮，評估發(fā)生風(fēng)險的可能性及危害程度，并與公認的安全指標(biāo)相比較，以衡量風(fēng)險的程度，決定是否需要采取相應(yīng)措施的過程。污水處理廠風(fēng)險評價的目的是定量預(yù)測各風(fēng)險源對產(chǎn)生風(fēng)險的或然性并評估風(fēng)險可接受程度的方法體系，是污水處理廠風(fēng)險管理與決策的重要依據(jù)。由于城鎮(zhèn)污水處理廠多采用生物處理工藝，外界干擾后恢復(fù)需要較長時間［1］。因此，風(fēng)險評價尤其關(guān)注水質(zhì)達標(biāo)穩(wěn)定運行問題，對該問題的風(fēng)險評價有助于降低污水處理廠的超標(biāo)率、運行風(fēng)險和環(huán)境影響。本研究擬構(gòu)建污水處理廠風(fēng)險評價框架體系，并以上海市郊區(qū)兩家大型污水處理廠為例進行運行風(fēng)險分析，為污水處理廠的運行和水務(wù)管理決策提供科學(xué)參考。

1 風(fēng)險分析方法體系

1．1 風(fēng)險分析框架

環(huán)境風(fēng)險通常指突發(fā)性事故對環(huán)境或健康的危害程度，用風(fēng)險值R(危害/單位時間)表征。R定義為事故發(fā)生的概率P(事故/單位時間)與事故造成的環(huán)境或健康后果C(危害/事故)的乘積，公式如下所示。

風(fēng)險評價包括風(fēng)險識別、源項分析、后果分析和風(fēng)險評價4個步驟。在風(fēng)險識別后，通常采用預(yù)先設(shè)定的恰當(dāng)?shù)南鄬Τ叨?如1～5)建立信息或數(shù)據(jù)集，以便評估風(fēng)險嚴重性和可能性。后果嚴重性反映了財產(chǎn)、人員或設(shè)施的受損程度，而可能性則代表風(fēng)險事件的概率。該風(fēng)險評價流程已被國內(nèi)外研究人員廣泛采用［2-5］，其最大的優(yōu)點是使風(fēng)險評價過程更具目標(biāo)性且能處理某些難以用明確數(shù)值表述的項目，在面對不確定性問題時更易做出接近實際情況的決策［6］。

1．2 風(fēng)險識別方法

風(fēng)險識別即識別風(fēng)險的存在并確定其性質(zhì)的過程，污水處理廠風(fēng)險識別的范圍應(yīng)包括設(shè)施風(fēng)險識別和運行風(fēng)險識別兩部分。設(shè)施風(fēng)險識別的對象主要包括污水和污泥處理的各類相關(guān)設(shè)施，運行風(fēng)險識別則包括出水、惡臭氣體、剩余污泥等。當(dāng)然，除內(nèi)部風(fēng)險外，污水處理廠還面臨包括進水水質(zhì)水量、電力供應(yīng)、藥劑供給、污泥出路、自然災(zāi)害等外部風(fēng)險。在風(fēng)險識別的過程中，除了收集相關(guān)的運行管理、設(shè)施和周邊環(huán)境資料外，還應(yīng)收集國內(nèi)外污水處理行業(yè)事故統(tǒng)計分析及典型案例資料，以篩選風(fēng)險評價因子并確定潛在的風(fēng)險單元和重大風(fēng)險源。

1．3 風(fēng)險源項分析方法

風(fēng)險源項分析是風(fēng)險評價的首要任務(wù)和基礎(chǔ)工作，其分析的準(zhǔn)確與否關(guān)系到風(fēng)險評價的質(zhì)量。為了將概率轉(zhuǎn)化為權(quán)值0～5，風(fēng)險事件可能性可采用概率值P可按下式計算。

其中ni—各級風(fēng)險事件發(fā)生的次數(shù);

m—統(tǒng)計樣本總數(shù)。

利用該方法得到的P為連續(xù)性數(shù)據(jù)，有別于傳統(tǒng)的風(fēng)險分析中定義的離散數(shù)據(jù)集［7］。當(dāng)然，采用該方法可對風(fēng)險可能性定義為:很低(Rare，P≤1)、低(Unlikely，1＜P≤2)、中等(Likely，2 ＜P≤3)、高(Frequent，3 ＜P≤4)和很高(Chronic，4 ＜P≤5)。

1．4 后果分析方法

后果分析是風(fēng)險評價體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。污水處理廠的風(fēng)險事件可能帶來的后果主要包括環(huán)境污染(污染風(fēng)險)、社會影響(安全風(fēng)險)和生命財產(chǎn)損失(設(shè)施運行風(fēng)險)3方面。風(fēng)險事件的后果分析主要是預(yù)測分析最大可信事故對環(huán)境或健康造成的危害和影響及影響范圍和程度。

污水處理廠出水對應(yīng)的風(fēng)險事件主要是水質(zhì)超標(biāo)，可采用下式的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)表征。

其中Si—水質(zhì)指標(biāo)i的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù);

ci—指標(biāo)i的濃度，mg/L;

csi—標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L。

S≥1．0即為超標(biāo)，S＜1．0則達標(biāo)(見表1中的單向風(fēng)險等級)。除了出水水質(zhì)外，還應(yīng)關(guān)注進水負荷波動帶來的風(fēng)險。進水負荷的波動涉及水質(zhì)和水量，進水指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)中csi應(yīng)為設(shè)計值。S過高會造成污水處理廠超負荷運行的風(fēng)險。當(dāng)然，對于某些風(fēng)險事件，S＜1．0也存在一定的風(fēng)險。例如進水有機物(即COD和BOD5)濃度過低可能造成脫氮除磷所需碳源不足。因此，在對進水指數(shù)等級劃分時，除了考慮高濃度引起的沖擊負荷外，還應(yīng)考慮低水量、低濃度造成的負荷(碳源)不足(見表1中的雙向風(fēng)險等級)。表1中的等級劃分閾值宜根據(jù)實際污水處理工藝進行調(diào)整，如污水處理廠設(shè)置初沉池能降低進水SS偏高的風(fēng)險或污水處理系統(tǒng)分組設(shè)置亦可有效規(guī)避低進水量的風(fēng)險。

表1 城鎮(zhèn)污水處理廠風(fēng)險事件后果等級劃分表Tab．1 Grading of Risk Event Consequences of WWTPs

1．5 風(fēng)險評價

風(fēng)險評價是通過綜合分析確定最大可信事故造成的受害點距源項的最大距離及危害程度，包括造成的環(huán)境損害、人員傷亡及經(jīng)濟損失等。風(fēng)險評價的常用方法是綜合考慮風(fēng)險可能性和后果嚴重性建立矩陣測算風(fēng)險值，然后進行風(fēng)險分級［7，8］。污水處理廠風(fēng)險評價可采用與國內(nèi)四級響應(yīng)機制類似的四色法，以區(qū)分風(fēng)險等級并設(shè)定管理措施對應(yīng)的閾值。按照風(fēng)險值的高低，可將風(fēng)險分為四級:Ⅰ級(極高風(fēng)險，紅色，R=17～25)、Ⅱ級(高風(fēng)險，橙色，R=12～16)、Ⅲ級(中等風(fēng)險，黃色，R=6～11)和Ⅳ級(低風(fēng)險，藍色，R=1～5)，具體如圖1所示。

圖1所示的風(fēng)險評價矩陣和風(fēng)險等級的劃分可在風(fēng)險評價的基礎(chǔ)上為決策流程提供合適的框架，該方法同樣適用于其他技術(shù)、管理和公共服務(wù)部門的風(fēng)險評價和管理［9］。

圖1 風(fēng)險評價矩陣與控制曲線Fig．1 Risk Assessment Matrix and Control Curve

由圖1可知落入高風(fēng)險區(qū)內(nèi)的風(fēng)險是污水處理廠運行管理單位必須加強控制，并盡可能規(guī)避或轉(zhuǎn)移的風(fēng)險;落入常規(guī)風(fēng)險區(qū)內(nèi)的風(fēng)險則需要在運行管理中控制與消減，并考慮在條件允許時通過合同或保險的方式轉(zhuǎn)移;低風(fēng)險區(qū)域內(nèi)的風(fēng)險因素，在實施相應(yīng)的風(fēng)險控制和消減后可考慮自留。風(fēng)險控制曲線的位置與運行管理單位的風(fēng)險容忍度和風(fēng)險偏好相關(guān)，風(fēng)險容忍度高且管理單位偏向冒險則其風(fēng)險控制曲線將向右上方移動，反之則曲線會移向左下方。

2 城鎮(zhèn)污水處理廠運行風(fēng)險評價

基于上述劃分規(guī)則，選取上海市郊區(qū)兩家大型污水處理廠以2010年～2011年的月平均數(shù)據(jù)進行風(fēng)險分析。污水處理廠A設(shè)計水量為13．8萬m3/d，采用厭氧/缺氧/好氧工藝，于2008年5月通水運行。污水處理廠B設(shè)計水量為12萬m3/d，采用氧化溝工藝，于2009年底通水運行。兩家污水處理廠的設(shè)計進水和出水標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。對兩家污水處理廠風(fēng)險分析后計算得到的風(fēng)險值如表3所示。表3數(shù)據(jù)的風(fēng)險分析曲線如圖2所示。

表2 兩家示例污水處理廠的進水和出水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)Tab．2 Design Criteria of Influent and Effluent from Two WWTPs

圖2 污水處理廠風(fēng)險分析曲線示例Fig．2 Risk Analysis Curves of Two WWTPs

由表3可知在污水處理廠A的風(fēng)險事件中，“出水總磷(TP)超標(biāo)”(R=7．92)、“進水TP超過設(shè)計值”(R=6．88)、“進水懸浮固體(SS)超過設(shè)計值”(R=6．04)和“進水 BOD5偏離設(shè)計值”(R=6．03)的風(fēng)險值均高于5，位于Ⅲ級中風(fēng)險黃色區(qū)。風(fēng)險事件“進水COD偏離設(shè)計值”(R=4．58)、“進水氨氮(NH3-N)超過設(shè)計值”(R=1．25)、“進水總氮(TN)超過設(shè)計值”(R=1．25)和“出水TN超標(biāo)”(R=0．83)的風(fēng)險值均低于5，位于Ⅳ級低風(fēng)險藍色區(qū)。值得注意的是，污水處理廠A的中風(fēng)險事件“出水TP超標(biāo)”和高風(fēng)險事件“出水TN超標(biāo)”全部集中于2010年1月～8月，這可能與其一期和二期升級改造工程有關(guān)，2011年9月后其標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)均低于1。因此，污水處理廠A所面臨的主要風(fēng)險是進水水質(zhì)波動，且現(xiàn)有處理工藝很好地控制了進水水質(zhì)波動對出水的影響。

由表3可知在污水處理廠B的風(fēng)險事件中，“進水 BOD5偏離設(shè)計值”(R=13．75)和“進水COD偏離設(shè)計值”(R=11．88)位于圖1的Ⅱ級高風(fēng)險橙色區(qū)，其他3個事件“進水TP超過設(shè)計值”(R=2．17)、“出水 TP 超標(biāo)”(R=1．45)、“進水 SS超過設(shè)計值”(R=0．42)的風(fēng)險值均低于5，位于Ⅳ級低風(fēng)險藍色區(qū)。從事件的關(guān)聯(lián)性來看，污水處理廠B的高風(fēng)險事件“進水BOD5偏離設(shè)計值”和“進水COD偏離設(shè)計值”主要表現(xiàn)為進水BOD5和COD低于設(shè)計值，它們與低風(fēng)險事件“進水TP超過設(shè)計值”共同作用的結(jié)果很容易導(dǎo)致“出水TP超標(biāo)”。基于上述風(fēng)險分析，污水處理廠B面臨的主要風(fēng)險同樣是進水水質(zhì)波動，特別進水碳源不足的問題。

表3 兩家污水處理廠的風(fēng)險分析數(shù)據(jù)表Tab．3 Risk Analysis of Two WWTPs

3 結(jié)論與建議

通過采用恰當(dāng)?shù)南鄬Τ叨葘︼L(fēng)險的可能性和嚴重性分級，采用四色法進行風(fēng)險值等級劃分，建立了城鎮(zhèn)污水處理廠的風(fēng)險評價體系。城鎮(zhèn)污水處理廠風(fēng)險評價框架的建立能夠有效地為運行管理決策流程提供科學(xué)依據(jù)。對上海市郊區(qū)兩家大型城鎮(zhèn)污水處理廠的風(fēng)險分析后，發(fā)現(xiàn)進水水質(zhì)波動是其面臨的共同風(fēng)險，也是造成污水處理廠出水水質(zhì)超標(biāo)的重要原因。

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