基于節(jié)能降耗的污水處理廠績效評估體系研究.doc

基于節(jié)能降耗的污水處理廠績效評估體系研究楊凌波1 葛勇濤2 謝繼榮2 應(yīng)啟鋒2 曾思育1 何苗1(1清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，北京100084；2北京城市排水集團有限責(zé)任公司，北京100044)摘要針對污水處理廠的節(jié)能減排要求，建立了能夠突出節(jié)能降耗目標(biāo)的污水處理廠績效評估體系。該體系由穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、節(jié)能降耗和優(yōu)化運行3個維度，污水處理、污泥處理、單位能耗、單元能耗、單元物耗、資源回收利用、單位成本、自動化控制水平、設(shè)備運行等9個一級指標(biāo)和16個二級指標(biāo)構(gòu)成。研究提出了定量指標(biāo)的計算方法和定性指標(biāo)的打分方法，并采用全國污水處理廠數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、文獻調(diào)研、專家咨詢等方法給出了計算所需的標(biāo)準(zhǔn)值、修正系數(shù)、打分等級。將該體系應(yīng)用于3座污水處理廠，結(jié)果表明該體系能夠用于實際污水處理廠的評價，引入績效評估體系有助于污水處理廠了解自身節(jié)能降耗的潛力和途徑。關(guān)鍵詞污水處理廠節(jié)能降耗績效評估指標(biāo)體系引言績效評估是指運用數(shù)理統(tǒng)計和運籌學(xué)原理，采用特定的指標(biāo)體系，對照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，按照一定的程序，通過定量定性對比分析，對經(jīng)營者在一定經(jīng)營期間的經(jīng)營效益和業(yè)績做出客觀、公正、準(zhǔn)確的綜合評判?？冃гu估在所有企業(yè)管理中都有所應(yīng)用，有助于企業(yè)了解自身情況，發(fā)現(xiàn)改善績效的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我國城鎮(zhèn)污水處理廠與國外相比，在環(huán)境條件、處理工藝設(shè)計、設(shè)備選擇等方面并不落后，而在運行管理和優(yōu)化控制方面尚存在較大的差距，需要改進。在節(jié)能減排的大形勢下，到“十一五”期末，污水處理行業(yè)肩負(fù)著污水處理率不低于70的“減排”任務(wù)，而同時還要充分挖掘污水處理的“節(jié)能”空間。因此有必要將績效評估引入污水處理行業(yè)，這樣既有助于各污水處理廠實現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)和長遠(yuǎn)發(fā)展，又有利于政府實現(xiàn)監(jiān)管。過去十年來，為促進給排水服務(wù)的高效和優(yōu)質(zhì)化，國外學(xué)者開展了大量研究，在績效評估領(lǐng)域也形成了一些成果。歐盟大部分國家都定期或不定期地、強制或自愿地對污水處理企業(yè)、污水處理廠進行績效評估。IWA出版的污水處理行業(yè)績效指標(biāo)一書中提供了大量可供選擇的評價指標(biāo)。2007年，涅德提等人提出了“城市污水系統(tǒng)環(huán)境和經(jīng)濟綜合績效評估體系”，主要指標(biāo)有污染負(fù)荷、處理率、成本、能耗、面積利用率等。國內(nèi)采用標(biāo)桿管理、平衡計分卡等方法對污水處理行業(yè)績效評估也開展了相應(yīng)研究，但距離實際應(yīng)用還存在較大差距，主要是由于評價體系中的許多指標(biāo)在針對我國污水處理廠進行評價計算時遇到數(shù)據(jù)不全、難以取得或未進行記錄的問題。另外，現(xiàn)有指標(biāo)體系更多地集中于水質(zhì)狀況，對節(jié)能降耗的體現(xiàn)往往是間接的。本研究在對我國不同地域不同工藝不同規(guī)模的多座污水處理廠實地調(diào)研的基礎(chǔ)上，充分考慮其實際運行中數(shù)據(jù)記錄情況和績效管理需求，建立以節(jié)能降耗為目標(biāo)的績效評估體系，具有較強的實用性。在此基礎(chǔ)上最終可以形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入、管理、計算系統(tǒng)，方便污水處理廠進行績效管理。1績效評估體系的建立11評價目標(biāo)的確定與體系維度的設(shè)計針對污水處理廠“節(jié)能減排”的雙重任務(wù)，確定本績效評估體系的評價目標(biāo)為：在穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過提高運行管理水平，降低污水處理過程的能耗物耗。與此相應(yīng)的評價內(nèi)容則應(yīng)該包括污水處理廠的處理達(dá)標(biāo)、能耗物耗以及相關(guān)的運行管理水平。在確定評價目標(biāo)的基礎(chǔ)上，本研究借鑒已有廣泛應(yīng)用的“平衡計分卡”思想來設(shè)計體系的維度。平衡計分卡方法是1992年由哈佛商學(xué)院教授羅伯特S卡普蘭和大衛(wèi)P諾頓開發(fā)的，從顧客、財務(wù)、內(nèi)部業(yè)務(wù)和內(nèi)部創(chuàng)新與學(xué)習(xí)四個角度來管理組織的績效。由于污水處理廠的規(guī)模及服務(wù)區(qū)域在設(shè)計時便基本確定，使得污水處理廠的客戶相對固定，因此在客戶維度主要考察客戶所關(guān)心的排放達(dá)標(biāo)率及穩(wěn)定性。對于污水處理廠節(jié)能降耗績效評估體系來說，財務(wù)維度主要考察能耗、物耗、成本和資源回收利用。對于內(nèi)部業(yè)務(wù)流程維度，由于污水處理廠運行管理中的自動化程度和主要耗能設(shè)備的運行方式對能耗存在較大影響，所以主要從這兩方面人手評價該維度。而由于學(xué)習(xí)與創(chuàng)新并不直接影響能耗物耗，因此在體系中對此維度不予考慮。12指標(biāo)體系設(shè)計及單指標(biāo)計算方法。在維度設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合一般企業(yè)績效評估的需求和污水處理企業(yè)的特點，分析得到本研究體系指標(biāo)設(shè)計原則如下：客觀性：能夠反映不同工藝、不同規(guī)模污水處理廠的能耗物耗普遍特征，體現(xiàn)真正的績效差異?？刹僮餍裕翰煌奈鬯幚韽S都能通過該體系進行評估。激勵性：使污水處理廠在現(xiàn)有基礎(chǔ)上實現(xiàn)持續(xù)改進。信息溝通：評估結(jié)果易于反饋于管理。平衡性：短期經(jīng)營目標(biāo)與長期戰(zhàn)略目標(biāo)相一致，即節(jié)能降耗和穩(wěn)定達(dá)標(biāo)并重。根據(jù)以上原則，參考國內(nèi)外相關(guān)研究成果，得到基于節(jié)能降耗的污水處理廠績效評估指標(biāo)，如表1所示。其中定量指標(biāo)的計算方法也一并列出，定性指標(biāo)的量化則采用打分法。指標(biāo)計算中涉及到的標(biāo)準(zhǔn)值可以來自5個方面：同企業(yè)早期結(jié)果、同企業(yè)戰(zhàn)略或規(guī)劃目標(biāo)、法律或部門監(jiān)管目標(biāo)、其他企業(yè)結(jié)果和文獻參考值。因此本研究給出的標(biāo)準(zhǔn)值主要來自排放標(biāo)準(zhǔn)、2006年全國污水處理廠數(shù)據(jù)的第20個百分點或平均值、實地調(diào)研全國不同地區(qū)不同規(guī)模和工藝的10座污水處理廠最優(yōu)值、文獻調(diào)研或?qū)＜易稍兘Y(jié)果等，充分考慮了標(biāo)準(zhǔn)的客觀性和激勵性。在指標(biāo)計算時考慮到污水處理和污染物去除過程受到工藝、規(guī)模的影響而對能耗有較大影響，因此為了公平客觀比較污水處理廠績效，需要對指標(biāo)Ell、E12和E5的標(biāo)準(zhǔn)值進行修正。本研究通過引入修正系數(shù)來解決此問題。根據(jù)2006年全國污水處理廠實際運行情況，經(jīng)統(tǒng)計分析并結(jié)合專家咨詢獲得修正系數(shù)的取值，如表2所示。首先確定所屬的處理規(guī)模范圍和處理工藝，然后計算指標(biāo)E1l的修正系數(shù)=a11 Xbll，E12的修正系數(shù)=a12b12，E5的修正系數(shù)=a5b5。表3列出了指標(biāo)“存線監(jiān)測儀器使用維護情況”01 1的評分方法。如果廠內(nèi)不具備某類儀器，則相應(yīng)項目不得分。得分在6075范圍的污水處理廠意味著擁有常用儀表，得分7585的污水處理廠能夠監(jiān)控重要指標(biāo)，得分85100的污水處理廠能夠進行較全面監(jiān)控、適用較復(fù)雜的自動控制策略。考慮到提升泵、鼓風(fēng)機對能耗影響顯著，因此012指標(biāo)主要評價泵房、曝氣的自動控制策略。根據(jù)文獻調(diào)研和專家咨詢的結(jié)果，獲得控制策略的分級和評分見表4。曝氣、提升控制策略得分相加得到012控制策略指標(biāo)得分。如果采用變頻設(shè)備，在提升控制策略得分基礎(chǔ)上加5分?？刂撇呗詰?yīng)用后的節(jié)能潛力越大，得分就越高。需要說明的是，復(fù)雜的控制策略除了在降低能耗方面有優(yōu)勢外，能夠更合理地控制生化反應(yīng)環(huán)境，有利于降解，在現(xiàn)階段雖然應(yīng)用較少，但發(fā)展前景廣闊。13綜合評價方法根據(jù)各指標(biāo)的計算方法可知，所有指標(biāo)取值均為O100的無量綱數(shù)，且分值越高說明績效越好。采用最簡單的等權(quán)重加和，即通過計算二級指標(biāo)的平均得分可以得到一級指標(biāo)的得分，計算一級指標(biāo)的平均得分可以得到各維度的得分，類似地可獲得污水處理廠總分。根據(jù)得分高低，可以比較不同廠之間的總體績效差異、不同維度差異和單項指標(biāo)差異。2案例研究對三座不同工藝、不同水質(zhì)水量的污水處理廠2006年的運行情況進行綜合評價，所得結(jié)果如下。由于各廠均未進行化學(xué)除磷、沼氣發(fā)電等，不需要計算的指標(biāo)有E32污泥單元單位污泥藥耗和E42能量回收率。表5中空白處是指受研究條件限制該廠數(shù)據(jù)收集不完整?？傮w來看，各廠現(xiàn)有數(shù)據(jù)資料能夠支持指標(biāo)進行計算、評價，該評估體系具有可行性。分析來看，X廠由于剛剛投入運行，出水不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象較為嚴(yán)重；提升和生化單元具有較大的節(jié)能潛力，污泥處理藥耗具有較大的降耗潛力；儀表配置和自控策略應(yīng)用較好；通過提高提升泵、鼓風(fēng)機運行效率有望降低能耗。Y廠總體表現(xiàn)最優(yōu)，其污泥單元仍存在一定節(jié)能潛力；需要提高中水產(chǎn)量，加大資源回收利用力度；采用符合自身需求的自控策略，有望進一步降低能耗。Z處理廠受研究條件限制，數(shù)據(jù)稀缺；從現(xiàn)有指標(biāo)來看，能耗最低，污泥處理的藥耗需加強控制，控制策略、自控水平有待提高。分維度進行橫向比較。首先看穩(wěn)定達(dá)標(biāo)維度，普遍存在不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象，需要針對不達(dá)標(biāo)的項目加強控制，以符合排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，特別是X廠。其次看節(jié)能降耗維度，Y、Z兩廠能耗物耗指標(biāo)較優(yōu)，但所有污水處理廠都存在一定的節(jié)能降耗空間，需要進一步加強管理和優(yōu)化運行。最后看優(yōu)化運行維度，X廠最優(yōu)，Y、Z兩廠需要針對自身需求提高現(xiàn)有監(jiān)測水平和運行控制能力。3結(jié)論與建議(1)本研究構(gòu)建了基于節(jié)能降耗的污水處理廠績效評估體系。引入該體系有助于污水處理廠了解自身節(jié)能降耗的潛力和途徑進而實現(xiàn)持續(xù)改進，有助于比較不同廠之間的運行績效進而促進政府的有效監(jiān)管。(2)指標(biāo)體系從穩(wěn)