我国验证评估平台建设研究

宋乾武,许春莲,张伟,王红雨,赵秀芹,武少伟

中国环境科学研究院，北京 100012

我国验证评估平台建设研究

宋乾武,许春莲,张伟,王红雨,赵秀芹,武少伟

中国环境科学研究院，北京 100012

介绍了我国第一个环境技术验证评估(ETV)平台的系统架构、功能及其用途；描述了该平台建设过程中技术集成创新点及其特点，展望了该平台在我国未来的应用前景。

环境技术验证；验证评估平台；技术评估

环境技术验证评估是20世纪90年代以来在美国、加拿大、日本、韩国等国家先后创建并实施的新型环境技术评估制度[1-3]。该制度的核心是通过一定的程序和方法，由第三方验证机构对创新环境技术进行以试验测试为基础的验证，供技术的潜在使用者在进行决策时参考。由于这种评估可以客观、高质量的提供技术数据，可以科学、公正、可靠地反映新技术的真实性能，提高技术的可信度，因此在项目立项、融资、扩大市场方面得到了广泛的认可，有效推动了创新技术的市场化进程[4-5]。为了实现验证评估，美国建立了国家实验室或者中心，对被验证的技术或者设备材料进行实验室测试[6-7]；日本建立了净化槽性能评价实验室，使得净化槽技术得以顺利推广并健康发展[8]；加拿大则是利用社会上具有资质的测试和验证机构对技术或者设备材料进行验证[2]。

针对我国环境技术评估体制中存在的问题，结合我国环保市场对创新环境技术的迫切需求，充分借鉴国外的成功经验，大力推广环境技术验证评估制度是我国提高环境技术管理水平的必由之路。为此，在国家水体污染控制与治理科技重大专项(简称水专项)中，水污染防治技术评估研究项目被列为重要研究内容之一。本研究是在水专项的支持下，在系统地研究验证评价制度在我国发展的模式、制度体系、推广机制、管理程序基础上，开展的我国水污染防治技术验证评估平台的建设研究，以期为我国推广水污染防治技术评估制度奠定基础[9]。

鉴于我国开展环境技术验证评估(ETV)和最佳可行技术(BAT)评估遇到的数据缺失、信息虚假的现状，为了通过实际测试，快速得到真实、准确，能够全面反映污染防治工艺技术及其设备性能的科学数据，从而满足技术评估的需要，研发水污染防治技术验证评估平台是各国建设技术评估制度不可或缺的必须手段。由于生物处理技术在我国的水污染控制与治理工程中广泛应用，因此在“十一五”开展的水专项研究中，将水污染防治生物处理技术验证评估平台建设研究作为优先研究的重要内容，在充分吸收国外经验的基础上，针对生物处理技术工艺的特点，通过多项技术集成，建成了具有自主知识产权的验证评估平台。该验证评估平台主要由验证评估实验室、验证评估移动工作站和相配套的技术支持文件组成。

1 验证评估实验室

验证评估实验室主要用于可在室内进行的验证评估：1)处理规模较小的水处理工艺系统的评估；2)水处理过程中的单元设备效能技术评估；3)水处理过程中材料(如生物填料等)的性能评估；4)水处理药剂的效能评估。

中国环境科学研究院验证评估实验室是在原有的净化槽性能评价实验室的基础上，通过更新化验设备，改造测试系统，完善自控系统，建设设备移动系统，配备节能动力系统等一系列的基础设施改造，建成的以水污染防治生物处理技术验证评估为主的综合实验室。该实验室具有以下测试特点：1)温度条件可控，不受外部环境气温的影响；2)进水水质条件可控，不受外部环境气温的影响；3)可以全自动化运行，在线监测；4)获取高质量、可重复的实验验证数据，但测试成本较高。

该验证评估实验室主要由以下系统组成：

(1)风光互补的绿色污水提升动力系统

为减少动力消耗，污水提升泵采用了风光互补的发电装置作为驱动能源。该发电装置包括3 kW风力发电机、9块单晶硅光伏电池板、18块12V80AH蓄电池以及5 kVA离网型正弦波逆变器，可以实现对1.5 kW负载连续工作8 h的能源供应。

(2)水处理设备搬运系统

为了适应验证评估过程中水处理设备需要频繁更换搬运的要求，自主研发建造了长8 m，宽2.4 m，可载重30 t的设备搬运装置。该装置主体结构为钢结构，上铺5 mm厚花纹钢板，采用喷铝防腐技术，底部设置四组共八套钢芯加聚氨酯脚轮，五组丝杆支撑系统，手动葫芦牵引。

(3)多指标水质监测系统

为满足水处理工艺及其设备、材料、药剂的测试需要，配备可以实现40多项水质指标化验，同时进行多个工艺单元水质指标分析的采样化验系统。该系统包括离子色谱等多种常规水质分析仪器和DO、pH、水温等多种在线分析仪器，可以满足进行室内验证评估所需的测试指标要求。测试仪器均经过计量认证，测试程序和操作人员满足计量认证要求，测试所得数据真实有效。

(4)数据处理系统

为了对实验室测试结果进行快速处理，研发了实验数据计算机处理及数据库系统，为验证评估技术的信息管理、网上发布，技术升级以及产业化奠定了基础。该系统可以采集流量及水质参数信息，并进行分析处理，得出验证评估所需的一系列指标，为客观、公正的验证评估提供可靠依据。

(5)自控系统

为了保证评估工艺的稳定化运行，该实验室利用PLC实现了智能化控制的工艺操作监控系统，为确保验证条件的可比性及获取数据的可靠性创造了条件。该系统可以自动控制系统设备的启停、阀门的开启及流量的设定，远程监控设备运行状态，实现了评估系统稳定化运行。

(6)安全保障系统

污水处理过程中产生的有害气体(如CO、H2S、NH3和CH4等)，会对工作人员产生严重危害，对实验设备产生腐蚀及对实验室安全造成隐患，为此在实验室安装了有害气体探测与报警系统，该系统能够实时显示各监测点各种有害气体浓度数值并实现超标报警，为实现验证评估工作的安全运行提供了保障。

2 验证评估移动工作站

验证评估移动工作站主要适用于不可在室内进行的现场实际运行的水污染防治技术、设备、材料、药剂的效能实证评估。中国环境科学研究院通过多种技术集成，研发出的验证评估移动工作站具有以下四大用途：1)新工艺、新设备、新材料、新药剂的现场测试；2)突然性水污染事件的现场测试与评估；3)缺失数据的水处理工艺技术的现场测试与评估；4)企业生产过程排污系数测量。

该验证评估移动工作站具有可进行多点连续在线实际测试，信息获取量大，测试速度快，不受处理规模、装置大小以及现场条件的限制和评估成本较低的特点。验证评估的对象主要包括工业废水、生活污水等水处理工艺技术及其装置。

移动工作站内设置有实验舱及力能舱。实验舱按实验区、数据采集处理区、自控设备区、器皿清洗区、给排水区、温控区、器具储存区、样品储存区、药品储存区等分区设计。力能舱主要用于存放车载发电机、太阳能发电控制设备和空调压缩机及仪器存放柜等。

验证评估移动工作站与传统的环境监测车不同。验证评估移动工作站通过搭载的COD、总氮、总磷、氨氮、pH、DO、水温、ORP、电导率等在线分析仪器的技术集成，能够实现对生物处理技术工艺全过程，多种指标、多单元的全自动化样品采集及同步在线分析化验，还能实现样品的预处理、现场测试、数据处理、自动储存；通过搭载的便携式重金属测定仪、显微镜、紫外分光光度计、便携式BOD测定仪等仪器，可实现30多项水质指标和过程参数的现场测试。信息获取量大、数据可靠、同步性强。数据处理系统可以实现对测试数据及各种工艺参数、运行参数的综合处理，能对被验证技术得出客观、公正的效能评估结论。移动工作站内部左、右立面布置见图1和图2。

图1 移动工作站内部左立面布置Fig.1 The internal left elevation layout of movable workstation

图2 移动工作站内部右立面布置Fig.2 The internal right elevation layout of movable workstation

验证评估移动工作站由八个系统组成：

(1)现场多点自动连续采样及分析测试系统

验证评估移动工作站通过搭载的COD、总磷、总氮、氨氮等在线分析仪和通过PLC控制取样点处的潜污泵实现对现场不同处理单元的采样和在线监测，并将数据上传至监控主机存储供验证评估时使用。实现了样品采集、样品预处理、样品化验、数据处理、信息储存为一体的设备与计算机整体联结运行[10]。测试仪器均经过计量认证，测试程序和操作人员满足计量认证要求，测试所得数据真实有效。

(2)移动实验室系统

验证评估移动工作站通过搭载便携式重金属测定仪、显微镜、紫外分光光度计等多种仪器，可以实现各种常规水质指标、动植物油、重金属、微生物相等30多项水质指标和过程参数的现场测试分析。

(3)多方式电源供给系统

为了保障现场水质测试用电，该工作站采用了市电、太阳能供电、备用汽油机发电的多电源供给系统。在野外无电源保障的条件下，该工作站仍能正常运行。太阳能发电系统包括太阳能板、控制器、蓄电池和逆变器。采用工作站顶部安装双层太阳能支架，通过气缸驱动旋转到合适角度并实现双侧向外伸展，既节省了空间又保证了太阳能板照射面积。太阳能板将接收到的太阳能经控制器对蓄电池充电，然后经逆变器逆变成220 V交流电，再供给在线监测仪器使用[11]。

(4)安全保障系统

为了保障移动工作站内搭载的仪器设备在运输、使用过程中的安全，站内设置了多重安全保护措施，有设备减震系统、防腐蚀系统、防盗系统、防雷系统、防雨系统等。

工作站内对于搭载设备采用整车、柜体和储存舱三级减震方式，保证达到减震、缓冲、固定作用。搭载的精密仪器，采用了钢丝绳减震系统，在压力方向和拉力方向均可衰减振动，可以使仪器设备处于悬浮状态，防止损坏。对随带的器皿设计了器皿减震定制管理装置以进行保护。

为保证移动工作站的安全，还安装了视频监控系统、电子门锁系统及红外入侵防范报警装置。工作站顶部安装六只摄像头，实现移动工作站四周无死角的监控。系统带有自动录像功能，并配置2T的硬盘以存储至少1个月的监控影像资料。

工作站前后门内门安装电子门锁和红外入侵防范系统，最大可能防止野外现场验证测试时非法人员入侵的意外发生，保证工作站内部人员和仪器的安全，同时对测试现场周围的状况进行监督。

(5)信息显示系统

通过工作站中安装的内部显示屏和外部挂载的多个LED显示屏，可实时显示工作站内各设备运行状况、在线监测的数据及其处理结果。

(6)数据处理与存贮系统

移动工作站中在线分析仪器的分析数据传输到控制主机后，通过编程处理，可在显示控制画面上实时获取各测试点的检测结果及其实时曲线图，还可显示各工艺单元的处理效率、运行参数等信息，并能够实现异常指标报警功能。通过计算机系统对监测数据、影像照片及处理结果进行分析，实现数据的有序管理。

(7)通讯系统

移动工作站内配置了无线对讲机、功放机和无线麦克风，可实现验证现场2 km范围内4人同时通讯，及扩音讲解功能。

(8)工作环境保障系统

为了保障工作人员在移动工作站内长时间安全、健康工作，配置了空调系统、通风系统、洗涤系统、照明系统、办公台桌以及急救箱。

移动工作站内配有壁挂式空调1台，实验室专用通风橱1套，车顶装有DS290双向电动换气扇1套，可实现吸气、排气、站内空气循环、自然通风、风量调节等功能。配置有25 L不锈钢净水箱、30 L不锈钢污水箱、12 V直流车载静音水泵和实验水槽龙头、紧急洗眼器、试管冲刷器、电动排水阀等，为舱内提供足够的实验用水。配备2台50 L冰箱，以保证样品及时安全保存，防止样品变坏变质。加装小型爬梯1套，方便工作人员顶部检修。

验证评估移动工作站各种仪器设备可以在到达现场20 min内进入正常操作状态。配备四点支撑结构，可以满足长途运输、野外工作、实验分析测试操作的相关条件，可用于突发性水污染事件的现场应急测试。

3 技术支持文件

验证评估平台中的移动工作站和评估实验室是通过一整套技术支持文件中规定的操作规程、分析测试规程、数据处理规程和评估规程等管理运行。这些技术支持文件主要包括《水污染防治生物处理技术验证评估移动工作站建设技术规范》(简称《建设技术规范》)、《水污染防治生物处理技术验证评估移动工作站运行维护指南》(简称《运行维护指南》)、《水污染防治生物处理技术验证评估指标手册》(简称《指标手册》)和《水污染防治生物处理技术验证评估测试规程》(简称《测试规程》)。

《建设技术规范》从移动工作站的箱体选择出发，涵盖了移动工作站内部结构建造、墙壁保温、地面及墙面制造、实验台及储物柜建设、电气布置、上下水设计、采暖通风、仪器选型配置、安全保障系统以及调试验收运输存放要求等，为移动工作站的建设提供了技术标准，也为今后水污染防治验证评估移动工作站的推广制定了标准。

《运行维护指南》对移动工作站各系统的运行操作进行了详细规定，包括供配电、上下水、监控系统、通讯系统、太阳能发电系统以及在线监测系统、在线仪器的操作维护要求，使得操作运行人员更好地了解掌握整个工作站的结构和内部设施，更加有序地使用维护各种仪器设备。

《指标手册》对不同的水污染防治工艺技术评估指标分类、指标体系的构建、指标选择，数据处理做出了详细规定，适用于工业废水、城市污水、分散型生活污水、医院废水等的生物处理技术或以生物处理技术为主的水污染防治工艺技术的验证评估。

《测试规程》对水污染防治生物处理技术验证测试周期、采样频率、采样点设置、指标测试、数据采集及质量控制等做了原则性和通用性要求。适用于工业废水、城市污水、小型分散式生活污水处理装置、医院废水等的处理过程中生物处理技术或以生物处理技术为主的水污染防治工艺技术的验证测试和评估。

这些文件一起构成了水污染防治技术验证评估平台建设、运行及管理的技术支撑体系。

4 结语与展望

水污染防治技术验证评估平台是国家建设技术评估制度不可或缺的必要手段。我国依靠水专项推动，通过多项技术集成，自主研发的验证评估平台通过多个水污染防治新技术评估的现场应用，表明利用该平台可通过实际测试，快速得到真实的、准确的、能够全面反映污染防治工艺技术及其设备性能的科学数据，从而满足技术评估的需要，增强了我国现场技术测试的能力，提高了我国环境技术管理水平，填补了我国技术验证空白。

[1]US EPA. Environmental technology verification program[EBOL].[2010-12-05].http:www.epa.govetv.

[2]日本環境省.環境技術実証事業[EBOL].[2010-12-25].http:www.env.go.jppolicyetv.

[3]ETV Canada. Environmental technology verification program[EBOL].[2010-11-30]. http:www.etvcanada.caoverview.asp.

[4]王莹.美国环境技术认证(ETV)计划简介[J].中国人口·资源与环境,2001,11(3):121-122.

[5]王凯军.国外环境技术管理对我国的启示[J].环境保护,2007(8):32-36.

[6]US EPA Office of Research and Development.Environmental technology verification strategy, EPA600K-96003[R].Washington DC:US EPA,1997:1-14.

[7]US EPA Office of Research and Development.Environmental technology verification (ETV) quality management plan,EPA600R-08009[R].Washington DC:US EPA,2008:1-67.

[8]许春莲,宋乾武,王文君,等.日本净化槽技术管理体系经验及启示[J].中国给水排水,2008,24(14):1-4.

[9]许春莲,宋乾武,黄海明,等.我国环境技术验证(ETV)评估体系建设研究[J].环境工程技术学报,2011,1(5):396-402.

[10]刘明全,朱德胜,周家瑜,等.基于PLC和变频器的工业废水预处理系统自控系统[J].机电工程,2007,24(11):43-46.

[11]冯垛生,张淼,赵慧,等.太阳能发电技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2009:15-17.▷

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StudyontheConstructionofEnvironmentalTechnologyVerificationPlatforminChina

SONG Qian-wu, XU Chun-lian, ZHANG Wei, WANG Hong-yu, ZHAO Xiu-qin, WU Shao-wei

Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

The systematic framework, functions and application of environmental technology verification (ETV) platform were presented, which was the first one in China. Additionally, the innovation points and its characters of technologies integration in the process of the platform construction were described. Furthermore, the future application prospect of the platform in China was forecasted.

environmental technology verification; verification platform; technology assessment

1674-991X(2013)02-0174-05

2012-05-14

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07529-007)

宋乾武(1954—)，男，研究员，博士，主要从事水污染控制与治理工程技术、环境技术管理体系建设研究，songqianwu@vip.163.com

X32

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10.3969j.issn.1674-991X.2013.02.028