城镇污水处理厂运行风险评价体系的构建及应用

裘 湛

(上海城投污水处理有限公司，上海 201203)

风险评价是指在风险识别和估测的基础上，结合其他因素对风险发生的概率和损失程度进行全面考虑，评估发生风险的可能性及危害程度，并与公认的安全指标相比较，以衡量风险的程度，决定是否需要采取相应措施的过程。污水处理厂风险评价的目的是定量预测各风险源对产生风险的或然性并评估风险可接受程度的方法体系，是污水处理厂风险管理与决策的重要依据。由于城镇污水处理厂多采用生物处理工艺，外界干扰后恢复需要较长时间［1］。因此，风险评价尤其关注水质达标稳定运行问题，对该问题的风险评价有助于降低污水处理厂的超标率、运行风险和环境影响。本研究拟构建污水处理厂风险评价框架体系，并以上海市郊区两家大型污水处理厂为例进行运行风险分析，为污水处理厂的运行和水务管理决策提供科学参考。

1 风险分析方法体系

1．1 风险分析框架

环境风险通常指突发性事故对环境或健康的危害程度，用风险值R(危害/单位时间)表征。R定义为事故发生的概率P(事故/单位时间)与事故造成的环境或健康后果C(危害/事故)的乘积，公式如下所示。

风险评价包括风险识别、源项分析、后果分析和风险评价4个步骤。在风险识别后，通常采用预先设定的恰当的相对尺度(如1～5)建立信息或数据集，以便评估风险严重性和可能性。后果严重性反映了财产、人员或设施的受损程度，而可能性则代表风险事件的概率。该风险评价流程已被国内外研究人员广泛采用［2-5］，其最大的优点是使风险评价过程更具目标性且能处理某些难以用明确数值表述的项目，在面对不确定性问题时更易做出接近实际情况的决策［6］。

1．2 风险识别方法

风险识别即识别风险的存在并确定其性质的过程，污水处理厂风险识别的范围应包括设施风险识别和运行风险识别两部分。设施风险识别的对象主要包括污水和污泥处理的各类相关设施，运行风险识别则包括出水、恶臭气体、剩余污泥等。当然，除内部风险外，污水处理厂还面临包括进水水质水量、电力供应、药剂供给、污泥出路、自然灾害等外部风险。在风险识别的过程中，除了收集相关的运行管理、设施和周边环境资料外，还应收集国内外污水处理行业事故统计分析及典型案例资料，以筛选风险评价因子并确定潜在的风险单元和重大风险源。

1．3 风险源项分析方法

风险源项分析是风险评价的首要任务和基础工作，其分析的准确与否关系到风险评价的质量。为了将概率转化为权值0～5，风险事件可能性可采用概率值P可按下式计算。

其中ni—各级风险事件发生的次数;

m—统计样本总数。

利用该方法得到的P为连续性数据，有别于传统的风险分析中定义的离散数据集［7］。当然，采用该方法可对风险可能性定义为: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

后果分析是风险评价体系的关键环节。污水处理厂的风险事件可能带来的后果主要包括环境污染(污染风险)、社会影响(安全风险)和生命财产损失(设施运行风险)3方面。风险事件的后果分析主要是预测分析最大可信事故对环境或健康造成的危害和影响及影响范围和程度。

污水处理厂出水对应的风险事件主要是水质超标，可采用下式的标准指数表征。

其中Si—水质指标i的标准指数;

ci—指标i的浓度，mg/L;

csi—标准值，mg/L。

S≥1．0即为超标，S＜1．0则达标(见表1中的单向风险等级)。除了出水水质外，还应关注进水负荷波动带来的风险。进水负荷的波动涉及水质和水量，进水指标的标准指数中csi应为设计值。S过高会造成污水处理厂超负荷运行的风险。当然，对于某些风险事件，S＜1．0也存在一定的风险。例如进水有机物(即COD和BOD5)浓度过低可能造成脱氮除磷所需碳源不足。因此，在对进水指数等级划分时，除了考虑高浓度引起的冲击负荷外，还应考虑低水量、低浓度造成的负荷(碳源)不足(见表1中的双向风险等级)。表1中的等级划分阈值宜根据实际污水处理工艺进行调整，如污水处理厂设置初沉池能降低进水SS偏高的风险或污水处理系统分组设置亦可有效规避低进水量的风险。

表1 城镇污水处理厂风险事件后果等级划分表Tab．1 Grading of Risk Event Consequences of WWTPs

1．5 风险评价

风险评价是通过综合分析确定最大可信事故造成的受害点距源项的最大距离及危害程度，包括造成的环境损害、人员伤亡及经济损失等。风险评价的常用方法是综合考虑风险可能性和后果严重性建立矩阵测算风险值，然后进行风险分级［7，8］。污水处理厂风险评价可采用与国内四级响应机制类似的四色法，以区分风险等级并设定管理措施对应的阈值。按照风险值的高低，可将风险分为四级:Ⅰ级(极高风险，红色，R=17～25)、Ⅱ级(高风险，橙色，R=12～16)、Ⅲ级(中等风险，黄色，R=6～11)和Ⅳ级(低风险，蓝色，R=1～5)，具体如图1所示。

图1所示的风险评价矩阵和风险等级的划分可在风险评价的基础上为决策流程提供合适的框架，该方法同样适用于其他技术、管理和公共服务部门的风险评价和管理［9］。

图1 风险评价矩阵与控制曲线Fig．1 Risk Assessment Matrix and Control Curve

由图1可知落入高风险区内的风险是污水处理厂运行管理单位必须加强控制，并尽可能规避或转移的风险;落入常规风险区内的风险则需要在运行管理中控制与消减，并考虑在条件允许时通过合同或保险的方式转移;低风险区域内的风险因素，在实施相应的风险控制和消减后可考虑自留。风险控制曲线的位置与运行管理单位的风险容忍度和风险偏好相关，风险容忍度高且管理单位偏向冒险则其风险控制曲线将向右上方移动，反之则曲线会移向左下方。

2 城镇污水处理厂运行风险评价

基于上述划分规则，选取上海市郊区两家大型污水处理厂以2010年～2011年的月平均数据进行风险分析。污水处理厂A设计水量为13．8万m3/d，采用厌氧/缺氧/好氧工艺，于2008年5月通水运行。污水处理厂B设计水量为12万m3/d，采用氧化沟工艺，于2009年底通水运行。两家污水处理厂的设计进水和出水标准如表2所示。对两家污水处理厂风险分析后计算得到的风险值如表3所示。表3数据的风险分析曲线如图2所示。

表2 两家示例污水处理厂的进水和出水设计标准Tab．2 Design Criteria of Influent and Effluent from Two WWTPs

图2 污水处理厂风险分析曲线示例Fig．2 Risk Analysis Curves of Two WWTPs

由表3可知在污水处理厂A的风险事件中，“出水总磷(TP)超标”(R=7．92)、“进水TP超过设计值”(R=6．88)、“进水悬浮固体(SS)超过设计值”(R=6．04)和“进水 BOD5偏离设计值”(R=6．03)的风险值均高于5，位于Ⅲ级中风险黄色区。风险事件“进水COD偏离设计值”(R=4．58)、“进水氨氮(NH3-N)超过设计值”(R=1．25)、“进水总氮(TN)超过设计值”(R=1．25)和“出水TN超标”(R=0．83)的风险值均低于5，位于Ⅳ级低风险蓝色区。值得注意的是，污水处理厂A的中风险事件“出水TP超标”和高风险事件“出水TN超标”全部集中于2010年1月～8月，这可能与其一期和二期升级改造工程有关，2011年9月后其标准指数均低于1。因此，污水处理厂A所面临的主要风险是进水水质波动，且现有处理工艺很好地控制了进水水质波动对出水的影响。

由表3可知在污水处理厂B的风险事件中，“进水 BOD5偏离设计值”(R=13．75)和“进水COD偏离设计值”(R=11．88)位于图1的Ⅱ级高风险橙色区，其他3个事件“进水TP超过设计值”(R=2．17)、“出水 TP 超标”(R=1．45)、“进水 SS超过设计值”(R=0．42)的风险值均低于5，位于Ⅳ级低风险蓝色区。从事件的关联性来看，污水处理厂B的高风险事件“进水BOD5偏离设计值”和“进水COD偏离设计值”主要表现为进水BOD5和COD低于设计值，它们与低风险事件“进水TP超过设计值”共同作用的结果很容易导致“出水TP超标”。基于上述风险分析，污水处理厂B面临的主要风险同样是进水水质波动，特别进水碳源不足的问题。

表3 两家污水处理厂的风险分析数据表Tab．3 Risk Analysis of Two WWTPs

3 结论与建议

通过采用恰当的相对尺度对风险的可能性和严重性分级，采用四色法进行风险值等级划分，建立了城镇污水处理厂的风险评价体系。城镇污水处理厂风险评价框架的建立能够有效地为运行管理决策流程提供科学依据。对上海市郊区两家大型城镇污水处理厂的风险分析后，发现进水水质波动是其面临的共同风险，也是造成污水处理厂出水水质超标的重要原因。

［1］周振，胡大龙，吴志超，等．基于数学模型的多模式AAO系统运行优化研究［J］．中国环境科学，2014，34(7):1622-1628．

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［3］USDA．Risk Assessment Methodology［M］．Washington，2003．

［4］Ellis J B，Revitt D M，Scholes L．A risk assessment approach for prioritising storm water control strategies［C］．1st European IAHR Congress，2010．

［5］王彪，李田．排水管道风险分析初探［J］．给水排水，2007，23(10):1-4．

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［7］潘崇伦，周振，高芳琴，等．城市水环境设施风险评价方法初探［J］．建设科技，2012，11(10):78-80．

［8］DETR，EA，IEH．Guidelines for Environmental Risk Assessment and Management［M］．UK:Defra，2000．

［9］Ellis J B，Scholes L，Revitt D M．Guidelines for the completion of a risk assessment and risk rating procedure［C］．EU，2007．