我國驗證評估平臺建設研究

宋乾武,許春蓮,張偉,王紅雨,趙秀芹,武少偉

中國環境科學研究院，北京 100012

我國驗證評估平臺建設研究

宋乾武,許春蓮,張偉,王紅雨,趙秀芹,武少偉

中國環境科學研究院，北京 100012

介紹了我國第一個環境技術驗證評估(ETV)平臺的系統架構、功能及其用途；描述了該平臺建設過程中技術集成創新點及其特點，展望了該平臺在我國未來的應用前景。

環境技術驗證；驗證評估平臺；技術評估

環境技術驗證評估是20世紀90年代以來在美國、加拿大、日本、韓國等國家先后創建并實施的新型環境技術評估制度[1-3]。該制度的核心是通過一定的程序和方法，由第三方驗證機構對創新環境技術進行以試驗測試為基礎的驗證，供技術的潛在使用者在進行決策時參考。由于這種評估可以客觀、高質量的提供技術數據，可以科學、公正、可靠地反映新技術的真實性能，提高技術的可信度，因此在項目立項、融資、擴大市場方面得到了廣泛的認可，有效推動了創新技術的市場化進程[4-5]。為了實現驗證評估，美國建立了國家實驗室或者中心，對被驗證的技術或者設備材料進行實驗室測試[6-7]；日本建立了凈化槽性能評價實驗室，使得凈化槽技術得以順利推廣并健康發展[8]；加拿大則是利用社會上具有資質的測試和驗證機構對技術或者設備材料進行驗證[2]。

針對我國環境技術評估體制中存在的問題，結合我國環保市場對創新環境技術的迫切需求，充分借鑒國外的成功經驗，大力推廣環境技術驗證評估制度是我國提高環境技術管理水平的必由之路。為此，在國家水體污染控制與治理科技重大專項(簡稱水專項)中，水污染防治技術評估研究項目被列為重要研究內容之一。本研究是在水專項的支持下，在系統地研究驗證評價制度在我國發展的模式、制度體系、推廣機制、管理程序基礎上，開展的我國水污染防治技術驗證評估平臺的建設研究，以期為我國推廣水污染防治技術評估制度奠定基礎[9]。

鑒于我國開展環境技術驗證評估(ETV)和最佳可行技術(BAT)評估遇到的數據缺失、信息虛假的現狀，為了通過實際測試，快速得到真實、準確，能夠全面反映污染防治工藝技術及其設備性能的科學數據，從而滿足技術評估的需要，研發水污染防治技術驗證評估平臺是各國建設技術評估制度不可或缺的必須手段。由于生物處理技術在我國的水污染控制與治理工程中廣泛應用，因此在“十一五”開展的水專項研究中，將水污染防治生物處理技術驗證評估平臺建設研究作為優先研究的重要內容，在充分吸收國外經驗的基礎上，針對生物處理技術工藝的特點，通過多項技術集成，建成了具有自主知識產權的驗證評估平臺。該驗證評估平臺主要由驗證評估實驗室、驗證評估移動工作站和相配套的技術支持文件組成。

1 驗證評估實驗室

驗證評估實驗室主要用于可在室內進行的驗證評估：1)處理規模較小的水處理工藝系統的評估；2)水處理過程中的單元設備效能技術評估；3)水處理過程中材料(如生物填料等)的性能評估；4)水處理藥劑的效能評估。

中國環境科學研究院驗證評估實驗室是在原有的凈化槽性能評價實驗室的基礎上，通過更新化驗設備，改造測試系統，完善自控系統，建設設備移動系統，配備節能動力系統等一系列的基礎設施改造，建成的以水污染防治生物處理技術驗證評估為主的綜合實驗室。該實驗室具有以下測試特點：1)溫度條件可控，不受外部環境氣溫的影響；2)進水水質條件可控，不受外部環境氣溫的影響；3)可以全自動化運行，在線監測；4)獲取高質量、可重復的實驗驗證數據，但測試成本較高。

該驗證評估實驗室主要由以下系統組成：

(1)風光互補的綠色污水提升動力系統

為減少動力消耗，污水提升泵采用了風光互補的發電裝置作為驅動能源。該發電裝置包括3 kW風力發電機、9塊單晶硅光伏電池板、18塊12V80AH蓄電池以及5 kVA離網型正弦波逆變器，可以實現對1.5 kW負載連續工作8 h的能源供應。

(2)水處理設備搬運系統

為了適應驗證評估過程中水處理設備需要頻繁更換搬運的要求，自主研發建造了長8 m，寬2.4 m，可載重30 t的設備搬運裝置。該裝置主體結構為鋼結構，上鋪5 mm厚花紋鋼板，采用噴鋁防腐技術，底部設置四組共八套鋼芯加聚氨酯腳輪，五組絲桿支撐系統，手動葫蘆牽引。

(3)多指標水質監測系統

為滿足水處理工藝及其設備、材料、藥劑的測試需要，配備可以實現40多項水質指標化驗，同時進行多個工藝單元水質指標分析的采樣化驗系統。該系統包括離子色譜等多種常規水質分析儀器和DO、pH、水溫等多種在線分析儀器，可以滿足進行室內驗證評估所需的測試指標要求。測試儀器均經過計量認證，測試程序和操作人員滿足計量認證要求，測試所得數據真實有效。

(4)數據處理系統

為了對實驗室測試結果進行快速處理，研發了實驗數據計算機處理及數據庫系統，為驗證評估技術的信息管理、網上發布，技術升級以及產業化奠定了基礎。該系統可以采集流量及水質參數信息，并進行分析處理，得出驗證評估所需的一系列指標，為客觀、公正的驗證評估提供可靠依據。

(5)自控系統

為了保證評估工藝的穩定化運行，該實驗室利用PLC實現了智能化控制的工藝操作監控系統，為確保驗證條件的可比性及獲取數據的可靠性創造了條件。該系統可以自動控制系統設備的啟停、閥門的開啟及流量的設定，遠程監控設備運行狀態，實現了評估系統穩定化運行。

(6)安全保障系統

污水處理過程中產生的有害氣體(如CO、H2S、NH3和CH4等)，會對工作人員產生嚴重危害，對實驗設備產生腐蝕及對實驗室安全造成隱患，為此在實驗室安裝了有害氣體探測與報警系統，該系統能夠實時顯示各監測點各種有害氣體濃度數值并實現超標報警，為實現驗證評估工作的安全運行提供了保障。

2 驗證評估移動工作站

驗證評估移動工作站主要適用于不可在室內進行的現場實際運行的水污染防治技術、設備、材料、藥劑的效能實證評估。中國環境科學研究院通過多種技術集成，研發出的驗證評估移動工作站具有以下四大用途：1)新工藝、新設備、新材料、新藥劑的現場測試；2)突然性水污染事件的現場測試與評估；3)缺失數據的水處理工藝技術的現場測試與評估；4)企業生產過程排污系數測量。

該驗證評估移動工作站具有可進行多點連續在線實際測試，信息獲取量大，測試速度快，不受處理規模、裝置大小以及現場條件的限制和評估成本較低的特點。驗證評估的對象主要包括工業廢水、生活污水等水處理工藝技術及其裝置。

移動工作站內設置有實驗艙及力能艙。實驗艙按實驗區、數據采集處理區、自控設備區、器皿清洗區、給排水區、溫控區、器具儲存區、樣品儲存區、藥品儲存區等分區設計。力能艙主要用于存放車載發電機、太陽能發電控制設備和空調壓縮機及儀器存放柜等。

驗證評估移動工作站與傳統的環境監測車不同。驗證評估移動工作站通過搭載的COD、總氮、總磷、氨氮、pH、DO、水溫、ORP、電導率等在線分析儀器的技術集成，能夠實現對生物處理技術工藝全過程，多種指標、多單元的全自動化樣品采集及同步在線分析化驗，還能實現樣品的預處理、現場測試、數據處理、自動儲存；通過搭載的便攜式重金屬測定儀、顯微鏡、紫外分光光度計、便攜式BOD測定儀等儀器，可實現30多項水質指標和過程參數的現場測試。信息獲取量大、數據可靠、同步性強。數據處理系統可以實現對測試數據及各種工藝參數、運行參數的綜合處理，能對被驗證技術得出客觀、公正的效能評估結論。移動工作站內部左、右立面布置見圖1和圖2。

圖1 移動工作站內部左立面布置Fig.1 The internal left elevation layout of movable workstation

圖2 移動工作站內部右立面布置Fig.2 The internal right elevation layout of movable workstation

驗證評估移動工作站由八個系統組成：

(1)現場多點自動連續采樣及分析測試系統

驗證評估移動工作站通過搭載的COD、總磷、總氮、氨氮等在線分析儀和通過PLC控制取樣點處的潛污泵實現對現場不同處理單元的采樣和在線監測，并將數據上傳至監控主機存儲供驗證評估時使用。實現了樣品采集、樣品預處理、樣品化驗、數據處理、信息儲存為一體的設備與計算機整體聯結運行[10]。測試儀器均經過計量認證，測試程序和操作人員滿足計量認證要求，測試所得數據真實有效。

(2)移動實驗室系統

驗證評估移動工作站通過搭載便攜式重金屬測定儀、顯微鏡、紫外分光光度計等多種儀器，可以實現各種常規水質指標、動植物油、重金屬、微生物相等30多項水質指標和過程參數的現場測試分析。

(3)多方式電源供給系統

為了保障現場水質測試用電，該工作站采用了市電、太陽能供電、備用汽油機發電的多電源供給系統。在野外無電源保障的條件下，該工作站仍能正常運行。太陽能發電系統包括太陽能板、控制器、蓄電池和逆變器。采用工作站頂部安裝雙層太陽能支架，通過氣缸驅動旋轉到合適角度并實現雙側向外伸展，既節省了空間又保證了太陽能板照射面積。太陽能板將接收到的太陽能經控制器對蓄電池充電，然后經逆變器逆變成220 V交流電，再供給在線監測儀器使用[11]。

(4)安全保障系統

為了保障移動工作站內搭載的儀器設備在運輸、使用過程中的安全，站內設置了多重安全保護措施，有設備減震系統、防腐蝕系統、防盜系統、防雷系統、防雨系統等。

工作站內對于搭載設備采用整車、柜體和儲存艙三級減震方式，保證達到減震、緩沖、固定作用。搭載的精密儀器，采用了鋼絲繩減震系統，在壓力方向和拉力方向均可衰減振動，可以使儀器設備處于懸浮狀態，防止損壞。對隨帶的器皿設計了器皿減震定制管理裝置以進行保護。

為保證移動工作站的安全，還安裝了視頻監控系統、電子門鎖系統及紅外入侵防范報警裝置。工作站頂部安裝六只攝像頭，實現移動工作站四周無死角的監控。系統帶有自動錄像功能，并配置2T的硬盤以存儲至少1個月的監控影像資料。

工作站前后門內門安裝電子門鎖和紅外入侵防范系統，最大可能防止野外現場驗證測試時非法人員入侵的意外發生，保證工作站內部人員和儀器的安全，同時對測試現場周圍的狀況進行監督。

(5)信息顯示系統

通過工作站中安裝的內部顯示屏和外部掛載的多個LED顯示屏，可實時顯示工作站內各設備運行狀況、在線監測的數據及其處理結果。

(6)數據處理與存貯系統

移動工作站中在線分析儀器的分析數據傳輸到控制主機后，通過編程處理，可在顯示控制畫面上實時獲取各測試點的檢測結果及其實時曲線圖，還可顯示各工藝單元的處理效率、運行參數等信息，并能夠實現異常指標報警功能。通過計算機系統對監測數據、影像照片及處理結果進行分析，實現數據的有序管理。

(7)通訊系統

移動工作站內配置了無線對講機、功放機和無線麥克風，可實現驗證現場2 km范圍內4人同時通訊，及擴音講解功能。

(8)工作環境保障系統

為了保障工作人員在移動工作站內長時間安全、健康工作，配置了空調系統、通風系統、洗滌系統、照明系統、辦公臺桌以及急救箱。

移動工作站內配有壁掛式空調1臺，實驗室專用通風櫥1套，車頂裝有DS290雙向電動換氣扇1套，可實現吸氣、排氣、站內空氣循環、自然通風、風量調節等功能。配置有25 L不銹鋼凈水箱、30 L不銹鋼污水箱、12 V直流車載靜音水泵和實驗水槽龍頭、緊急洗眼器、試管沖刷器、電動排水閥等，為艙內提供足夠的實驗用水。配備2臺50 L冰箱，以保證樣品及時安全保存，防止樣品變壞變質。加裝小型爬梯1套，方便工作人員頂部檢修。

驗證評估移動工作站各種儀器設備可以在到達現場20 min內進入正常操作狀態。配備四點支撐結構，可以滿足長途運輸、野外工作、實驗分析測試操作的相關條件，可用于突發性水污染事件的現場應急測試。

3 技術支持文件

驗證評估平臺中的移動工作站和評估實驗室是通過一整套技術支持文件中規定的操作規程、分析測試規程、數據處理規程和評估規程等管理運行。這些技術支持文件主要包括《水污染防治生物處理技術驗證評估移動工作站建設技術規范》(簡稱《建設技術規范》)、《水污染防治生物處理技術驗證評估移動工作站運行維護指南》(簡稱《運行維護指南》)、《水污染防治生物處理技術驗證評估指標手冊》(簡稱《指標手冊》)和《水污染防治生物處理技術驗證評估測試規程》(簡稱《測試規程》)。

《建設技術規范》從移動工作站的箱體選擇出發，涵蓋了移動工作站內部結構建造、墻壁保溫、地面及墻面制造、實驗臺及儲物柜建設、電氣布置、上下水設計、采暖通風、儀器選型配置、安全保障系統以及調試驗收運輸存放要求等，為移動工作站的建設提供了技術標準，也為今后水污染防治驗證評估移動工作站的推廣制定了標準。

《運行維護指南》對移動工作站各系統的運行操作進行了詳細規定，包括供配電、上下水、監控系統、通訊系統、太陽能發電系統以及在線監測系統、在線儀器的操作維護要求，使得操作運行人員更好地了解掌握整個工作站的結構和內部設施，更加有序地使用維護各種儀器設備。

《指標手冊》對不同的水污染防治工藝技術評估指標分類、指標體系的構建、指標選擇，數據處理做出了詳細規定，適用于工業廢水、城市污水、分散型生活污水、醫院廢水等的生物處理技術或以生物處理技術為主的水污染防治工藝技術的驗證評估。

《測試規程》對水污染防治生物處理技術驗證測試周期、采樣頻率、采樣點設置、指標測試、數據采集及質量控制等做了原則性和通用性要求。適用于工業廢水、城市污水、小型分散式生活污水處理裝置、醫院廢水等的處理過程中生物處理技術或以生物處理技術為主的水污染防治工藝技術的驗證測試和評估。

這些文件一起構成了水污染防治技術驗證評估平臺建設、運行及管理的技術支撐體系。

4 結語與展望

水污染防治技術驗證評估平臺是國家建設技術評估制度不可或缺的必要手段。我國依靠水專項推動，通過多項技術集成，自主研發的驗證評估平臺通過多個水污染防治新技術評估的現場應用，表明利用該平臺可通過實際測試，快速得到真實的、準確的、能夠全面反映污染防治工藝技術及其設備性能的科學數據，從而滿足技術評估的需要，增強了我國現場技術測試的能力，提高了我國環境技術管理水平，填補了我國技術驗證空白。

[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]王瑩.美國環境技術認證(ETV)計劃簡介[J].中國人口·資源與環境,2001,11(3):121-122.

[5]王凱軍.國外環境技術管理對我國的啟示[J].環境保護,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]許春蓮,宋乾武,王文君,等.日本凈化槽技術管理體系經驗及啟示[J].中國給水排水,2008,24(14):1-4.

[9]許春蓮,宋乾武,黃海明,等.我國環境技術驗證(ETV)評估體系建設研究[J].環境工程技術學報,2011,1(5):396-402.

[10]劉明全,朱德勝,周家瑜,等.基于PLC和變頻器的工業廢水預處理系統自控系統[J].機電工程,2007,24(11):43-46.

[11]馮垛生,張淼,趙慧,等.太陽能發電技術與應用[M].北京:人民郵電出版社,2009:15-17.?

《環境工程技術學報》征稿啟事

《環境工程技術學報》是中華人民共和國環境保護部主管、中國環境科學研究院主辦，面向國內外公開發行的環境工程技術領域綜合性科技期刊。

本刊的主要欄目有：水污染控制技術與資源化利用，大氣污染控制技術與清潔能源的利用，土壤污染防治與農村環境綜合整治技術，固體廢物污染防治與資源化技術，生物、生態工程與恢復技術，基于循環經濟的污染綜合防治技術，輻射與振動污染防治技術，其他環境系統工程與管理技術(包括環境信息集成技術、監測與監控技術、區域環境整治及城市污染綜合治理示范性工程技術等)方面的研究新成果論文、環境工程新技術推廣應用案例；環保產業政策與管理，行業動態，熱點論壇，研究簡報，學術活動信息等。

為了將《環境工程技術學報》辦成匯集環保工程技術創新、環保工程技術新成果及推廣應用、環保產業政策、行業動態、專家言論于一體的我國環保工程技術領域的高端精品刊物，《環境工程技術學報》堅持全心全意依靠本學科專家辦刊，聘請來自國內外著名研究機構和高等院校的知名專家學者組成編委會。在編委會的領導下，形成以編委、學科帶頭人和著名專家教授為核心的約稿、初篩選、評審、定稿、審讀的“專家系統”及規范化的稿件深加工系統，形成高效規范化運作機制。

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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

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2009ZX07529-007)

宋乾武(1954—)，男，研究員，博士，主要從事水污染控制與治理工程技術、環境技術管理體系建設研究，songqianwu@vip.163.com

X32

A

10.3969j.issn.1674-991X.2013.02.028