以大数据驱动的污泥协同处置管理创新路径

张琴，任晓宇

（1.国能龙源环保有限公司，北京 100039；2.国家能源低阶煤综合利用研发中心，北京 100039）

我国资源禀赋的特点是富煤、贫油、少气，2020 年全国能源消费总量49.8 亿t 标准煤，煤炭消费占能源消费总量的比重为56.8%[1]。化石燃料能源生产消费相关的碳排放是我国碳排放的重要来源，煤炭生产消费的碳排放占我国碳排放的70%～80%[2]。燃煤电厂作为煤炭消费主要用户，占我国煤炭消耗总量的63.2%。2020 年9 月，我国首次向世界提出了“2030 年碳达峰，2060 年碳中和”宣言。在“双碳”的目标约束下，我国燃煤电厂如何实现“碳达峰、碳中和”成为行业绿色低碳发展亟待解决的问题。与此同时，我国城市清洁煤炭供热供电需求及污泥固废无害化焚烧处理需求与供应存在严重不匹配。因此燃煤电站急需引入“生态共享型能源环保服务平台”理念，迈进“煤电3.0”时代，助力“无废城市”建设。

在这种时代背景下，燃煤电站协同处置污泥项目市场逐步扩大，这也对燃煤电站协同处置污泥项目精细化、高质量运营管理提出了新的要求。目前，有部分研究着眼于数字化、智慧化技术在固废监管上的应用[3，4]，但针对污泥经营管理比较缺乏。文中通过分析单个燃煤电站协同处置污泥项目的经营过程，站在污泥处置单位的角度，提出基于大数据的污泥协同处置项目管理创新增效路径。实现污泥协同处置项目运营数字化管理：一是规范化管理泥源，提高污泥项目运行的稳定性；二是加快数据统计，提高经营管理效率；三是污泥流向可追溯、可查询，降低环保风险；四是统筹多个项目管理，优化经营决策。

1 数字化技术在污泥处置领域应用现状

目前，我国生态环境部已经建立全国固体废物管理信息系统，各省级行政区也逐步建立了多个固体废物、危险废物相关的信息系统与管理平台，实现了信息收集、统计、审批等功能[5，6]。但数据获取的自动化程度不高，且大多只能做到数据的收集，难以挖掘有价值的数据进而优化固废的处理路径，甚至还有很多固废转运过程都还是以纸质联单作为转运记录。文中聚焦的污泥为一般性固废，转运及处置均属于政府管控的范畴，且环保督察组已数次点名污泥违法倾倒及处置问题。但目前尚未有针对污泥处置领域的数字化技术研究。

2 污泥协同处置项目管理工作的难点

污泥全生命周期转移及处理过程主要包括以下参与方：污泥产废单位、污泥运输单位、污泥处置单位、干化污泥外售单位。污泥产废单位可以是污水处理厂，也可以是印染厂、造纸厂等企业。污泥从产废单位由运输单位运到污泥处置单位，过程中将产生转运三联单，明确记录污泥的流向。污泥产废单位与污泥处置单位签订合同，会对到厂污泥进行重量、含水率检测，并考虑对干化冷凝水的处理及燃煤电站锅炉的影响，会抽检总氮、重金属等关键影响参数，污泥产废企业支付污泥处置费用，处置企业承担检测费用。具体见污泥全生命周期转移流程图（图1）。

图1 污泥全生命周期转移流程图

燃煤电站协同处置污泥项目经营模式与燃煤电站综合能源供应项目经营模式不太相同，综合能源供应项目以外供为主，输送载体通常为电缆（供电）、工艺管道（蒸汽、压缩空气等），综合能源主要参数简单且运输过程无环境风险。燃煤电站协同处置污泥项目的主要营业收入来源于产废单位的污泥处置费，污泥具有来源广泛、成分复杂、泥质不稳定等特点，含水率与处置价格正相关，总氮含量超标直接影响干化后废水处理过程，将对项目长期稳定运行产生直接影响；且污泥多采用车辆运输，其转运过程也是监管重点之一。

目前，依托“无废城市”建设，很多城市逐步完善固废信息交换网络体系，实现固废安全有序的网络化信息交换，但污泥项目智慧化欠缺。主要体现在如下方面：政府对污泥的处置全过程实施监管,建立了三联单制度，目前三联单均为纸质，不仅保存困难，更重要的是三联单丢失会带来监管风险；各个项目数据相对独立，没有关联，不利于大数据分析；泥样检测随机性强，平均化，没有检测重点；每个项目公司可能与十几家产泥企业签订合同，合同数量庞大，泥源复杂，而且结算还要与每批次的污泥入场检验结果相关联，所以计算条件复杂，结算效率低；无法预测泥量需求，对污泥产能缺乏计划性；污泥处置子分公司各自为战，没有进行区域联动，污泥协同处置项目带有很强的区域性，对于泥源的分配、停机时污泥的协同处置以及处置成本的考量等，如果没有区域联动，统一协调调配，将很难发挥区域优势；项目分布广，没有总体统筹，缺少项目间对标。

3 解决思路

3.1 设置三级管控平台

针对子分公司污泥处置项目分布在全国各地的情况，可采用分布和集中相结合的数据库管理方式，分别设置子分公司污泥管控系统、区域污泥管控系统、污泥总体管控管理平台三级，如图2 所示。在子分公司污泥管控系统应用数据采集、功能模块跟部分数据分析模块。所有的数据最终集中于中央污泥管控管理平台，在区域内规模最大的污泥项目上建设区域污泥管控系统，用于存放当地固体废物管理数据，并负责将数据通过数据交换通道上传到污泥总体管控管理平台。

图2 三级管控平台层次图

3.2 污泥管控平台结构

搭建基于大数据的污泥智慧化管控平台，主要包括数据采集层、功能模块层以及数据分析层。数据采集，即采用定位、智能卡、移动终端和大数据平台实现污泥转运过程的信息录入，完成各子系统的数据采集，如图3 所示。功能模块层主要分为以下几个模块：协同方管理模块、产泥企业评价模块、收运管理模块、lims系统模块、污泥结算模块、预测及预警模块、报表台账管理模块、区域管理模块以及中央管理模块。每级平台有相应的管理权限，其中子分公司级管控平台包含7 个功能模块，区域级管控平台包含8 个功能模块，中央级管控平台包含9 个功能模块。最为核心的是产泥企业评价模块、收运管理模块和污泥结算管理模块。上述模块均通过统一数据访问层访问地理信息数据库、污泥管控数据等基础数据库。由于污泥处置过程同时也是政府监管的对象，平台在设计和实施的过程中考虑受监管数据与其他政府机构的交互。各项数据进行录入和管理，降低生产过程中的工作量，为客户节约更多时间，保障系统数据安全，进而实现污泥智能化便捷管理。

图3 污泥管控平台结构图

3.2.1 协同方管理模块

包括产废单位、运输单位、处置单位、销售单位等相关方信息管理。覆盖污泥生产、运输、处置、销售等业务领域，形成闭环管理。对于产废单位，主要信息包括公司名称、地址、主要业务内容、污泥产量及主要成分、污泥历史处置价格、历史结算付款情况等；对于运输单位，包括公司名称、主要运输路线、运力及每公里运费等；对于处置单位,包括公司名称、地址、污泥处置工艺路线及规模、运行裕量等；对于销售单位，包括公司名称、购买能力、购买价格、送货点等。协同方管理模块具备查询和分析功能，进行大数据统计、分析，优化经营决策，打破企业间信息壁垒，实现生态链上下游连通，轻松管理企业核心资源。例如，根据地理位置信息自动生成分布图，并根据泥源种类、成分、含水率、处置价格、运输距离及运费等内容，多维度考量，自动匹配最优合作伙伴。

3.2.2 产泥企业评价模块

一企一档，建立健全企业多维评价指标体系，筛选重点指标进行权重分析，包括企业本身经营情况及污泥相关参数（泥量、泥质、泥价），逐项量化评分后加权得到综合分，动态评价，对应列表分为优先推荐名单、可合作名单及黑名单三档。

3.2.3 收运管理模块

包括污泥入厂管理、转运联单管理以及运输全过程管理，流程更规范，协作更高效。

3.2.3.1 污泥入厂管理

根据产泥企业评价确定可入厂产泥企业名单，依据入厂泥质检测结果确定重点抽检对象，逐步降低抽检。

3.2.3.2 转运联单管理

新建电子污泥转移联单，自动获取相关数据，减少人员录入，避免出现不必要的错误，并接入当地固废管理平台。

3.2.3.3 收运计划管理

简单清晰安排收运，跟踪收运情况，提高收运效率。接收到产废企业收运申请后根据公司生产计划以及存储情况制定相关计划。

3.2.3.4 车辆管理

方便快捷安排收运行程，便于管理车队信息功能；结合GIS 地图功能与空间分析技术，对车辆轨迹实时跟踪管理及可视化监控，将运输信息与业务管理相关联，强化运输过程中的安全监管。通过派车单、计划收运管理、手机APP 等，实现提前安排，提高收运效率，预防事故，应急处理，为区域泥源调动、路线优化奠定基础。

3.2.4 lims 系统模块

实验室管理包括实验数据管理，样品管理、实验仪器管理、实验试剂全方位管控。全方位管控实验室工作，实现样品溯源，有效提高实验室工作效率。与此同时，实验结果与产泥企业评价、污泥结算管理模块以及预测及预警系统联动，提升管控效率。

3.2.5 污泥结算管理模块

污泥处置价格通常与含水率有关，结算系统与污泥入厂检测结果及处置合同相关联，实现每车污泥实时自动计价和计量，并按合同约定的结算方式结算。

3.2.6 预测及预警系统模块

调取历史数据生成趋势曲线，当数据偏离合理曲线变化规律时，产生预警；并通过历年污泥处置外销量对供给方产泥量和外售方需求量进行智能预测。

3.2.7 报表台账管理模块

利用BI 可视化技术实现图表分析手段，对污泥处置企业的经营数据等进行分析，输出定制化各类报表，为企业决策提供强大数据支撑。

3.2.8 区域管理模块

针对区域内多个污泥处置企业对应多个产废单位的情况，进行统一调度管理，实现区域联动。例如，某个区域有多个污泥处置企业，每个企业每吨污泥的处置成本不尽相同，可以通过区域管控，按处置成本分配处置量，达到区域利润最大化。

3.2.9 中央管理模块

仅中央管控平台对中央管理模块具备访问、查询和分析权限，实现项目及区域总体统筹，对共性问题进行总结；可通过对类似项目经营状况的对标分析，不断改善经营短板，实现集团污泥协同处置板块的利益最大化。

在未来还要进行上下游产业链的延伸，平台的构想不仅仅着眼于解决当前的问题，未来考虑搭建类似滴滴网约车平台一样的服务，产废单位、消纳单位通过APP 分别填报供货、消纳需求，当供给侧与需求侧相匹配时，通过计算最优运输路线，进行运输派单等。在模块的上层设置数据分析功能，进一步通过对污泥管控管理平台的数据进行分析，为污泥泥源管控奠定基础，辅助生产经营决策，既保证污泥处置和综合利用，又可以保证区域项目总经济效益最大化。通过历年污泥处置、外销量的数据分析，从而实现对供给方产泥量、外售方需求量进行智能预测；通过对泥质参数进行分析，确定污泥产废企业黑名单，确保不符合国家标准及合同要求的污泥不进厂，并逐渐由平均化抽检改为重点抽检，降低抽检成本；通过对多家子分公司的经营情况进行对标，可以进一步改善整体经营状况；通过对污泥运输路线及费用进行分析，确定最佳运输路线。

4 结语

大型燃煤电厂在承担发电等能源供应功能的同时，可兼顾处置城市所产生的生活污泥、药渣、油泥、生活垃圾等各类固废，通过在电厂设置不同的处置设施，可以充分利用燃煤电厂在水、电、汽、气等能源供应及高温燃烧和超低排放既有设施，且由于火电厂的高可靠性和连续稳定运行特点，可以达到城市固废的长期稳定低成本处置，将火电厂打造为较为通用的固废处置平台，为多元固废的减量化、稳定化、无害化以及资源化利用提供基础绿色环保服务，向社会提供洁净电力，并打通循环经济链条。搭建基于大数据的污泥智慧化管控平台有利于真实提高经营效率，实现片区污泥协同处置总收益最大化，同时有利于打造燃煤电站协同处置污泥行业标杆，提高规范化固废环境管理水平，发挥减污降碳协同增效效应，助力“无废城市”建设。