基于数据库规则的农村生活污水水质监测智能管理系统的设计

2020-01-14蒋增辉

净水技术 2020年1期

蒋增辉

(上海泓源建筑工程科技股份有限公司，上海 201707)

农村生活污水主要包括黑水(人类粪尿和冲洗水)、洗浴水、洗衣废水和灰水(厨房废水)，是影响农村生态环境质量的主要污染物之一，已经严重制约我国农村人居环境的改善[1]。为此，生态环境部和住建部于2018年9月29日联合发布了《关于加快制定地方农村生活污水处理排放标准的通知》，要求各省(区、市)结合农村生活污水处理规模和水环境现状等实际情况，合理制定地方排放标准，并明确了监测、实施与监督等要求[2]。目前，北京、上海、宁夏、山西、河北、浙江、福建、重庆、陕西、成都等地已先后制定了农村生活污水处理排放地方标准，为促进农村生活污水处理设施提标改造和提升污染排放水质达标率提供了量化依据。

为了进一步实施乡村振兴战略，加强农村生态文明建设，2019年7月3日，中央农办、农业农村部、生态环境部、住房城乡建设部、水利部、科技部、国家发展改革委、财政部和银保监会9个部门联合印发了《关于推进农村生活污水治理的指导意见》，要求扎实推进农村生活污水治理8个方面重点任务，其中第一项任务就是全面摸清现状[3]。全面摸清现状既包括摸清农村生活污水处理设施站点(简称 “农污站点”)位置、数量、布局和工艺的现状，也包括摸清农村人口数量、用水习惯、排水特点的现状，还包括摸清农污站点进出水水质、污染物去除率、水环境生态容量的现状。因此，全面摸清现状不仅是完成其他7项任务的基础，也是建立农村生活污水长效治理机制的支撑，其重要性不言而喻。然而，全面摸清现状在实施中却有很大的难度，全国农污站点数量庞大，仅浙江省，截至2018年6月底就有48 968个[4]，由于农污站点点多分散，巡检工作量大，传统的运行监管方式低效且费用较高[5]，亟需通过规范化、信息化和智能化手段，加速提高监管质量和治理效率。

农村生活污水治理的核心目标是水质达标，在实施过程中，全面摸清现状应紧紧围绕水质达标这一主线，从农村生活污水水质监测切入，可以通过建立农村生活污水水质监测智能管理系统，将静态资料和动态信息集成、更新、统计和展示，为农污站点的精细化管理、污水处理工艺优选和出水水质评价插上信息化的翅膀。

对农村生活污水水质监测现状分析后认为(表1)，目前普遍存在农污站点代码混乱、采样位置不明确固定、采样编号随意简单、现场记录不便和统计溯源工作量大等问题。通常的解决方法仍然存在很多不足，亟需开发专业的农村生活污水水质监测智能管理系统。通过制定农污站点编码规则，使站点编码规范化；通过梳理静态数据和动态信息的关系，使数据库规则和结构合理化；通过制定采样编号规则，使采样溯源便捷化；通过构建各功能模块，使应用场景多样化；根据应用效果和用户体验的反馈，不断优化完善和迭代，提高系统的稳定性、实用性和智能性。

表1 农村生活污水水质监测现状问题分析Tab.1 Analysis of Existing Problems of Water Quality Monitoring for Rural Domestic Sewage

1 农污站点编码规则

数字化是信息社会的技术基础，参考相关标准[6-8]，兼顾权威性、规范性、唯一性、普遍性和实用性原则，在摸清农污站点现状的实践过程中，提出一套适用于全国的农污站点编码规则，并以此建立农村生活污水水质监测智能管理系统的数据库规则和内核。

1.1 农污站点代码结构

农污站点代码采用组合编码方式，由县级码、村级码和顺序码3部分组成，其代码结构如图1所示，手机端设计效果如图2所示。

图1 农污站点代码结构Fig.1 Code Structure of Rural Domestic Sewage Treatment Facilities

图2 农污站点代码设计效果Fig.2 Design Effect of Codes for Rural Domestic Sewage Treatment Facilities

县级码采用6位阿拉伯数字，表示我国县及县以上行政区划，按层次依次为我国各省(自治区、直辖市、特别行政区)、市(地区、自治州、盟)、县(自治县、市、市辖区、旗、自治旗)的代码[9]。例如：上海市青浦区的县级码为310118，江苏省南京市溧水县的县级码为320124，内蒙古自治区锡林郭勒盟正蓝旗的县级码为152530。县级码可以在国家政府网站(http://bmfw.www.gov.cn/mzbqgxzqhxxcx/index.html)或国家民政部网站(http://xzqh.mca.gov.cn/map)查询，也可下载“全国行政区划信息查询平台”APP查询。

村级码采用6位阿拉伯数字，前3位表示我国县以下行政区划代码。其中，001～099表示街道(地区)，100～199表示镇(民族镇)、200～399表示乡、民族乡、苏木[10]。村级码后3位为顺序码，表示村级行政区划的顺序号。例如：上海市青浦区重固镇重固居委会的村级码为109001，江苏省溧水县永阳镇秋湖村委会的村级码为100207，内蒙古自治区锡林郭勒盟正蓝旗那日图苏木乡巴彦门德嘎查村的村级码为201201。县级码和村级码可以在中国区划地区代码大全网站(http://www.diqudaima.com/)、行政区划代码网站(http://www.syx7.com/)和便民查询网站(https://xingzhengquhua.51240.com/)查询。

顺序码采用3位阿拉伯数字，表示村(或同级)行政区划中农污站点的顺序号。

1.2 农污站点代码的调整

在城镇化推进过程中，农村生活环境和基础设施得到不断改善，农村人口生活质量不断提高，伴随的是乡村数量逐步减少，城镇街道数量逐步增加。由表2可知：2013年—2017年，我国乡和民族乡数量逐年减少，平均年增幅为-5.17%和-1.23%；相反地，我国镇和街道数量逐年增加，平均年增幅为1.22%和2.16%[11]。

在行政区划调整后，民政部门对行政区划代码作相应调整，由于采用了弃用不占用的原则，调整不会造成行政区划代码重复现象。相应地，当农污站点所对应的行政区划调整时，农污站点代码也应作相应调整。为了保障农污站点相关数据的关联一致，农村生活污水水质监测智能管理系统中应实现农污站点新、旧代码的自动关联，保障数据库规则的统一性和农污站点代码的唯一性。

2 农污采样编号规则

为了保障水质检测工作的公正性，并对样品信息保密，实验室通常采用“盲样流转”的方式给样品编号。其中，采样编号为现场采集样品时对样品的过程性编号，通常比较简单，有时仅用采样顺序号表示。样品到达实验室后，一般由样品管理员分配样品编号(最终编号)，此样品编号用于检验/检测流转和出具报告，因此相对复杂，实验室质量体系文件会对其作明确规定。

表2 我国乡级行政区划变化Tab.2 Changes of Administrative Division of Township in China

在进行农村生活污水水质监测时，野外采集、点多路远、外观相似、多组并行等因素常常导致样品漏采、错采或采重。在充分考虑规范性和实用性的基础上，提出一套适用于实验室精细化管理的采样编号规则，并将其作为农村生活污水水质监测智能管理系统的数据库规则之一。

农污采样编号采用组合编号方式，由区域号、日期号、顺序号、人员号和位置号这5部分组成，其编号结构如图3所示，手机端设计效果如图4所示。

图3 农污采样编号结构Fig.3 Structure of Sampling Codes for Rural Domestic Sewage

图4 农污采样编号设计Fig.4 Design of Sampling Codes for Rural Domestic Sewage

区域号由2～4位字母组成，表示区、县或镇级行政区划名称的汉语拼音缩写，便于区分和记忆。例如：上海市嘉定区可以使用JD，江苏省南京市溧水县可以使用NJLS。

日期号由6位阿拉伯数字组成，表示年、月、日，便于对采样日期溯源。

顺序号由2位阿拉伯数字组成，表示每组采样人员采集样品的先后顺序。

人员号由1～2位字母组成，采样人员较少且固定时可只使用1位字母，实验室对每位采样人员确定字母代号，便于辨别和溯源。

位置号为1位阿拉伯数字，1表示进水位置，2表示出水位置，3～9预留给农污站点中的其他位置(可设置在污水处理工艺的各处理单元，便于分析和研究处理效果)。在实际采样时，当遇到农污站点被占用、被锁、被损坏、被掩埋、被废弃等无法采样或无水(水很少)而不具备采样条件时，在记录好农污站点运行情况后，建议对本次采样分配一个空样，在采样编号最后增加字母n以示区分，便于统计。

例如：JD19010901A2n表示2019年1月9日A采样员对上海市嘉定区农污站点的采样，第1个样品为该农污站点的出水，无法采样或无水，为空样；MH19011201B2表示2019年1月12日B采样员对上海市闵行区农污站点的采样，第1个样品为该农污站点的出水，有水，为正常样品。

3 农村生活污水水质监测智能管理系统设计

农村生活污水水质监测智能管理系统主要由农污站点数据库和农村生活污水水质监测数据库组成(图5)，通过手机端+电脑端应用，可实现静态动态信息更新、数据批量导入导出、天气位置自动识别、农污站点定位导航、数据照片现场上传、信息查询统计分析、水质结果智能分析评价、应用效果综合展示等功能。农污站点数据库与农村生活污水水质监测数据库既相对独立，又互有交集。进行水质监测时，需使用农污站点数据库各模块的静态信息，而现场巡查、采样和水质检测结果也会成为评价和更新静态信息的数据来源，两个数据库之间的交互作用推进了全面摸清现状的动态过程。

图5 农村生活污水水质监测智能管理系统功能结构Fig.5 Functional Structure of Intelligent Management System Water Quality Monitoring for Rural Domestic Sewage

全国各地农村生活污水治理水平差距很大，各地的污水排放标准要求不同，因此，农村生活污水水质监测智能管理系统更适合建立在各省级层面，并通过设置不同权限(如系统管理员、资料员、养护员、采样员、检测员等)和安全登陆方式(人脸扫描+密码、微信绑定等)，结合主流应用软件(百度地图、高德地图、墨迹天气、水印相机等)，提升该系统的规范性、兼容性、保密性和智能性。

3.1 农污站点数据库

设计以农污站点编码规则为农污站点数据库的规则和内核，通过“全、新、快”的功能特点，体现农村生活污水水质监测智能管理系统的优越性。全，即信息完整，包含基础信息模块(农污站点代码、站点名称、行政区划、GPS信息、处理户数、服务人口、是否水源地范围等)，工程信息模块(工程建设年份、建设单位、设计单位、施工单位、监理单位、管理单位、养护单位、负责人、联系人、联系方式等)，工艺信息模块(工艺设计图纸、设施各单元现场照片、铭牌照片、工艺流程图、应急处理措施、设计水量、设备情况、设计处理率、受体水体等)和水质信息模块(排放标准和要求、自检频率、监督频率、主要超标指标、水质检测单位、历年水质检测结果、水质评价报告等)。新，即及时更新，指农污站点数据库的使用者(农污站点资料员、养护员、采样员、检测员等)不断完善和更新(分权限、经审核)数据库数据。快，即便捷性，体现在信息的快速交换、数据结果的智能展示和系统迭代的及时优化。

3.2 农村生活污水水质监测数据库

农村生活污水水质监测数据库包含现场采样模块(图6)和水质信息模块。

现场采样模块主要通过手机端实现，功能为导航、自动关联、自动获取、查询、浏览、录入、标注和上传等。现场采样模块中，农污站点名称和农污站点代码与农污站点数据库自动关联显示；GPS信息、天气、气温等环境数据为自动获取；设施情况、水色、嗅味、是否有水、是否在水源地等常规信息为下拉菜单点选；照片(农污站点外观照片、农污站点铭牌照片、采样动作照片和水样含采样编号照片等)为现场拍摄上传，照片说明可点选标注。上述现场采样记录中，仅水温需要手动输入，大大提高了工作效率，降低了出错率。

图6 现场采样模块功能设计Fig.6 Functional Design of Sampling Module

农村生活污水水质监测数据库中的水质信息模块与农污站点数据库共享，对于已经建立LIMS系统的实验室，可以将实验室LMIS系统与水质信息模块直接对接，使数据链充分关联。由于各地农村生活污水处理排放标准中的水质指标相对简单(以上海市为例，水质指标仅8项，分别为pH、化学需氧量、悬浮物、氨氮、总氮、总磷、阴离子表面活性剂和动植物油[12])，对于尚未建立LIMS系统的实验室，可以直接在水质信息模块中进行水质检测结果的录入、校核、审核、统计和评价，实现类似实验室LIMS系统的功能效果。

3.3 功能和信息综合展示

目前，除了各级环保督察外，针对农村生活污水的水质监测工作还有各地方政府、水务部门、建设单位、管理养护单位和科研机构等单位，农村生活污水水质监测智能管理系统可根据上述单位的需求一对一地定制水质报告、数据报表、分析评价报告和模板，实现各应用场景的功能演示和综合效果展示(图7)。

4 结语

全面摸清农村生活污水的治理现状是一项艰巨的任务，针对农村生活污水水质监测智能管理系统的设计、开发、应用和完善，可全面提升农村生活污水管理工作的质量和效率，为编制农村治理规划、优化处理设施工艺、推进技术标准制定、建立长效管理机制、开展农村厕所革命、消除农村黑臭水体、实现农业农村水资源良性循环提供有力支撑。