互联网时代的数字排水模式

沈 军，孙英俊

（上海金山枫泾水质净化有限公司，上海 201501）

金山枫泾污水厂于2004年9月竣工并投入运行，一期设计规模1．4万t／d。污水处理工艺采用2000型卡鲁塞尔氧化沟，出水水质执行的是国家标准一级B排放标准。二期工程于2013年6月8日开工建设，建设后总处理规模2．8万t／d，出水水质执行一级A标准。企业在运行管理过程中，离不开信息化建设在运行管理所起的巨大作用。

1 WaterPro运行管理系统

为突破传统污水处理厂的管理模式，顺应行业发展要求，提高污水处理运行管理水平，枫泾污水厂从2009年起根据自身发展要求和实际情况启用WaterPro运行管理系统，根据五年多的运行实践经验，该系统在实时数据传输管理、资料管理、资产设备管理、工作流管理等方面作用显著，为企业的运行发展提供了帮助。借助软件管理平台旨在帮助解决企业多年运行以来几大运行管理瓶颈问题：（1）信息化建设比较薄弱，几年的运行管理积累了大量运行数据，但各种运行信息基本都停留在纸面，无法充分利用起来，从而影响企业的运行效率。（2）设备资产环节缺乏科学的管理，维修工作任务之间相互孤立，维护保养不及时，易造成设备资料和历史记录追溯困难。（3）原有运行监测系统主要为中控室工艺管理人员设计，其它人员无法远程监控，突发情况反应滞后，易造成信息阻塞和“孤岛”现象。（4）公司坚持每年正向积累的发展理念，迫切需要突破传统管理上的瓶颈，进一步提升管理手段，将管理目标从保证安全、正常运行向提高运行效率、降本增效、优化流程的目标迈进。

1.1 建立固化流程应用平台，规范工作程序

（1）通过消息中心和自动化工作流驱动日常事务。将日常工作如维修工单填写、工作联系单流转、合同档案审批等日常工作流程固化到系统中，员工只需在电脑上填写有关表单，系统就会按照定义好的流程自动流转，下一级审批者将会收到相关资料，并可以根据需要修改、管理、等，提高了工作效率。

（2）规范班组工作程序。系统通过采用科学的管理思想，集水样采集管理、化验任务分配、数据的处理、传输、发布、报表管理等功能于一体，其事先可预置的标准计算公式，实现了数据自动化计算，另外还具有仪器设备档案和强检管理以及人员考核管理和记录等功能，组成了一套完整的化验室工作程序，将员工从繁杂的日常工作中解放出来，专心处理核心业务，节省了人工成本和办公用品的消耗，并减少了化验过程中分析数据的差错率。

图1 化验室工作程序Fig．1 Laboratory Work Program

1.2 发挥管控一体化作用，降本增效

（1）实现管控一体化管理。WaterPro系统将工艺运行和设备状态的现场数据集中管理，其运行监视功能与中控室原有的WinCC监视画面实现了对接，将企业的生产运行情况、设备运行状态相结合，将自控运行监视集成到管理者桌面，使公司管理人员可以在办公室使用PC就可察看运行环节的实时运行状况而不需要安装复杂的组态软件，如果需要还可支持跨地域运行监视，实现了污水处理的全过程控制（见图2）。

（2）及时调节工艺，降本增效。实际生产过程中对主要参数如COD、NH3-N、含氧量、水量等关键进出水水质参数进行实时监控，参照各参数运行曲线及时对运转过程中出现的各种异常情况做出工艺调整，如根据溶解氧浓度的高低情况调整曝气机的工作频率来达到降低能耗的目的。此外，还能通过实时监测数据曲线与历史数据的环比、同比功能，及早制定下阶段运行计划和应急预案，改变了过去反应滞后、处理过程效率低下问题，实现安全运行、达标排放（见图3）。

1.3 提升设备资产管理，提高设备完好率

立足以业务流程为中心，以闭环管理为目的，引入了动态的设备设施档案管理机制，对生产设备和行政设备进行分类管理,以设备一生为研究对象，实现设备全寿命周期管理，从设备的入库、使用到闲置、废弃，为每个生产设备都建立了档案信息，做到：（1）电子化的设备档案，全面反映设备综合信息。（2）建立规范的设备资产台账，满足公司对污水厂、泵站资产管理的较高要求。（3）准确记录设备维修履历和历史状态，实现设备动态管理。（4）通过资产处置流程，对资产实行全生命周期监管。相比过去，设备设施管理不再是简单的设备档案的静态记录，而是动态的设备设施管理，全面提升设备管理水平。

图2 实时运行状态监视图Fig．2 Operation State Monitoring Chart

图3 运行数据曲线Fig.3 Curve of Operation Date

图4 设备档案信息Fig.4 Equipment Archives Information

WaterPro管理系统的应用是在传统管理模式上的一次求新求变和大胆尝试，目的是“以需求为导向，以应用为核心，从流程中抓效率，从管理中出效益”。实现了企业规范化、精细化管理和降本增效，提升了管理和服务水平。

2 污水管网数字化管理系统

管网管理模块是在运行管理系统的基础上，增加了纳管企业的污水采样数据和检测报告管理，扩展管线设备以及其他相关设备的GIS管理功能，实现可视化的编辑管线设备的地理信息，然后通过Google Earth展示管线设备和业务数据。同时在Google Earth的展示系统中和WaterPro运行管理系统进行交互，在Google Earth中可视化的选择设备后，修改设备的业务数据和执行相关的业务操作。

本系统的具体功能如下：

2.1 纳管企业管理

GIS展示子系统中根据企业的地理位置在地图上显示各纳管企业的分布。在地图上可以非常直观地查看纳管企业的分布、企业的基本信息、污水采样记录以及相应的检测结果。

图5 排水单位信息Fig.5 Information of Drainage Unit

2.2 采样数据管理

在系统中详细记录采样单位、采样时间、采样次数、采样外观、预处理情况、分析项目等信息，生成污水采样记录及污水采样单。根据历次检测记录中的各种水质参数，显示数值参数的变化曲线图。水质曲线显示如下图所示：

图6 采样数据管理Fig.6 Sampling Data Management

2.3 污水厂3D模型展示

建立枫泾污水厂的三维模型，通过系统将三维模型叠加到Google Earth中显示，能直观了解污水厂的构筑物分布，污水处理流程等基本信息，如图7所示。

2.4 路径漫游，设备、管网查找定位

漫游浏览枫泾地区的纳管企业、污水井、管网、道路的分布情况，根据设备的类别、雨污水管网的区域将相应的设备和管网分为不同的图层，并分类显示，如图8所示。

图7 污水厂3D模型展示Fig.7 3D Model Display of WWTP

图8 地图漫游Fig.8 Map Guide

2.5 工单管理

系统对涉及污水管网管理的各方面工作内容都有详细的记录管理，使工作内容留有记录，方便查找。主要设有管道清通养护工单、管网巡查问题记录、采样单等。其中巡查记录等还可实现导航，可快速定位事发区域及了解相关情况。

图9 工单管理Fig.9 Work Order Management

2.6 管网设备设施管理

系统采用先进GIS技术、数据库技术结合测绘信息对枫泾地区的54条管线、1500座污水井/检查井进行集中管理，每座井都标明了所属管线、编码、类型、材质等信息，并实现导航定位，管理人员只需在左侧树形界面选择并点击要查找的设施，即可实现查询。今后，如遇到污水堵塞等突发事件，所在区域的管线、污水井等信息可以很快调出，大大缩短了事故排除时间。

图10 管网设备设施管理Fig.10 Equipment and Facilities Management

2.7 海量数据管理

借助GIS技术与专业的分析模型，管网信息数字化管理平台可对管网的网络拓扑结构随时查看管道纵断图、横断图。帮助管理者快速了解相关区域地下管道的上下游连接关系与分布情况，从而大大提高排水管理部门对海量排水管网资产信息的管理能力，有效维护与共享排水管网资产数据。满足区域发展和排水系统现代化运营管理的需要。

3 ProSee工艺仿真系统

目前，污水厂日均处理污水1.48万m3／d，已经超负荷运行。同时，由于枫泾酒厂废水预处理系统运行不稳定，以及进水水量、水质的动态性和时变性，以及温度变化等外界环境因素，影响企业的稳定运行。为解决这些问题，公司投入使用污水处理工艺仿真系统，在现有工艺的基础上，深入研究进水条件、工艺控制参数和系统运行效果三者之间的关系，进而调整工艺控制参数，优化工艺运行，以应对进水负荷的动态波动及温度的季节性。

3.1 工艺仿真功能

ProSee软件可根据污水厂的工艺流程、构筑物尺寸、进水状况等信息定制反映该厂真实状况的模型，所有反映污水厂运行状况的信息均以交互界面上输入参数的形式供用户设置。

图11 仿真数据录入界面Fig.11 Input Interface of Simulation Data

3.2 能耗仿真功能

ProSee工艺仿真软件除了能实现出水水质和评价指标等表征运行状况的仿真功能外，还可以实现能耗仿真的功能，模拟出不同运行条件下的能耗情况，（见图 12）。

ProSee的能耗仿真功能可以提供仿真时间内全厂的电耗量、日均耗电量、处理单方水或单位当量COD的耗电量，并能以饼图的形式直观地展示各类耗能设备在总能耗中所占的比重。

3.3 工艺优化与控制

面对各种外界环境因素变化带来的冲击，ProSee可以在不同的运行参数下进行仿真，省时省力地确定工艺优化方案，保证出水达标和实现节能降耗，（见图 13）。

3.4 职工培训

职工利用软件对不同运行情况进行运行模拟，预测运行效果，为公司应对多变的进水特性、负荷等运行条件，制定应急预案具有积极的意义

综上所述，ProSee工艺仿真软件能还原污水厂的真实运行状况，并为污水厂的工艺优化提供方案选择，实现出水达标排放和节能降耗的统一。

图12 能耗仿真Fig．12 Simulation of Energy Consumption

图13 仿真结果对比Fig．13 Comparison of Simulation Results

4 手持终端管理系统

系统将管理功能扩展到移动设备，如平板电脑、智能手机上，支持远程监控和移动生产管理，显著提高运行管理的效率。成为全市污水处理企业首家应用DE智能移动终端高科技对污水处理进行管理的单位如图14所示。

4.1 运行监视功能

由于原先的运行管理软件只能在公司内部服务器上运行，当管理人员不在厂区，或者在出差期间，通常无法获得现场的实时运行情况，无法高效地指挥调度。该软件支持远程监控和移动生产管理，突破了地域的限制，允许工作人员在任何时间、地点都能够登录该移动端系统进行工作处理，有力地提高了各级部门和管理人员的工作和运行管理的效率。

图14 系统登录界面Fig．14 Login Interface

4.2 三维互动功能

厂区现共设立3个无线信号发射点，实现Wi-Fi全覆盖，可实现实时的移动定位，随时采集工作人员周边设备概况和运行数据，大大提高了巡检效率。

4.3 设备故障报告功能

在巡检过程中，如遇设备运行异常等情况，可及时拍照并生成工单上传服务器进行工单流转，做到抢维修及时，保证了运行的安全稳定，（见图15）。

图15 巡检设备故障报告Fig．15 Fault Reporting

5 电能管理系统

电能无疑是污水处理厂第一大能耗。我们在厂内配电网络的枢纽点和主要用电设备上（共30个点）安装电能监测仪等采集装置，应用智能电网和物联网技术，并通过中国电能服务网电能管理公共服务平台，实现“安全、可靠、经济、高效、洁净”的用电目标和电能管电“四化”（见图16）：

（1）实现电能管理可视化。将电、电能这一无形的成本通过传感技术实现可视化管理，让我们看到电能的运动、质量、消耗、浪费（待机、线路损耗等）及危险（设备用电指标异常、设备发热）。

图16 电能管理系统主界面Fig．16 Interface of System

（2）实现电能管理数字化。将用电、管电、节电用数字进行量化。电能数字化包括：电量、电能质量、电能运行指标、产品单耗、用电异常和故障发生率。

（3）实现电能管理专业化。借外力，使公司拥有象电网公司一样的管电团队、管电技术、管电装备。

（4）实现电能管理网络化。只要在互联网到达的地方就能管理电能，让你有一双“千里眼”，即管电能又管生产，让用电安全隐患及时把控，让用电成本核算信手拈来，让用电轨迹跟踪易如翻掌。

6 结论

由于连续数年在信息化基础设施和系统建设方面的持续投入，信息化建设在枫泾污水厂已具备良好的基础，涵盖了生产运行的各个方面。希望通过在建立新一代信息化核心平台的基础上，实现企业管理和业务信息的规范化、集成化、流程化，从而进一步整合公司资源，为企业的各类经营决策提供强有力的数据支持。今后的工作重点将逐步转向对已有系统进行集成、整合、深化和提升，让信息化发挥更大的效益。

［1］ 韩东华,杨红娟．IT与企业管理创新[J]．中国管理信息化，2008,11（2）．

［2］ 季伟．供水管网信息化建设及其技术难点探讨[J]．净水技术,2011,30(5)：93-97．