构建城市(半)开放式智能水再生公园系统

2020-02-10辛怀达金川集团公司镍冶炼厂

节能与环保 2020年11期

文_辛怀达金川集团公司镍冶炼厂

我国城市化发展的过程亟需考虑城市生态环境的建设，不仅有利于人与自然的和谐共处，更有利于提高人们的生活品质。《水污染防治行动计划》（简称“水十条”），要求污水处理着力于治理劣五类水及更差水体，确保饮水安全主要针对饮用水水源地等水质较好水体，保证水质不下降、不退化。本文在对城镇污水处理厂进行设计的过程中，引入了城市社区公园的建设，并将物联网技术与污水处理厂的运行紧密结合，提出了城市（半）开放式智能水再生公园系统。

1 设计理念

厂区建筑物进行绿色建筑设计，降低能耗。尽量将污水处理构筑物建于地下，便于处理臭气和降噪，地面种植绿色植物。将污水处理厂建成一个（半）开放式的公园；增加人工生态绿地，进一步降解污染物，同时可作为城市公园使用，出水可回收利用。由于该污水处理厂不会影响周围环境，可将污水处理厂建于城市近郊，可省去铺设长距离污水管道的投资。虽是污水处理厂，但也是城市公园，污水处理厂附近的地价将不降反升。

运用物联网技术能实现污水处理厂的“智慧生产”。设备及仪表的管理及维护工作通过物联网与专业的外包服务单位相连通，在污水到达厂区时，智能控制系统会结合工艺特点，会自动选择最优的全过程控制方案，以达到最佳的能耗、物耗方案，以及达到最高效的资源再生产能力。

2 城市(半)开放式智能水再生公园系统

2.1 总体设计

根据污水处理厂“布局合理、功能分区、流程有序、预留发展、减少土地征用” 的平面布置原则，根据厂址的地形，地貌，道路等自然条件，考虑进出水走向，风向等因素，按功能将处理厂划分为污水处理区、人工生态湿地区、污泥处理处置区生产管理区，各区之间以绿化带隔离。

水处理中心位于城市（半）开放式智能水再生公园系统西北侧，拟在厂区的西北侧和东北侧分别设置水处理中心主入口和次入口；人工生态湿地公园位于该城市（半）开放式智能水再生公园系统东南侧，包括人工湿地、运动区、展览厅等区域，拟在公园西南侧和南侧分别设置公园主入口和次入口；污泥堆肥中心位于城市（半）开放式智能水再生公园系统东侧，为圆形半地下建筑，主要用于水处理中心剩余污泥及部分城镇垃圾的好氧发酵堆肥处置，拟在堆肥中心东侧设置堆肥中心入口。污水由厂区西北角进入，进厂污水经过泵站提升后，经细格栅后进入沉砂池，然后重力顺流至改良型A/A/O氧化沟及二沉池，经紫外消毒后尾水进入人工生态湿地公园。

2.2 厂前区

厂前区的主要建筑物有综合用房及污水净化展览厅等。方案综合用房位于水处理中心及人工生态湿地的交界区，既方便对水处理中心的运行管理，同时由于其靠近人工湿地公园，能给工作人员创造一个良好的工作环境。

此外，由于国内外对于水处理中心的管理体制限制了游客不能随意进入厂区进行参观游览，方案提出设置污水净化展览厅，其通过物联网技术，设置人性化的无线语音、视频、投影等形式对水处理中心的功能、工艺过程、工艺单元进行介绍和展示，通过互动进行一些企业宣传和知识普及。

2.3 污水污泥处理区

污水处理区包括预处理、生物处理两部分，预处理构筑物包括粗细格栅间、进水泵房、沉砂池；生物处理区包括改良型A/A/O氧化沟、二沉池。预处理区位于水处理中心西北部，生物反应区位于厂区中西部，污水流程自西向东，没有曲折迂回，水力流程顺畅。

污泥处理区与污水处理区相邻，位于该城市（半）开放式智能水再生公园系统东北部，紧靠生物处理区域，便于将来集中收集污泥，污泥管道连接方便。污泥浓缩脱水机房靠近运泥饼车库，便于污泥运输。污泥堆肥中心位于污泥浓缩脱水机房东南侧，靠近浓缩脱水机房，便于污泥的处置。

2.4 堆肥中心

污泥填埋是目前污泥处置的主要方式之一，但随之产生的污染也是不容忽视的。方案考虑到堆肥的生态效益、环境效益、经济效益和社会效益，采用生态景观设计理念，提出设置堆肥中心。顶层按照生态植物园的设计理念进行植物配置，力求打造一个集观赏性、功能性、生态性为一体的现代化污泥堆肥中心，因此将处理构筑物设置于地下，其除能消纳水处理中心产生的全部剩余污泥外，同时还能消纳部分其它污水处理厂剩余污泥及城镇生活垃圾，能给堆肥中心创造一定的收益。

2.5 人工湿地生态公园

人工湿地生态公园位于城市（半）开放智能水再生公园系统东南部，分为生态湿地区域、滨水游憩区、体育运动休闲区、生态景观观赏区及污水净化展览区。整个设计充分利用原有地形，有效减少了工程量。平面布局形态自然，线势优美。此外，由于人工湿地公园内地形起伏较大，塑造景观地貌所需的土方量小。人工湿地生态公园内的部分水面及滨水走廊等根据不同的景观要求。灵活应用抛石护岸、植物、自然式草坡护岸等形式组合。此外，通过沿岸木栈道、深入水面的挑台、下沉式台阶提升市民的亲水性。

3 基于物联网的污水处理厂系统设计

3.1 系统总体设计

本系统基于物联网相关理念和架构进行设计，总体按照物联网架构理论上分为三个层次，从下到上，依次是感知层、网络层和应用层。

感知层：包括所有监测点所需要的专业监测设备，数字电表、数字水表、流量计、重金属离子传感器以及各种气体所用到的专业传感器。感知层要求传感器及其接口设备具有高速、数字化、高精度等特征。

网络层：包括所有可用于数据传输的网络，3G网络、GPRS网络、WiFi网络及工业以太网将用于将感知层的数据接人后端的应用层。传输层上实现物理链路的互通性，交互协议的稳定性，数据传输的实时性、安全性将成为该层的主要特征。

应用层：主要通过大脑中枢的算法完成对采集到的各类传感器数据进行快速处理、系统化分析、直观化展示以及海量存储等功能。从而实现动态监测和预警，预防各类事故的发生，提高应急事件处理效率。及时发现问题、处理问题和解决问题。

3.2 物联网在污水处理厂中的应用效益

3.2.1 建立污水处理厂新的管理模式

在新的发展形势下，污水处理厂要改革传统的管理模式，才能不断发展。运用物联网构建新的管理模式对大型的污水处理厂来说优势明显，可改变污水处理厂各自孤立的运营状况，将不同的位置的厂区联系起来，使单个的处理厂变成一个生产车间进行集中化的生产运行，实现了生产信息的自由流动和信息共享。同时，污水处理厂的设备及仪表的管理及维护方式都将从“被动的事后维护”转变为“主动的事前维护保养”，这些工作都可通过物联网与专业的外包服务单位相连通，基本不需要污水处理厂的人员参与。

3.2.2 提高污水处理厂专业化水平

物联网系统的最大作用就是把分散部分的集中到一个系统内部，方便进行管理。智能控制系统的大脑的特点是分布式，即负责生产过程控制的控制器都分布于靠近设备和仪表的底层。上层的大脑则是放置在“云端”，与城市的管网以及其它污水处理厂互联互通，可以完成更大范围的智能调度。

3.2.3 降低污水处理厂生产成本

通过物联网的运用，实行自动化的管理，减少了值班人员数量，增强了设备维护队伍的机动性，设备保养也得到了加强，降低了污水处理厂的生产成本。