小型污水处理厂智慧平台的建设

杨 曦

（中海油节能环保服务有限公司，天津 300450）

随着国内中小型污水处理厂发展成熟和环保政策持续收紧，传统污水处理厂的运营管理模式已无法满足现代污水处理厂高效率、精确化、智能化的运行要求。小型污水处理厂实施智慧平台系统的建设越来越受到关注，同时这也是国家推行“智慧环保”实现环保产业智慧化、智能化、数字化转型升级的内在需求和必然趋势。智慧平台系统属于“新基建”，在2018年中央经济工作会议上首次提出，后又被列入《2019年国务院政府工作报告》。它是结合了新一轮科技改革和产业革命特征，面向国家和企业科技创新需要而发展起 来的。

智慧化运维是确保污水处理厂科学、高效、安全运行的关键措施，智慧污水处理厂平台建设融合了日常运维信息和多元化数据流，使管理决策更加规范[1]。智慧污水处理厂是运用工业通讯、云计算、大数据等新一代信息技术，实现污水处理设施数字化、信息可视化、控制智能化，在线监测实时化、调度科学化，促进污水处理规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式。

1 项目描述

项目所在污水处理厂设计处理能力1 800m3/d，污水处理工艺为A2/O+砂滤+UF/RO深度处理工艺，为港区配套污水处理环保设施，主要接收和处理港区产生的生活污水和少量工业污水，生产系统主要分为污水生化处理系统、污泥处置系统、臭气处理系统和深度处理系统，深度处理后的出水达到回用水水质标准，回用水进行综合利用。通过对自控系统与智能化管理平台的融合升级，包括：网络拓扑规划及安装调试，中控系统重新组态，整合监控及巡检功能等优化内容，进入模块化智能管理平台。实现现场生产数据、视频实时监控和设备的全生命周期管理，重要生产数据开发关系型数据库本地存储，并提供报表、3D模型展示等功能，具体实现以下工程要求：

1）通过统一的数据采集、筛选及处理标准，实现污水处理厂设备管理的全生命周期流程，包括设备预警、设备寿命管理，建立从上至下的水务标准化、规范化运营管理，达到各层级管理的无差异化。

2）整体生产系统具备工艺实时监控、设备管理、设备报 警、自动报表系统、自动加药系统的信息化管理。

3）建立在标准化运营及信息化管理的基础上，提高运营管理质量，通过能源成本有效监控和设施设备的科学维护，实现精准运维。

2 智慧平台实现的总体框架

智慧水务平台集成的污水处理厂运营过程所需的模块化子系统较多。有基于自动化系统的生产监控与数据管理系统，也有基于流程管理的运营和设备管理系统[2]。智慧平台建设是由各功能模块构成主体框架的平台系统，主要模块各自独立运行，考虑到长远规划，采用稳定的、扩展性强的模块来构建智慧水务管理平台。通过模块化组件单独开发并作为软件单元使用，同时采用服务器和瘦客户机，承担数据库服务、数据存储功能和数据处理服务的功能。采用服务器直接与PLC通讯的方式获取数据。对于新建的场站，可随时纳入智慧平台集中管理。整个系统分为三个主要部分：

1）三维可视化平台，通过专业软件完成整个水厂的工艺设备流程的三维展示。

2）生产SCADA平台，将数据监控、设备管理、能源管理、药剂管理、报表管理、预警管理、趋势曲线、操作记录以及权限管理均集在SCADA生产管理平台（图1）。

图1 智慧平台功能模块示意图

3）视频监控平台，用于监控全场摄像头视频数据。

3 智慧平台建设目标

智慧水务是在水务信息化的基础上高度整合水务信息资源并加以开发利用，通过物联网技术、无线宽带、云计算等新兴技术与水务信息系统的结合，实现水务信息共享和智能管理[3]。通过小型污水处理厂智慧平台建设项目的实施，使该污水处理厂的运营管理得到整体优化与提升，达到稳定高效运行和节能减排的目的。智慧水务系统能够提高污水处理厂运行效率与管理水平，实现过程管理的标准化与精细化，从内部操作技术的提升到外延的运行管理都有一个质的提升，使污水处理厂日常运营成为标准智能化的管理模式。通过高效智能化的运行模式，提升运维人员的专业技能从而形成水处理专业运营管理团队，使该污水处理厂成为水务运营示范平台。

智慧水务平台建设，通过统一的数据采集、筛选及处理标准，全生命周期的设备管理流程，建立从上至下的水务标准化、规范化运营模式，达到各层级管理的无差异化。实现电子化报表系统、工艺监控系统、设备管理系统、数据分析系统、报警管理系统，线上实时管理，任务及时下达的信息化管理。建立在标准化运营及信息化管理的基础上，提高运营管理质量，降能减耗，建立设备预警和维保规程，实现污水处理厂精准运维。

4 智慧水务平台主要建设内容

4.1 工艺运行控制

工艺设备远程控制，根据水质水量数据设定水泵、风机设备的自动启停及频率调整操作；通过在线实时监控动设备，主要是鼓风机、潜水泵等的电流、电压等参数，通过大量数据分析，掌握主要设备的故障模式和效率曲线，降低设备故障率，提高设备运行效率。

4.2 数据分析管理

污水处理厂实时运行信息与日常管理信息均来源于运营阶段，包含：设备运行参数、在线监测装置数据、水质化验数据、巡检消缺数据、设备台账、维保数据、视频监控数据、备品备件、药剂库存数据等。对生产、化验、设备运行状态等数据进行记录、存储、输出管理，可形成相应格式的报表、曲线图。在平台上直观实时地展现所需要了解的信息。通过WiSCADA的自动报表功能，将生产数据自动生成报表，并存储在虚拟报表服务器的数据库。

4.3 设备维护管理

通过对设备信息的录入，包括设备采购信息、技术协议、设备日常维护保养、维修信息等，实现智能化、预防性设备维护管理，通过数据积累，统计生产设备故障类型和原因，科学制定设备维护的周期和内容，实现生产的连续性和采购库存的科学管理。

4.4 生产及预警管理系统

生产管理建设为统筹协调和有效预警的模式，能够形成规范管理、合理分析、精确处理、高效运行维护的安全生产标准体系。根据污水厂工艺流程和运行现状，对整体污水厂流程进行3D在线实时动态模拟，可以直观地体现污水厂的实际运行情况，包括进水量、水位高低、设备运转情况、水质达标情况、故障报警等。

根据各个设备的运行电流、功率进行电耗计算分析，实时显示各个设备、工艺段以及全厂的能耗情况，判断高能耗设备，提醒优化及调整。

4.5 精确加药及曝气控制系统

基于边缘计算及先进控制策略的精确加药及曝气，以 DCS或 PLC控制为主的微循环自动控制。分析基于“前馈与反馈”的优化控制策略以自动控制加药量，该系统以进水负荷和磷酸盐浓度作为控制信号，可根据生化系统的实际运行情况自动调节除磷药剂投加量，实现除磷药剂的按需投加，在出水水质达标的前提下，降低药剂投加成本。药剂投加智能化以在线仪表数据为基础，通过构建合理的数据模型，自动控制投加药剂量，达到稳定生产，节约药剂的目标。

4.6 自控系统

通过传感器闭环控制维持系统运行和关键调整，通过执行机构对设备系统的运行和逻辑进行指挥，从设备及监测仪表最大程度收集数据，用数学软件与PLC集中分析信息，以获得系统的高级别潜在信息并制定各设备及终端工作逻辑，形成高水平自主控制体系，整个体系是基于智能分析体系分析结果的实际应用[4]。整体工艺设备、加药系统，砂滤系统，中水系统、进出水在线监测系统分别设置远程IO站，采集就地设备的状态和控制信息，远程I/O站和主控制器之间采用EtherNet/IP DLR环网技术实现网络的冗余。

5 结论与建议

将智慧水务应用到污水处理厂运营过程中，可以借助大数据技术、先进的计算机与通信技术实现对污水工艺流程及时、准确的数据监测，这也成为污水处理厂运行管理的一种必然趋势[4]。通过智慧平台建设项目的实施，以新一代信息技术为手段，实现生产、运行、维护，调度和服务等全过程，各环节高度信息互通，反应快捷，极大提高了污水处理的管控效率，保证了污水水质的稳定达标。合理利用智慧平台系统可以使水务运营更加规范化、智能化、精细化，不仅可以改进环保企业与政府以及社会公众之间的信息对接，提高对水资源的管理和合理利用能力，也促进了人类社会与自然环境的协调发展[5]。

智慧水厂平台建设项目的实施，以服务于港区居民及生产企业为主要目的，主要效益表现为对现有污水处理厂节能降耗以及出水稳定达标带来的社会和经济效益。项目实施后，污水处理厂出水水质将得到有效保障，水处理设施自动化水平提高，环境预警的建设，降低了由于人为运行带来的环境风险，促进环保企业的优化组合。努力完善能源产业结构，激发地区与企业开发使用可再生的绿色能源。