互聯網時代的數字排水模式

沈 軍，孫英俊

（上海金山楓涇水質凈化有限公司，上海 201501）

金山楓涇污水廠于2004年9月竣工并投入運行，一期設計規模1．4萬t／d。污水處理工藝采用2000型卡魯塞爾氧化溝，出水水質執行的是國家標準一級B排放標準。二期工程于2013年6月8日開工建設，建設后總處理規模2．8萬t／d，出水水質執行一級A標準。企業在運行管理過程中，離不開信息化建設在運行管理所起的巨大作用。

1 WaterPro運行管理系統

為突破傳統污水處理廠的管理模式，順應行業發展要求，提高污水處理運行管理水平，楓涇污水廠從2009年起根據自身發展要求和實際情況啟用WaterPro運行管理系統，根據五年多的運行實踐經驗，該系統在實時數據傳輸管理、資料管理、資產設備管理、工作流管理等方面作用顯著，為企業的運行發展提供了幫助。借助軟件管理平臺旨在幫助解決企業多年運行以來幾大運行管理瓶頸問題：（1）信息化建設比較薄弱，幾年的運行管理積累了大量運行數據，但各種運行信息基本都停留在紙面，無法充分利用起來，從而影響企業的運行效率。（2）設備資產環節缺乏科學的管理，維修工作任務之間相互孤立，維護保養不及時，易造成設備資料和歷史記錄追溯困難。（3）原有運行監測系統主要為中控室工藝管理人員設計，其它人員無法遠程監控，突發情況反應滯后，易造成信息阻塞和“孤島”現象。（4）公司堅持每年正向積累的發展理念，迫切需要突破傳統管理上的瓶頸，進一步提升管理手段，將管理目標從保證安全、正常運行向提高運行效率、降本增效、優化流程的目標邁進。

1.1 建立固化流程應用平臺，規范工作程序

（1）通過消息中心和自動化工作流驅動日常事務。將日常工作如維修工單填寫、工作聯系單流轉、合同檔案審批等日常工作流程固化到系統中，員工只需在電腦上填寫有關表單，系統就會按照定義好的流程自動流轉，下一級審批者將會收到相關資料，并可以根據需要修改、管理、等，提高了工作效率。

（2）規范班組工作程序。系統通過采用科學的管理思想，集水樣采集管理、化驗任務分配、數據的處理、傳輸、發布、報表管理等功能于一體，其事先可預置的標準計算公式，實現了數據自動化計算，另外還具有儀器設備檔案和強檢管理以及人員考核管理和記錄等功能，組成了一套完整的化驗室工作程序，將員工從繁雜的日常工作中解放出來，專心處理核心業務，節省了人工成本和辦公用品的消耗，并減少了化驗過程中分析數據的差錯率。

圖1 化驗室工作程序Fig．1 Laboratory Work Program

1.2 發揮管控一體化作用，降本增效

（1）實現管控一體化管理。WaterPro系統將工藝運行和設備狀態的現場數據集中管理，其運行監視功能與中控室原有的WinCC監視畫面實現了對接，將企業的生產運行情況、設備運行狀態相結合，將自控運行監視集成到管理者桌面，使公司管理人員可以在辦公室使用PC就可察看運行環節的實時運行狀況而不需要安裝復雜的組態軟件，如果需要還可支持跨地域運行監視，實現了污水處理的全過程控制（見圖2）。

（2）及時調節工藝，降本增效。實際生產過程中對主要參數如COD、NH3-N、含氧量、水量等關鍵進出水水質參數進行實時監控，參照各參數運行曲線及時對運轉過程中出現的各種異常情況做出工藝調整，如根據溶解氧濃度的高低情況調整曝氣機的工作頻率來達到降低能耗的目的。此外，還能通過實時監測數據曲線與歷史數據的環比、同比功能，及早制定下階段運行計劃和應急預案，改變了過去反應滯后、處理過程效率低下問題，實現安全運行、達標排放（見圖3）。

1.3 提升設備資產管理，提高設備完好率

立足以業務流程為中心，以閉環管理為目的，引入了動態的設備設施檔案管理機制，對生產設備和行政設備進行分類管理,以設備一生為研究對象，實現設備全壽命周期管理，從設備的入庫、使用到閑置、廢棄，為每個生產設備都建立了檔案信息，做到：（1）電子化的設備檔案，全面反映設備綜合信息。（2）建立規范的設備資產臺賬，滿足公司對污水廠、泵站資產管理的較高要求。（3）準確記錄設備維修履歷和歷史狀態，實現設備動態管理。（4）通過資產處置流程，對資產實行全生命周期監管。相比過去，設備設施管理不再是簡單的設備檔案的靜態記錄，而是動態的設備設施管理，全面提升設備管理水平。

圖2 實時運行狀態監視圖Fig．2 Operation State Monitoring Chart

圖3 運行數據曲線Fig.3 Curve of Operation Date

圖4 設備檔案信息Fig.4 Equipment Archives Information

WaterPro管理系統的應用是在傳統管理模式上的一次求新求變和大膽嘗試，目的是“以需求為導向，以應用為核心，從流程中抓效率，從管理中出效益”。實現了企業規范化、精細化管理和降本增效，提升了管理和服務水平。

2 污水管網數字化管理系統

管網管理模塊是在運行管理系統的基礎上，增加了納管企業的污水采樣數據和檢測報告管理，擴展管線設備以及其他相關設備的GIS管理功能，實現可視化的編輯管線設備的地理信息，然后通過Google Earth展示管線設備和業務數據。同時在Google Earth的展示系統中和WaterPro運行管理系統進行交互，在Google Earth中可視化的選擇設備后，修改設備的業務數據和執行相關的業務操作。

本系統的具體功能如下：

2.1 納管企業管理

GIS展示子系統中根據企業的地理位置在地圖上顯示各納管企業的分布。在地圖上可以非常直觀地查看納管企業的分布、企業的基本信息、污水采樣記錄以及相應的檢測結果。

圖5 排水單位信息Fig.5 Information of Drainage Unit

2.2 采樣數據管理

在系統中詳細記錄采樣單位、采樣時間、采樣次數、采樣外觀、預處理情況、分析項目等信息，生成污水采樣記錄及污水采樣單。根據歷次檢測記錄中的各種水質參數，顯示數值參數的變化曲線圖。水質曲線顯示如下圖所示：

圖6 采樣數據管理Fig.6 Sampling Data Management

2.3 污水廠3D模型展示

建立楓涇污水廠的三維模型，通過系統將三維模型疊加到Google Earth中顯示，能直觀了解污水廠的構筑物分布，污水處理流程等基本信息，如圖7所示。

2.4 路徑漫游，設備、管網查找定位

漫游瀏覽楓涇地區的納管企業、污水井、管網、道路的分布情況，根據設備的類別、雨污水管網的區域將相應的設備和管網分為不同的圖層，并分類顯示，如圖8所示。

圖7 污水廠3D模型展示Fig.7 3D Model Display of WWTP

圖8 地圖漫游Fig.8 Map Guide

2.5 工單管理

系統對涉及污水管網管理的各方面工作內容都有詳細的記錄管理，使工作內容留有記錄，方便查找。主要設有管道清通養護工單、管網巡查問題記錄、采樣單等。其中巡查記錄等還可實現導航，可快速定位事發區域及了解相關情況。

圖9 工單管理Fig.9 Work Order Management

2.6 管網設備設施管理

系統采用先進GIS技術、數據庫技術結合測繪信息對楓涇地區的54條管線、1500座污水井/檢查井進行集中管理，每座井都標明了所屬管線、編碼、類型、材質等信息，并實現導航定位，管理人員只需在左側樹形界面選擇并點擊要查找的設施，即可實現查詢。今后，如遇到污水堵塞等突發事件，所在區域的管線、污水井等信息可以很快調出，大大縮短了事故排除時間。

圖10 管網設備設施管理Fig.10 Equipment and Facilities Management

2.7 海量數據管理

借助GIS技術與專業的分析模型，管網信息數字化管理平臺可對管網的網絡拓撲結構隨時查看管道縱斷圖、橫斷圖。幫助管理者快速了解相關區域地下管道的上下游連接關系與分布情況，從而大大提高排水管理部門對海量排水管網資產信息的管理能力，有效維護與共享排水管網資產數據。滿足區域發展和排水系統現代化運營管理的需要。

3 ProSee工藝仿真系統

目前，污水廠日均處理污水1.48萬m3／d，已經超負荷運行。同時，由于楓涇酒廠廢水預處理系統運行不穩定，以及進水水量、水質的動態性和時變性，以及溫度變化等外界環境因素，影響企業的穩定運行。為解決這些問題，公司投入使用污水處理工藝仿真系統，在現有工藝的基礎上，深入研究進水條件、工藝控制參數和系統運行效果三者之間的關系，進而調整工藝控制參數，優化工藝運行，以應對進水負荷的動態波動及溫度的季節性。

3.1 工藝仿真功能

ProSee軟件可根據污水廠的工藝流程、構筑物尺寸、進水狀況等信息定制反映該廠真實狀況的模型，所有反映污水廠運行狀況的信息均以交互界面上輸入參數的形式供用戶設置。

圖11 仿真數據錄入界面Fig.11 Input Interface of Simulation Data

3.2 能耗仿真功能

ProSee工藝仿真軟件除了能實現出水水質和評價指標等表征運行狀況的仿真功能外，還可以實現能耗仿真的功能，模擬出不同運行條件下的能耗情況，（見圖 12）。

ProSee的能耗仿真功能可以提供仿真時間內全廠的電耗量、日均耗電量、處理單方水或單位當量COD的耗電量，并能以餅圖的形式直觀地展示各類耗能設備在總能耗中所占的比重。

3.3 工藝優化與控制

面對各種外界環境因素變化帶來的沖擊，ProSee可以在不同的運行參數下進行仿真，省時省力地確定工藝優化方案，保證出水達標和實現節能降耗，（見圖 13）。

3.4 職工培訓

職工利用軟件對不同運行情況進行運行模擬，預測運行效果，為公司應對多變的進水特性、負荷等運行條件，制定應急預案具有積極的意義

綜上所述，ProSee工藝仿真軟件能還原污水廠的真實運行狀況，并為污水廠的工藝優化提供方案選擇，實現出水達標排放和節能降耗的統一。

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

圖13 仿真結果對比Fig．13 Comparison of Simulation Results

4 手持終端管理系統

系統將管理功能擴展到移動設備，如平板電腦、智能手機上，支持遠程監控和移動生產管理，顯著提高運行管理的效率。成為全市污水處理企業首家應用DE智能移動終端高科技對污水處理進行管理的單位如圖14所示。

4.1 運行監視功能

由于原先的運行管理軟件只能在公司內部服務器上運行，當管理人員不在廠區，或者在出差期間，通常無法獲得現場的實時運行情況，無法高效地指揮調度。該軟件支持遠程監控和移動生產管理，突破了地域的限制，允許工作人員在任何時間、地點都能夠登錄該移動端系統進行工作處理，有力地提高了各級部門和管理人員的工作和運行管理的效率。

圖14 系統登錄界面Fig．14 Login Interface

4.2 三維互動功能

廠區現共設立3個無線信號發射點，實現Wi-Fi全覆蓋，可實現實時的移動定位，隨時采集工作人員周邊設備概況和運行數據，大大提高了巡檢效率。

4.3 設備故障報告功能

在巡檢過程中，如遇設備運行異常等情況，可及時拍照并生成工單上傳服務器進行工單流轉，做到搶維修及時，保證了運行的安全穩定，（見圖15）。

圖15 巡檢設備故障報告Fig．15 Fault Reporting

5 電能管理系統

電能無疑是污水處理廠第一大能耗。我們在廠內配電網絡的樞紐點和主要用電設備上（共30個點）安裝電能監測儀等采集裝置，應用智能電網和物聯網技術，并通過中國電能服務網電能管理公共服務平臺，實現“安全、可靠、經濟、高效、潔凈”的用電目標和電能管電“四化”（見圖16）：

（1）實現電能管理可視化。將電、電能這一無形的成本通過傳感技術實現可視化管理，讓我們看到電能的運動、質量、消耗、浪費（待機、線路損耗等）及危險（設備用電指標異常、設備發熱）。

圖16 電能管理系統主界面Fig．16 Interface of System

（2）實現電能管理數字化。將用電、管電、節電用數字進行量化。電能數字化包括：電量、電能質量、電能運行指標、產品單耗、用電異常和故障發生率。

（3）實現電能管理專業化。借外力，使公司擁有象電網公司一樣的管電團隊、管電技術、管電裝備。

（4）實現電能管理網絡化。只要在互聯網到達的地方就能管理電能，讓你有一雙“千里眼”，即管電能又管生產，讓用電安全隱患及時把控，讓用電成本核算信手拈來，讓用電軌跡跟蹤易如翻掌。

6 結論

由于連續數年在信息化基礎設施和系統建設方面的持續投入，信息化建設在楓涇污水廠已具備良好的基礎，涵蓋了生產運行的各個方面。希望通過在建立新一代信息化核心平臺的基礎上，實現企業管理和業務信息的規范化、集成化、流程化，從而進一步整合公司資源，為企業的各類經營決策提供強有力的數據支持。今后的工作重點將逐步轉向對已有系統進行集成、整合、深化和提升，讓信息化發揮更大的效益。

［1］ 韓東華,楊紅娟．IT與企業管理創新[J]．中國管理信息化，2008,11（2）．

［2］ 季偉．供水管網信息化建設及其技術難點探討[J]．凈水技術,2011,30(5)：93-97．