智慧水務在污水處理中的設計與應用

王軍

摘 要：智慧水務已經成為許多國家和地區完善水資源科學管理的有效載體。智慧污水是在當前城市水務信息系統的基礎上，基于物聯網、云計算的城市污水處理綜合運營管理平臺為污水運營企業安全管理、生產運行、水質化驗、設備管理、日常辦公等關鍵業務提供統一業務信息管理平臺，實現對城市排水系統管網的安全運行和對污水的排放智能化協調與調度。該文闡述了智慧排水的內涵、層次結構及其在國內外的應用進展，對我國智慧排水系統的設計建設具有一定參考價值。

關鍵詞：智慧水務 ?智慧排水 ?信息化建設

中圖分類號：X7 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1674-198X（2015）10（c）-0166-02

隨著全球物聯網、新一代移動寬帶網絡、云計算等信息技術迅速發展和深入應用，“智慧地球”和“智慧城市”的理念在世界范圍內悄然興起，許多國家將城市中的水、電、油、氣、交通等公共服務資源信息通過互聯網有機連接起來，智能化做出響應，以改善政府對交通的管理、環境的控制等更好的服務于市民。

水資源是基礎性的自然資源和戰略性的經濟資源，智慧水務，是借助水智能系統形成的水務管理模式，在常規的水處理/管理技術基礎上，借助信息控制融合系統，對自來水、污水、中水等各種水處理設施的運行數據進行一元化管理，從而提高城市整體的水循環經營效率。智慧水務一般通過智慧水網工程予以實施，使水資源管理部門能夠對供水廠、污水處理廠、工廠、水路管道網等進行有關水量和水質的實時最佳控制。

污水處理行業作為國家新興戰略產業之一，國家“十二五”規劃也對城鎮污水處理提出了更高要求，在行業監管的加強、人工成本的大幅度上升和企業自身盈利模式固化等多重因素的影響下，污水處理廠建設、運營、管理等各個環節的發展得到重視，污水處理自動化、信息互聯化及智能工業化技術的發展也迫在眉睫。

1 智慧污水概述

1.1 概念及內涵

智慧水務包括水務信息采集、傳輸、存儲、處理和服務，全新提升水務管理的效率和效能，實現更全面的感知，更主動的服務，更整合的資源，更科學的決策，更自動的控制和更及時的應對。我國污水處理廠日益增多，且分布廣，傳統的監管方式已無法滿足現在的發展，效益提高的同時運營成本也節節攀升，如何高效的監管好各廠站，這就給水務集團管理水平提出了更高的要求。智慧污水的建設使得生產運行管理者通過物聯網數字化技術實現水務集團對下屬的各污水處理廠、泵站的關鍵生產指標（進出水水量、進出水污染物濃度、集水井水位等）、生產運行數據（設備開關、電流、電壓等）的自動采集、遠程實時監視、智能預警，加強各級管理人員對各廠運行情況的實時監管力度。依托機制創新，整合共享生產現場的各類運行數據并進行分析和數據挖掘，組成基于數據中心的應用系統，為各污水廠運營管理提供實時運行監測、全廠過程控制、工藝運行模擬、運行異常預警、優化運行決策等功能，為公司提供整體綜合運營決策的工藝分析、設備分析、成本分析、風險分析等功能，支撐污水綜合管理、涉水事務跨行業協調管理和提供社會公眾個性化服務，從而達到智慧污水的狀態。

1.2 建設目標

利用先進的信息技術，使污水運營系統更加高效化、生產更加智能化、管理更加精細化、決策更加科學化、服務更加個性化、從而實現智慧化。

1.3 設計內容

大數據全數字化、云平臺化常態管理和經營模式創新是智慧污水設計建設的主要內容。智慧污水平臺的建設內容是對污水系統機房、網絡資源、信息資源等軟硬件環境建設，整合、補充、完善水務系統統一的水務數據資源環境和共享交換體系，建設支持各類應用系統和水利、供水、排水部門信息共享和業務協同的公共核心支撐平臺。建設內容主要包括[1]。

（1）大數據全數字化。

針對我國現有排水系統信息化發展不均衡、系統功能不完善，應用系統缺少統籌規劃利用程度底、共享程度低等不足[1-2]，大數據全數字化自控系統已經不僅僅限于自動化，重要的還在于基于污水處理廠運營管理體制的信息化與智能化技術應用。大數據應用實踐創新主要體現在工業自動化設備的大數據收集，監控操作以及大數據管理運行維護的趨勢分析。主要分三個方面：①數據收集。將單一水廠或數個水廠自動化系統中的儀表讀數與運行數據（包含水量、水位、水質、電耗、藥耗、設備狀態與環境條件等信息）做遠程傳輸監控，減少人工收集可能的失誤，提高資訊準確性。②監控操作。由中控室與外部連接對運行設備進行操控;運用監控錄像或報警判斷所需操作模式;利用云計算平臺搭配移動式設備，實現現場報警，人機合一的現場加遠端的監控模式。③數據分析。設定運行數據的歷史數據趨勢，以圖形界面提高直觀比較;水質數據與運行模式和原廢水變化的交叉分析;報警處理的過程追蹤與統計分析未來故障前兆之預警。

（2）云平臺化常態管理。

大數據的應用需求將以服務方式通過平臺的管理得到滿足。利用云計算的彈性資源等特性，污水處理廠可以通過多層次信息化平臺將設備維護、企業資產管理、財務ERP、OA平臺、監控平臺、GIS、采購、知識庫等不同模塊訊息平臺有機銜接到一個完整的污水管控云平臺，實現實時線上和線下O2O的工作流程對接，明確職責分配與考核標準，提高整體效率。利用云計算平臺，把所有污水管理的共性功能和服務聚集成平臺，利用平臺便利性提升資訊處理效率，從被動維護轉換成主動性維護，提升設備和污水運行設備的可靠性。

（3）經營模式創新。

形成“水物聯網”，從人人互聯、物物互聯、產品與服務互聯，到公眾與政府互聯，通過風險評估與客觀事實記錄輔佐決策，事先統一污水處理全產業鏈的風險矩陣參數定義、評估方法以及結構的對應處理原則，轉變經營模式，避免主觀、感觀式判斷，降低無效損耗、閑置設備維護成本，在有限資源基礎下發揮最大效益。

1.4 設計特點

與傳統城市排水系統相比，智慧化的城市排水系統能夠根據當前城市排水系統的運行情況預判將來一段時間內可能會發生的狀況并提供應對策略;根據所獲取的降雨總量、污水排放數據、管網輸送參數、泵站運轉以及污水處理廠運行情況等實現各泵站、管網與污水處理廠三者之間的協調與控制，達到排水效果最優化的目的。智慧水務在排水系統的設計具有以下主要特點：（1）實時監測。通過智慧排水系統對城市供排水管道設施的智能標識監控城市排水狀況，有效控制各類污水對大自然造成的二次污染。（2）動態調控。對溢流和內澇過程規律進行系統分析，根據所獲取的降雨總量、污水排放數據、管網輸送參數、泵站運轉以及污水處理廠運行情況等實現各泵站、管網與污水處理廠三組直接的協調與控制，達到排水效果最優化的目的。（3）及時排障。利用智能化網絡有效控制管道老化、施工造成的管道破損等現象，及時排查和解決，甚至實現不斷水檢修。

2 智慧水務在污水系統中的應用研究進展

2008年，IBM公司提出了“智慧地球”的理念，隨后在智慧水資源管理方面也做出了深入的探索，并不斷尋求解決方案，通過協調、預測、利用三步驟，即利用水資源運營數據對水資源管理進行深入分析來提高日常運行管理能力;對潛在的水資源問題及長期水資源需求進行預測;協調水資源健康運營、以實現水資源的合理及可持續利用。IBM公司在哥倫比亞、美國加利福尼亞州等地開發了智慧水資源管理系統，及信息發布、多部門數據共享、可視化設備和管網等功能于一體，從而實現跨部門協同共享、優化調度、實時采集、梳理管網順序等[3]。

我國江蘇、深圳等地率先開展了“智慧水務”的建設工作。

無錫高新水務有限公司污水收集系統優化運行項目采用先進的傳感測量，組合網絡控制，并將3G無線網絡靈活應用于圖像、數據傳送，是集成了SCADA技術、數據庫技術、無線通信、數字視頻等多種技術的一個信息發布和控制平臺。該平臺以實時檢測數據、設備運行信息和各遠程監測分站的設施屬性數據為基礎，提供統計報表，為上層的綜合調度系統提供數據源，為水務系統建立GIS系統、數據化管理提供支持。

深圳水務在信息采集方面，已建成雨量站63個，水文站32個;建成供水水質在線監測站點99個，可監控全市主要供水主干管的PH值、壓力、濁度及總氯，建成10座污水廠水質在線監測站點23個，整合政府投資和社會BOT模式新建的8座污水處理廠、1個再生水廠的17個水質在線監測站數據，將全市污水處理廠的水質數據（COD、氨氮、HP、總磷等）納入統一監管;建成視頻監視點118個，并通過共享市交通部門的視頻資源，可對全市中型水庫、重點海堤、特區內主要河道和城區易澇易浸點進行實時監控，實現水務數據資源“一數據一源”;建成數據共享及交換平臺，對內完成與局屬單位間的水雨情數據、水質數據和視頻資源的共享與交換;對外實現了市氣象局的雨情數據交換，與省水利廳、市應急指揮中心的視頻資源的共享，并利用深圳市統一建設的信息資源交換平臺，實現了與市監察局、市行政服務大廳、市府辦公廳間的行政審批、信息公開數據的共享與交換。

3 結語

雖然目前國內外智慧水務建設都發展很快，但由于水務基礎信息要素欠缺、各地數據中心建設還處于雛形階段，尚未形成統一的規劃模式及資源共享平臺，受各部門業務應用系統發展不平衡等條件的制約，均對我國智慧水務的進一步發展帶來一定阻礙。

數字化水務對于排水系統而言，建立了網絡化的下屬單位生產運行數據上報機制，實現了對下屬單位的遠程運行監管。各下屬單位上報的生產運行數據被數字化系統智能化的匯總和統計，快速形成企業整體的生產運行各類報表，為企業整體運營管理、決策提供參考數據。隨著數字化系統建設，將極大的提高下屬單位上報數據的及時性和準確性，減輕總部運管人員的匯總計算、統計分析的工作量，提高企業運行監管工作效率，提升企業整體信息化管理水平。

綜上所述，從管理角度而言，智慧化的排水系統就是從根本上解決排水系統信息孤島問題，建立企業信息平臺，實現節能降耗，降低成本，輔助污水處理企業實現生產運行管理、工藝優化調度、綜合運營管理的 信息化、智能化和規范化管理理念。

參考文獻

[1] 劉磊.城市智慧水務建設研究[J].第三屆中國水利信息化與數字水利技術論壇，2015：335-341.

[2] 李秀明.大連市智慧水務平臺建設總體構思[J].安徽農業科學，2014，42（4）：1245-1246.

[3] 田雨，蔣云鐘，楊明祥.智慧水務建設的基礎及發展戰略研究[J].前沿，2014（20）：14-17.