構(gòu)建城市(半)開放式智能水再生公園系統(tǒng)

文_辛懷達 金川集團公司鎳冶煉廠

我國城市化發(fā)展的過程亟需考慮城市生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，不僅有利于人與自然的和諧共處，更有利于提高人們的生活品質(zhì)。《水污染防治行動計劃》（簡稱“水十條”） ，要求污水處理著力于治理劣五類水及更差水體，確保飲水安全主要針對飲用水水源地等水質(zhì)較好水體，保證水質(zhì)不下降、不退化。本文在對城鎮(zhèn)污水處理廠進行設(shè)計的過程中，引入了城市社區(qū)公園的建設(shè)，并將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與污水處理廠的運行緊密結(jié)合，提出了城市（半）開放式智能水再生公園系統(tǒng)。

1 設(shè)計理念

廠區(qū)建筑物進行綠色建筑設(shè)計，降低能耗。盡量將污水處理構(gòu)筑物建于地下，便于處理臭氣和降噪，地面種植綠色植物。將污水處理廠建成一個（半）開放式的公園；增加人工生態(tài)綠地，進一步降解污染物，同時可作為城市公園使用，出水可回收利用。由于該污水處理廠不會影響周圍環(huán)境，可將污水處理廠建于城市近郊，可省去鋪設(shè)長距離污水管道的投資。雖是污水處理廠，但也是城市公園，污水處理廠附近的地價將不降反升。

運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能實現(xiàn)污水處理廠的“智慧生產(chǎn)”。設(shè)備及儀表的管理及維護工作通過物聯(lián)網(wǎng)與專業(yè)的外包服務(wù)單位相連通，在污水到達廠區(qū)時，智能控制系統(tǒng)會結(jié)合工藝特點，會自動選擇最優(yōu)的全過程控制方案，以達到最佳的能耗、物耗方案，以及達到最高效的資源再生產(chǎn)能力。

2 城市(半)開放式智能水再生公園系統(tǒng)

2.1 總體設(shè)計

根據(jù)污水處理廠“布局合理、功能分區(qū)、流程有序、預留發(fā)展、減少土地征用” 的平面布置原則，根據(jù)廠址的地形，地貌，道路等自然條件，考慮進出水走向，風向等因素，按功能將處理廠劃分為污水處理區(qū)、人工生態(tài)濕地區(qū)、污泥處理處置區(qū)生產(chǎn)管理區(qū)，各區(qū)之間以綠化帶隔離。

水處理中心位于城市（半）開放式智能水再生公園系統(tǒng)西北側(cè)，擬在廠區(qū)的西北側(cè)和東北側(cè)分別設(shè)置水處理中心主入口和次入口；人工生態(tài)濕地公園位于該城市（半）開放式智能水再生公園系統(tǒng)東南側(cè)，包括人工濕地、運動區(qū)、展覽廳等區(qū)域，擬在公園西南側(cè)和南側(cè)分別設(shè)置公園主入口和次入口；污泥堆肥中心位于城市（半）開放式智能水再生公園系統(tǒng)東側(cè)，為圓形半地下建筑，主要用于水處理中心剩余污泥及部分城鎮(zhèn)垃圾的好氧發(fā)酵堆肥處置，擬在堆肥中心東側(cè)設(shè)置堆肥中心入口。污水由廠區(qū)西北角進入，進廠污水經(jīng)過泵站提升后，經(jīng)細格柵后進入沉砂池，然后重力順流至改良型A/A/O氧化溝及二沉池，經(jīng)紫外消毒后尾水進入人工生態(tài)濕地公園。

2.2 廠前區(qū)

廠前區(qū)的主要建筑物有綜合用房及污水凈化展覽廳等。方案綜合用房位于水處理中心及人工生態(tài)濕地的交界區(qū)，既方便對水處理中心的運行管理，同時由于其靠近人工濕地公園，能給工作人員創(chuàng)造一個良好的工作環(huán)境。

此外，由于國內(nèi)外對于水處理中心的管理體制限制了游客不能隨意進入廠區(qū)進行參觀游覽，方案提出設(shè)置污水凈化展覽廳，其通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)置人性化的無線語音、視頻、投影等形式對水處理中心的功能、工藝過程、工藝單元進行介紹和展示，通過互動進行一些企業(yè)宣傳和知識普及。

2.3 污水污泥處理區(qū)

污水處理區(qū)包括預處理、生物處理兩部分，預處理構(gòu)筑物包括粗細格柵間、進水泵房、沉砂池；生物處理區(qū)包括改良型A/A/O氧化溝、二沉池。預處理區(qū)位于水處理中心西北部，生物反應區(qū)位于廠區(qū)中西部，污水流程自西向東，沒有曲折迂回，水力流程順暢。

污泥處理區(qū)與污水處理區(qū)相鄰，位于該城市（半）開放式智能水再生公園系統(tǒng)東北部，緊靠生物處理區(qū)域，便于將來集中收集污泥，污泥管道連接方便。污泥濃縮脫水機房靠近運泥餅車庫，便于污泥運輸。污泥堆肥中心位于污泥濃縮脫水機房東南側(cè)，靠近濃縮脫水機房，便于污泥的處置。

2.4 堆肥中心

污泥填埋是目前污泥處置的主要方式之一，但隨之產(chǎn)生的污染也是不容忽視的。方案考慮到堆肥的生態(tài)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益，采用生態(tài)景觀設(shè)計理念，提出設(shè)置堆肥中心。頂層按照生態(tài)植物園的設(shè)計理念進行植物配置，力求打造一個集觀賞性、功能性、生態(tài)性為一體的現(xiàn)代化污泥堆肥中心，因此將處理構(gòu)筑物設(shè)置于地下，其除能消納水處理中心產(chǎn)生的全部剩余污泥外，同時還能消納部分其它污水處理廠剩余污泥及城鎮(zhèn)生活垃圾，能給堆肥中心創(chuàng)造一定的收益。

2.5 人工濕地生態(tài)公園

人工濕地生態(tài)公園位于城市（半）開放智能水再生公園系統(tǒng)東南部，分為生態(tài)濕地區(qū)域、濱水游憩區(qū)、體育運動休閑區(qū)、生態(tài)景觀觀賞區(qū)及污水凈化展覽區(qū)。整個設(shè)計充分利用原有地形，有效減少了工程量。平面布局形態(tài)自然，線勢優(yōu)美。此外，由于人工濕地公園內(nèi)地形起伏較大，塑造景觀地貌所需的土方量小。人工濕地生態(tài)公園內(nèi)的部分水面及濱水走廊等根據(jù)不同的景觀要求。靈活應用拋石護岸、植物、自然式草坡護岸等形式組合。此外，通過沿岸木棧道、深入水面的挑臺、下沉式臺階提升市民的親水性。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的污水處理廠系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)理念和架構(gòu)進行設(shè)計，總體按照物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)理論上分為三個層次，從下到上，依次是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應用層。

感知層：包括所有監(jiān)測點所需要的專業(yè)監(jiān)測設(shè)備，數(shù)字電表、數(shù)字水表、流量計、重金屬離子傳感器以及各種氣體所用到的專業(yè)傳感器。感知層要求傳感器及其接口設(shè)備具有高速、數(shù)字化、高精度等特征。

網(wǎng)絡(luò)層：包括所有可用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，3G網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)及工業(yè)以太網(wǎng)將用于將感知層的數(shù)據(jù)接人后端的應用層。傳輸層上實現(xiàn)物理鏈路的互通性，交互協(xié)議的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、安全性將成為該層的主要特征。

應用層：主要通過大腦中樞的算法完成對采集到的各類傳感器數(shù)據(jù)進行快速處理、系統(tǒng)化分析、直觀化展示以及海量存儲等功能。從而實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測和預警，預防各類事故的發(fā)生，提高應急事件處理效率。及時發(fā)現(xiàn)問題、處理問題和解決問題。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)在污水處理廠中的應用效益

3.2.1 建立污水處理廠新的管理模式

在新的發(fā)展形勢下，污水處理廠要改革傳統(tǒng)的管理模式，才能不斷發(fā)展。運用物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建新的管理模式對大型的污水處理廠來說優(yōu)勢明顯，可改變污水處理廠各自孤立的運營狀況，將不同的位置的廠區(qū)聯(lián)系起來，使單個的處理廠變成一個生產(chǎn)車間進行集中化的生產(chǎn)運行，實現(xiàn)了生產(chǎn)信息的自由流動和信息共享。同時，污水處理廠的設(shè)備及儀表的管理及維護方式都將從“被動的事后維護”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃拥氖虑熬S護保養(yǎng)”，這些工作都可通過物聯(lián)網(wǎng)與專業(yè)的外包服務(wù)單位相連通，基本不需要污水處理廠的人員參與。

3.2.2 提高污水處理廠專業(yè)化水平

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最大作用就是把分散部分的集中到一個系統(tǒng)內(nèi)部，方便進行管理。智能控制系統(tǒng)的大腦的特點是分布式，即負責生產(chǎn)過程控制的控制器都分布于靠近設(shè)備和儀表的底層。上層的大腦則是放置在“云端”，與城市的管網(wǎng)以及其它污水處理廠互聯(lián)互通，可以完成更大范圍的智能調(diào)度。

3.2.3 降低污水處理廠生產(chǎn)成本

通過物聯(lián)網(wǎng)的運用，實行自動化的管理，減少了值班人員數(shù)量，增強了設(shè)備維護隊伍的機動性，設(shè)備保養(yǎng)也得到了加強，降低了污水處理廠的生產(chǎn)成本。

4 結(jié)語

污水處理模式由目前的集中式向集中分散相結(jié)合是未來發(fā)展的趨勢之一。城市（半）開放式智能水再生公園系統(tǒng),不僅有利于推進生態(tài)城市建設(shè)的進程，提高人居生活環(huán)境，而且能提高污水處理廠的專業(yè)化水平，降低污水處理廠的生產(chǎn)成本，實現(xiàn)信息共享，對污水處理廠的建設(shè)有一定的借鑒作用。