污水處理系統(tǒng)的智能化控制思考

楊利

摘要：水資源是社會(huì)重要的基礎(chǔ)資源，隨著社會(huì)發(fā)展，對(duì)水資源的需求與消耗也越來越大，水資源安全已經(jīng)越來越受到各國的重視。污水處理過程中的消耗主要包括電能、水污染處理藥劑以及燃料等，其中電能消耗占比70%以上。影響污水處理廠能耗的因素主要是環(huán)境、水污染處理工藝以及污水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。其中自動(dòng)化程度是主要的因素之一，智能信息化技術(shù)可以有效提高污水處理的自動(dòng)化程度，降低污水處理中資源的消耗與人力的投入，并提高污水處理過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力，可以較為有效的提高污水處理的效果。

關(guān)鍵詞：污水處理系統(tǒng);智能化;控制

引言

達(dá)到智能化、自動(dòng)化污水處理效果的關(guān)鍵在于相關(guān)參數(shù)的動(dòng)態(tài)獲取，參數(shù)的動(dòng)態(tài)獲取決定了最后的污水處理效果。從現(xiàn)有技術(shù)水平出發(fā)，可以利用多種檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)手段來完成相關(guān)參數(shù)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)任務(wù)，目前自動(dòng)化檢測(cè)已經(jīng)被不少污水處理廠采用，但是由于數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和指令發(fā)布不連貫，這就依賴操作人員的經(jīng)驗(yàn)去完成相關(guān)工作，智能化污水處理研究將會(huì)大大推動(dòng)污水處理技術(shù)的發(fā)展。

1污水處理工藝主要流程

原水進(jìn)入混合攪拌池?cái)嚢瑁诩铀幯b置中加藥，能促使原水內(nèi)的各種介質(zhì)攪拌并保持均勻狀態(tài)。在此之后，進(jìn)入絮凝攪拌池?cái)嚢璨⒓铀幪幚恚欣谶_(dá)到原水間絮凝物撞擊吸附、絮凝體積加大沉淀的效果。化學(xué)混凝反應(yīng)作為水處理系統(tǒng)功能的主要部分，有利于及時(shí)去除部分懸浮物BOD/COD、P-P04，在原水絮凝反應(yīng)后，對(duì)上升流速加以科學(xué)設(shè)計(jì)。廢水中的絕大部分懸浮物在沉淀池下部沉淀，部分懸浮物經(jīng)過斜管裝置、中心傳動(dòng)刮泥機(jī)，借助自重的作用沉淀在沉淀池下部。需要注意的是，中心傳動(dòng)刮泥機(jī)經(jīng)驅(qū)動(dòng)裝置、刮泥板將污泥置于中心機(jī)泥槽，上部清水經(jīng)集水槽進(jìn)入清水池中，會(huì)對(duì)水質(zhì)造成嚴(yán)重影響。

2項(xiàng)目概況

某污水處理項(xiàng)目總占地面積151400m2，建設(shè)規(guī)模為32萬m3/d，總服務(wù)面積約114km2，服務(wù)人口約140萬人。項(xiàng)目生化區(qū)采用雙層上蓋型式，上層建設(shè)市政體育公園，中間建設(shè)停車場(chǎng)，每層面積約62800m2。項(xiàng)目水處理標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到地表準(zhǔn)IV類;出泥含水率<40%;臭氣處理執(zhí)行天津、上海新地標(biāo)較嚴(yán)值，優(yōu)于現(xiàn)行國標(biāo)一級(jí)。運(yùn)用傳統(tǒng)項(xiàng)目運(yùn)營管理手段難以保證出水質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，為此，項(xiàng)目建設(shè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，搭建智慧水務(wù)管理云平臺(tái)。

3污水處理系統(tǒng)的智能化控制

3.1平臺(tái)架構(gòu)

智慧水務(wù)管理云平臺(tái)是為了便于項(xiàng)目各級(jí)管理層更好地開展項(xiàng)目管理工作，因此融入了物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)化、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，建立了設(shè)備層、控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、運(yùn)營管理層、決策支持層，支持多級(jí)管理模式。同時(shí)支持“項(xiàng)目-分公司-集團(tuán)”管理要求，支持智慧項(xiàng)目中心、區(qū)域分公司中心和集團(tuán)中心多級(jí)部署。平臺(tái)采用微服務(wù)架構(gòu)，能夠提供靈活的可擴(kuò)展性，滿足各級(jí)管理層規(guī)模及架構(gòu)的擴(kuò)充需求，實(shí)現(xiàn)組件間的交互，并保證每個(gè)組件可以獨(dú)立升級(jí)、替換。平臺(tái)整合項(xiàng)目自動(dòng)化運(yùn)行、數(shù)字化安防監(jiān)控、設(shè)備資產(chǎn)管理、生產(chǎn)運(yùn)營管控等功能，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目運(yùn)行管理用一個(gè)平臺(tái)、一張圖全面感知和監(jiān)管。支持移動(dòng)互聯(lián)架構(gòu)，可采用APP方式隨時(shí)、隨地、實(shí)時(shí)對(duì)智慧污水處理項(xiàng)目進(jìn)行全方位的綜合管理。

3.2生產(chǎn)運(yùn)行管理

生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)可接受管理人員在項(xiàng)目平臺(tái)下達(dá)的指令，根據(jù)后臺(tái)AI計(jì)算結(jié)果進(jìn)行指令識(shí)別，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化工藝統(tǒng)一調(diào)節(jié)與控制，這是“實(shí)現(xiàn)無人值守、高效可靠運(yùn)行安全”污水處理項(xiàng)目建設(shè)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過平臺(tái)內(nèi)嵌的SCADA系統(tǒng)，可以在平臺(tái)中自動(dòng)搜集場(chǎng)站內(nèi)生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成分析，根據(jù)分析結(jié)果在后臺(tái)進(jìn)行設(shè)備調(diào)度，以此代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以管理員經(jīng)驗(yàn)為指標(biāo)進(jìn)行調(diào)度的管理辦法，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目內(nèi)各生產(chǎn)設(shè)備的智慧聯(lián)動(dòng)。管理團(tuán)隊(duì)采用平臺(tái)中的經(jīng)營管控模塊，將傳統(tǒng)的人工績效統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)镵PI的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)生成及展示，以及各類報(bào)表圖表的自動(dòng)生成。通過管理質(zhì)量、能耗分析、設(shè)備運(yùn)行效率、運(yùn)行工藝參數(shù)等多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)定期對(duì)項(xiàng)目運(yùn)行管理狀況進(jìn)行綜合性評(píng)定，并以多維度統(tǒng)計(jì)圖表的方式展現(xiàn)結(jié)果，協(xié)助識(shí)別污水處理項(xiàng)目運(yùn)行管理的薄弱環(huán)節(jié)，為項(xiàng)目可視化、精細(xì)化、智慧化運(yùn)營提供數(shù)據(jù)依據(jù)和支撐。污水處理設(shè)備管理一直是項(xiàng)目運(yùn)行管理的中心，由于污水處理工藝復(fù)雜，設(shè)備需求量大，且城市出水水質(zhì)要求逐年升高，有關(guān)設(shè)備采購質(zhì)量和高效運(yùn)行的管理成為污水處理項(xiàng)目生產(chǎn)運(yùn)行最為關(guān)注的痛點(diǎn)。與傳統(tǒng)污水處理項(xiàng)目設(shè)備分散管理模式不同，通過平臺(tái)的設(shè)備管理功能模塊，項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)管理人員對(duì)于設(shè)備全生命周期的集中管理，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備識(shí)別，在設(shè)備的采購、使用、維護(hù)、報(bào)廢等全生命周期實(shí)現(xiàn)信息化的跟蹤管理。并且通過平臺(tái)內(nèi)嵌展示的設(shè)備3D模型，即時(shí)了解設(shè)備的最新運(yùn)行狀態(tài)、性能和各項(xiàng)重要參數(shù)，隨時(shí)查看設(shè)備內(nèi)外部結(jié)構(gòu)、歷史維修記錄、作業(yè)指導(dǎo)書和技術(shù)參考手冊(cè)等。在后臺(tái)對(duì)項(xiàng)目內(nèi)設(shè)備運(yùn)行期間發(fā)生的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合及評(píng)估，生成設(shè)備報(bào)告，評(píng)估設(shè)備健康狀態(tài)，包括設(shè)備使用年限、設(shè)備維修頻次、設(shè)備維修成本和設(shè)備殘值等信息。項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)利用平臺(tái)數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)手段，建立AVS精確曝氣流量控制系統(tǒng)、加藥除磷智能控制系統(tǒng)、BAM生物需氣量計(jì)算模塊等模型決策系統(tǒng)，在生產(chǎn)過程中以圖表、圖形、報(bào)表等直觀方式自動(dòng)為管理人員提供優(yōu)化建議及決策輔助，由現(xiàn)場(chǎng)專家決定是否執(zhí)行。通過模型決策系統(tǒng)輸出的控制策略，實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的對(duì)接，協(xié)助實(shí)現(xiàn)污水處理項(xiàng)目運(yùn)行的自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)。利用水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的全流程管理，包括全工藝全流程水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)（含水源等數(shù)據(jù)信息）、化驗(yàn)業(yè)務(wù)流程信息化綜合管理等功能。應(yīng)用水質(zhì)毒性生物監(jiān)測(cè)儀（RTB）、水質(zhì)預(yù)測(cè)模型等技術(shù)手段，快速反饋處理，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)預(yù)警。

結(jié)語

污水處理廠應(yīng)用智能化信息技術(shù)，不僅更為靈活，而且還降低了人工成本，通過對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的適當(dāng)調(diào)控，對(duì)當(dāng)前污水處理的實(shí)際需求進(jìn)行相應(yīng)的處理，既保證了污水處理的效果同時(shí)也降低了污水處理的成本。現(xiàn)代科技發(fā)展迅速，未來必將出現(xiàn)更多的新技術(shù)新設(shè)備提高污水處理的效益，而污水處理廠也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，積極發(fā)展，跟上時(shí)代的步伐。

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