工業(yè)互聯(lián)網賦能，水務發(fā)展迎來新機遇

臧潤龍 黃黎明

摘要：工業(yè)互聯(lián)網是第四次工業(yè)革命的重要基石，在產業(yè)變革和疫情沖擊的雙重作用下，工業(yè)互聯(lián)網迎來了加速發(fā)展的“窗口”機遇期。青島市水務集團加快“智慧水務”工業(yè)互聯(lián)網建設，在工業(yè)互聯(lián)網的賽道上用創(chuàng)新引領集團數(shù)字化轉型。通過智慧水務平臺打通壁壘，信息公開、資源共享，促進信息技術和水務運營深度融合，推動青島水務集團成為水務運營管理的頭部企業(yè)，引領“智慧水務”的建設潮流和方向，實現(xiàn)新型工業(yè)化。

關鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網;發(fā)展;新機遇

一、“智慧水務”賦能，為基層單位生產注入新活力。

1、精確曝氣，科學合理控制溶解氧。

曝氣，是污水生物處理過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)。當曝氣不足時，容易造成生物池內硝化反應不充分，出水水質升高。反之，當曝氣過量時，不僅造成能耗的浪費，還會由于污泥回流過程中溶解氧濃度過高，導致反硝化效果不佳，容易造成TN異常。張村河水質凈化廠把智慧水務應用于工藝的調整和優(yōu)化上。技術人員采用精確曝氣系統(tǒng)，根據(jù)廠內密閉式生物池實際運行情況進行氣量分配，對空氣調節(jié)閥優(yōu)化控制，保證生物池溶解氧濃度穩(wěn)定受控且工藝運行安全平穩(wěn)。

張村河水質凈化廠技術人員根據(jù)生物池的狀況，不斷優(yōu)化工藝，空氣調節(jié)閥的優(yōu)化控制。傳統(tǒng)的電動執(zhí)行器通過步進方式調節(jié)空氣閥的開度，不可避免會導致閥門高頻率的開關動作，從而導致驅動裝置和閥體的過度磨損。精確曝氣系統(tǒng)控制器內儲存了閥門流量控制特性數(shù)據(jù)和污水處理廠特定的過程參數(shù)，如果出現(xiàn)過程偏差，電子微處理器單元會精確計算新的需氣量，通過調節(jié)閥開度和鼓風機壓力來實現(xiàn)精確曝氣。

在工業(yè)互聯(lián)網平臺下，張村河水質凈化廠工藝控制取得了較好的效果：

首先、VACOMASS?工藝優(yōu)化控制系統(tǒng)可以根據(jù)進水負荷以及生物池出水氨氮的變化來實時調整DO設定值，在出現(xiàn)負荷沖擊的時候及時升高DO設定值來保障水質凈化廠工藝的穩(wěn)定運行;在水質水量均較低的情況下及時降低DO設定值，以減少不必要的能耗浪費。DO自適應優(yōu)化控制系統(tǒng)和NH4-N優(yōu)化控制系統(tǒng)協(xié)同作用。青島張村河水質凈化廠自2018年月開始采用賓得VACOMASS?系統(tǒng)對生化池鼓風曝氣系統(tǒng)進行自動精確控制。2019年10月，在已有VACOMASS?系統(tǒng)的基礎上新增DO自適應優(yōu)化控制系統(tǒng)、NH4-N優(yōu)化控制系統(tǒng)等擴展功能。

其次、VACOMASS?工藝優(yōu)化控制系統(tǒng)使用后，水質凈化廠的出水氨氮和出水總氮均表現(xiàn)得更為穩(wěn)定，其中出水氨氮≤0.5mg/L的時間占到統(tǒng)計天數(shù)的99.2%，對比同期提高了15.9%;出水總氮≤10mg/L的時間占到統(tǒng)計天數(shù)的95%，對比同期提高了11.7%。

再次、使用VACOMASS?工藝優(yōu)化控制系統(tǒng)后，生物池出水溶解氧平均降低1.91mg/l， 去除單位總氮的碳源投加量降低7.51%

最后、VACOMASS?工藝優(yōu)化控制系統(tǒng)使用后，在生化池污泥濃度增加13.5%以及閥門執(zhí)行器故障導致的曝氣風量偏大的情況下依舊節(jié)能24.81%，節(jié)能降耗效果良好。

2、智慧加藥，實現(xiàn)節(jié)能降耗。精打細算，降低藥劑成本。

加藥是污水處理的一個重要環(huán)節(jié)，是保障并提高出水水質的重要措施。加藥系統(tǒng)的性能直接影響著污水廠的運營成本和污水處理的出水水質。在出水水質標準不斷提升的今天，國家提出碳達峰，碳中和的目標，低碳環(huán)保的要求不斷加碼，加藥系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效、節(jié)約化運行，關乎污水處理廠的日常生產運行和每一位工作人員。

張村河水質凈化廠根據(jù)智慧水務設計了加藥智能輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分將前饋控制、后饋控制等多種控制方式進行有效結合，建立控制模型，利用上位機控制系統(tǒng)和PLC通訊實現(xiàn)自動精確投藥。自動加藥系統(tǒng)根據(jù)采集的前置水質儀表數(shù)值和后置水質儀表數(shù)值綜合計算出當前的加藥系數(shù)K，再和水量L和單耗D相乘，得出當前所需的加藥量Q，對加藥泵進行賦值，來實現(xiàn)精準投加。

以乙酸鈉為例，因為實施了智慧加藥，乙酸鈉的投用數(shù)量大大減少，而且還保證了生產工藝的運行。通過加權算數(shù)平局數(shù)和最大值兩種計算方法比較，加藥智能輔助系統(tǒng)大大降低了藥劑的使用量。

3智慧產水，科學管控。確保出水水質達標，延長膜絲使用壽命。

廠內技術人員把智慧水務應用膜池的智能化改造。首先、根據(jù)產水系統(tǒng)的進水量以及膜池南北岸進水液位進行分別控制，膜池液位較高者，程序自動調高產水基數(shù)。反之，則降低產水基數(shù)。這種智能化操作方式，減少了人工進行操作賦值。而且，廠內技術人員根據(jù)張村河實際情況設置了自動和手動兩種模式，可以應對極端情況下的產水需求。

其次、根據(jù)膜池的運行特點，將膜池的產水、清洗、曝氣等按液位進行了一體化控制，防止液位差的產生，有效的減少了膜池污堵情況，并根據(jù)廠內生產實際，在中控室上位機上加設了膜池比通量的時時追蹤。值班員通過這些時時數(shù)據(jù)，可以對產水的實際情況以及膜池的運行狀況進行時時觀察，提前進行數(shù)據(jù)分析和工藝預判，對異常進水提前干預。

二、“智慧水務”賦能，企業(yè)管理再上新臺階。

智慧水務的實施，不僅使每個單位不再是信息孤島，而且實現(xiàn)了信息透明、資源共享。通過智慧水務實現(xiàn)資產管理的優(yōu)化，進一步加強對物資采購、庫存的管理。

實際上，智慧水務還有更廣泛的應用空間。通過智慧水務平臺，建立大數(shù)據(jù)中心。在智慧水務的平臺上搭建起資產管理體系、物資采購體系、庫存管理體系，將大大節(jié)省物料和人工成本。

以青島水務集團所屬污水廠經常使用的PLC（可編程邏輯控制器）為例，其PLC主要包括電源模塊、通訊模塊、CPU、模擬信號輸入模塊、模擬信號輸出模塊、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊。作為一個三級單位的污水處理廠每種模塊至少要有2個庫存配件，且PLC品牌型號多樣，僅此項的庫存占用的資金就超過了10萬元。十個污水廠僅PLC最基本的模塊配件占用的資金遠遠超過100萬。智慧水務的建成將打通這一壁壘。在目前PLC型號基本通用的前提下，每個廠的配件庫存，采購可以達到優(yōu)化配置。在智慧水務大數(shù)據(jù)中心的管理下集中采購，統(tǒng)一調配PLC配件的數(shù)量，在保證配件數(shù)量安全庫存的前提下，實現(xiàn)庫存量最少，即意味著用30%左右的資金占用就可以完成庫存目標。從經濟學角度來說，提高了資金的使用效率，大大提高了資金利用率。

三、“智慧水務”賦能，水務發(fā)展迎來新機遇。

通過“智慧水務”賦能，高起點、高標準建設“智慧水務”平臺大數(shù)據(jù)中心，更好地實現(xiàn)工業(yè)化路徑，推動集團數(shù)字化轉型邁出堅實的步伐。通過大數(shù)據(jù)中心的建設，配合集團盡快將集團下屬二、三級單位的數(shù)據(jù)進行綜合治理，為今后開展數(shù)據(jù)采集、指標分析，進一步優(yōu)化運用管理夯實基礎。水務集團作為賦能主體，受益主體的公共服務企業(yè)，在智慧水務平臺可以實現(xiàn)資源共享、專業(yè)化管理，智能化改造，推動設備、資金、人力等生產要素與互聯(lián)網對接，重構生產組織模式。

消費互聯(lián)網成就了阿里，信息技術成就了騰訊，在工業(yè)互聯(lián)網的賽道上，青島正在逐浪前行。青島水務集團加快建設“智慧水務”平臺，將企業(yè)工作機理與工業(yè)互聯(lián)網應用深度融合，提升集團的整體競爭力，助力集團在污水處理，自來水供給，海水淡化等領域成為頭部企業(yè)，構建起產業(yè)鏈、資金鏈、價值鏈、技術鏈四鏈合一的生態(tài)鏈。隨著智慧水務的建設和不斷完善，逐步實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網、信息化技術對集團發(fā)展進行全方位、多角度的智能化改造，以及在生產、運營、管理等環(huán)節(jié)的深度應用，加快構建集團數(shù)字化、網絡化、智能化發(fā)展的新格局。

參考文獻：

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[2] 呂永鵬 城鎮(zhèn)污水處理廠提質增效“十步法”研究與應用[J]中國給水排水 2020，36（10）：82-88

通訊作者：臧潤龍