清華大學施漢昌：智慧水務在排水領域如何發揮更大效益

時間：2020-09-27 09:10

來源：中國水網

作者：李曉佳

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排水系統智能化的支撐技術

污水處理廠以及管網是排水系統中需要做技術支撐的兩個主要部分。

首先是污水處理廠。污水處理廠運行管理子系統中包括兩個部分：一是智能化運行控制子系統，二是智能化運行分析子系統。

施漢昌認為，智能化本身建立在自動化的基礎上，更側重于對數據的分析和決策。污水處理廠智能化運行分析子系統包括運行管理問題查詢、出水水質超標判斷、最佳運行參數搜索、污水處理性能評價。

下圖是運行問題查詢界面，收集的經驗和各種資料，包括污水處理廠運行管理各階段的問題，可以通過查詢關鍵詞獲得。

之后將出水水質等數據輸入出水水質判斷頁面，就可以判斷水質是否超標，如果超標，就會進一步分析超標的原因，以及針對問題應該采取哪些對策，可以幫助運行人員很好地解決問題。

工藝運行參數搜索界面，可以搜集多個廠的數據，放在數據庫中，通過對進水的情況判斷，就可以通過搜索把能夠達標的運行條件提供出來。如果對于單廠有足夠的歷史數據，也可以做成數據集，從中搜索該廠能夠運行達標的條件，從而指導污水處理廠的穩定運行。

污水處理廠性能評價界面，是根據污水處理廠的評價指標體系，建立的評價軟件，可以對污水處理廠運行狀態進行評價和分析。

污水處理廠運行管理子系統的另一部分是智能化運行控制子系統，該系統對來水進行分析，污水處理廠的來水經常變化。如果來水有可能對出水達標帶來威脅，系統就可以做到預警。

另外，智能化運行控制子系統也會對污水處理廠的除氮除磷進行控制，控制包括曝氣池供氣量、內回流量、外回流量、污泥排放量以及加藥量等環節。

從節能的角度來講，污水處理廠第一大能耗是曝氣，第二大能耗是進水提升泵。針對這兩方面如果能夠做到一定的優化，既可以達到節能的效果。

針對這些環節，技術平臺主張采用前饋和反饋的系統。一般來講，曝氣要設定溶解氧的值，確定以后，依據負荷變化以前饋調整設定值，以反饋保持受控變量的控制精度，兩者聯合起來會達到最優的效果。

下圖是污水處理精確曝氣控制系統的界面。左邊是沒有控制的，溶解氧的波動很大。右邊是有控制的，波動明顯變小。而且根據不同的時間段，它的溶解氧的設定值可以有高有低的變化，一般來講，對于污水處理廠可以節省10%—20%的曝氣量，相對來講更節能。

另外，現在常用的是智能加藥，碳源投加和除磷都是加藥的一部分。施漢昌強調，碳源是在反硝化過程中用的，整個工程下來，可以節省10%—15%的加藥費用，一套加藥系統裝上去，大概一、兩年可以回收成本，相對比較劃算。

化學除磷的加藥控制，可以參考下圖：中間是從曝氣池里面取水樣，因為污泥濃度很高，要有一個特殊的過濾系統，把水樣里面的污泥清除掉，這就需要對加藥量的控制。

排水管網管理系統的建立，首先要界定管網服務區域的邊界，然后要求把管網的數據存入一個GIS地圖。從污水處理廠往上，將整個管網的服務區理清，理清之后，可以在一些關鍵點裝上儀器，有了數據就可以用曲線做分析。

實際上要想知道流量和水質的變化，可以有各種參數進行選擇，如COD、電導率、氨氮、磷酸鹽、流量、液位等。

施漢昌指出，從對排水管網管理的角度來講，最好選擇比較便宜、耐用，且維護量小的儀器。COD、氨氮、磷酸鹽的監測儀器比較貴，維護量比較大，所以一般選擇電導率和液位兩個參數，由此可以建立模型，對管網的情況進行分析，最后，在管理平臺進行分析，得到對策，指導管網的調度和運行。

現在行業普遍關注廠網的聯合調度，這是比較好的一種狀況。但是目前來講，廠網聯合調度，前提是廠本身的智能化運行，其次要有管網的智能化管理，兩者結合起來才能做好廠網的運行調度。通過聯合調度，可以有效解決內澇問題，未來廠網的聯合調度也是一大趨勢。

智慧水務在排水行業發展空間巨大

智慧水務是信息化大潮推動的必然產物，是水務行業發展的剛需。污水處理領域基礎薄弱、欠賬比較多，需要實事求是地推進。

目前，首要的目標是穩定達標和節能降耗，將來再發展可以做到少人值守，甚至無人值守。隨著信息化技術、自動化技術等的發展，污水廠全流程的智能化少人水廠運營形式也會發展起來。

總的來講，智慧水務在排水行業中有很好的發展空間。施漢昌總結認為，源、網、廠、水體分立的體制已經不能適應目前大環境的需求，水務管理必將以水系統為對象實現統一管理與發展。其次，我國已建成運行4000余座污水處理廠，并有巨大的配套管網，按照工程壽命30年計算，短期內不可能大量重建，重點是優化運行和技術改造，智慧水務具有良好的市場前景。三是，智慧水務共享技術將在水務行業解決“物聯網+”什么和大數據的內在聯系，將努力推動智慧水務的發展。

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