清华大学施汉昌：智慧水务在排水领域如何发挥更大效益

时间：2020-09-27 09:10

来源：中国水网

作者：李晓佳

排水系统智能化的支撑技术

污水处理厂以及管网是排水系统中需要做技术支撑的两个主要部分。

首先是污水处理厂。污水处理厂运行管理子系统中包括两个部分：一是智能化运行控制子系统，二是智能化运行分析子系统。

施汉昌认为，智能化本身建立在自动化的基础上，更侧重于对数据的分析和决策。污水处理厂智能化运行分析子系统包括运行管理问题查询、出水水质超标判断、最佳运行参数搜索、污水处理性能评价。

下图是运行问题查询界面，收集的经验和各种资料，包括污水处理厂运行管理各阶段的问题，可以通过查询关键词获得。

之后将出水水质等数据输入出水水质判断页面，就可以判断水质是否超标，如果超标，就会进一步分析超标的原因，以及针对问题应该采取哪些对策，可以帮助运行人员很好地解决问题。

工艺运行参数搜索界面，可以搜集多个厂的数据，放在数据库中，通过对进水的情况判断，就可以通过搜索把能够达标的运行条件提供出来。如果对于单厂有足够的历史数据，也可以做成数据集，从中搜索该厂能够运行达标的条件，从而指导污水处理厂的稳定运行。

污水处理厂性能评价界面，是根据污水处理厂的评价指标体系，建立的评价软件，可以对污水处理厂运行状态进行评价和分析。

污水处理厂运行管理子系统的另一部分是智能化运行控制子系统，该系统对来水进行分析，污水处理厂的来水经常变化。如果来水有可能对出水达标带来威胁，系统就可以做到预警。

另外，智能化运行控制子系统也会对污水处理厂的除氮除磷进行控制，控制包括曝气池供气量、内回流量、外回流量、污泥排放量以及加药量等环节。

从节能的角度来讲，污水处理厂第一大能耗是曝气，第二大能耗是进水提升泵。针对这两方面如果能够做到一定的优化，既可以达到节能的效果。

针对这些环节，技术平台主张采用前馈和反馈的系统。一般来讲，曝气要设定溶解氧的值，确定以后，依据负荷变化以前馈调整设定值，以反馈保持受控变量的控制精度，两者联合起来会达到最优的效果。

下图是污水处理精确曝气控制系统的界面。左边是没有控制的，溶解氧的波动很大。右边是有控制的，波动明显变小。而且根据不同的时间段，它的溶解氧的设定值可以有高有低的变化，一般来讲，对于污水处理厂可以节省10%—20%的曝气量，相对来讲更节能。

另外，现在常用的是智能加药，碳源投加和除磷都是加药的一部分。施汉昌强调，碳源是在反硝化过程中用的，整个工程下来，可以节省10%—15%的加药费用，一套加药系统装上去，大概一、两年可以回收成本，相对比较划算。

化学除磷的加药控制，可以参考下图：中间是从曝气池里面取水样，因为污泥浓度很高，要有一个特殊的过滤系统，把水样里面的污泥清除掉，这就需要对加药量的控制。

排水管网管理系统的建立，首先要界定管网服务区域的边界，然后要求把管网的数据存入一个GIS地图。从污水处理厂往上，将整个管网的服务区理清，理清之后，可以在一些关键点装上仪器，有了数据就可以用曲线做分析。

实际上要想知道流量和水质的变化，可以有各种参数进行选择，如COD、电导率、氨氮、磷酸盐、流量、液位等。

施汉昌指出，从对排水管网管理的角度来讲，最好选择比较便宜、耐用，且维护量小的仪器。COD、氨氮、磷酸盐的监测仪器比较贵，维护量比较大，所以一般选择电导率和液位两个参数，由此可以建立模型，对管网的情况进行分析，最后，在管理平台进行分析，得到对策，指导管网的调度和运行。

现在行业普遍关注厂网的联合调度，这是比较好的一种状况。但是目前来讲，厂网联合调度，前提是厂本身的智能化运行，其次要有管网的智能化管理，两者结合起来才能做好厂网的运行调度。通过联合调度，可以有效解决内涝问题，未来厂网的联合调度也是一大趋势。

智慧水务在排水行业发展空间巨大

智慧水务是信息化大潮推动的必然产物，是水务行业发展的刚需。污水处理领域基础薄弱、欠账比较多，需要实事求是地推进。

目前，首要的目标是稳定达标和节能降耗，将来再发展可以做到少人值守，甚至无人值守。随着信息化技术、自动化技术等的发展，污水厂全流程的智能化少人水厂运营形式也会发展起来。

总的来讲，智慧水务在排水行业中有很好的发展空间。施汉昌总结认为，源、网、厂、水体分立的体制已经不能适应目前大环境的需求，水务管理必将以水系统为对象实现统一管理与发展。其次，我国已建成运行4000余座污水处理厂，并有巨大的配套管网，按照工程寿命30年计算，短期内不可能大量重建，重点是优化运行和技术改造，智慧水务具有良好的市场前景。三是，智慧水务共享技术将在水务行业解决“物联网+”什么和大数据的内在联系，将努力推动智慧水务的发展。

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