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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,更側重於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。

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之後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,以及針對問題應該採取哪些對策,可以幫助運行人員很好地解決問題。

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工藝運行參數搜索界面,可以蒐集多個廠的數據,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。如果對於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。

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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。

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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、內迴流量、外迴流量、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,技術平台主張採用前饋和反饋的系統。一般來講,曝氣要設定溶解氧的值,確定以後,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,對於污水處理廠可以節省10%—20%的曝氣量,相對來講更節能。

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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,相對比較划算。

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

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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,然後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,理清之後,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。

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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,最後,在管理平台進行分析,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。隨着信息化技術、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餘座污水處理廠,並有巨大的配套管網,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+”什麼和大數據的內在聯繫,將努力推動智慧水務的發展。

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