構(gòu)建城市(半)開(kāi)放式智能水再生公園系統(tǒng)

文_辛懷達(dá) 金川集團(tuán)公司鎳冶煉廠

我國(guó)城市化發(fā)展的過(guò)程亟需考慮城市生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，不僅有利于人與自然的和諧共處，更有利于提高人們的生活品質(zhì)。《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱(chēng)“水十條”） ，要求污水處理著力于治理劣五類(lèi)水及更差水體，確保飲水安全主要針對(duì)飲用水水源地等水質(zhì)較好水體，保證水質(zhì)不下降、不退化。本文在對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，引入了城市社區(qū)公園的建設(shè)，并將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與污水處理廠的運(yùn)行緊密結(jié)合，提出了城市（半）開(kāi)放式智能水再生公園系統(tǒng)。

1 設(shè)計(jì)理念

廠區(qū)建筑物進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)，降低能耗。盡量將污水處理構(gòu)筑物建于地下，便于處理臭氣和降噪，地面種植綠色植物。將污水處理廠建成一個(gè)（半）開(kāi)放式的公園；增加人工生態(tài)綠地，進(jìn)一步降解污染物，同時(shí)可作為城市公園使用，出水可回收利用。由于該污水處理廠不會(huì)影響周?chē)h(huán)境，可將污水處理廠建于城市近郊，可省去鋪設(shè)長(zhǎng)距離污水管道的投資。雖是污水處理廠，但也是城市公園，污水處理廠附近的地價(jià)將不降反升。

運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)污水處理廠的“智慧生產(chǎn)”。設(shè)備及儀表的管理及維護(hù)工作通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)與專(zhuān)業(yè)的外包服務(wù)單位相連通，在污水到達(dá)廠區(qū)時(shí)，智能控制系統(tǒng)會(huì)結(jié)合工藝特點(diǎn)，會(huì)自動(dòng)選擇最優(yōu)的全過(guò)程控制方案，以達(dá)到最佳的能耗、物耗方案，以及達(dá)到最高效的資源再生產(chǎn)能力。

2 城市(半)開(kāi)放式智能水再生公園系統(tǒng)

2.1 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)污水處理廠“布局合理、功能分區(qū)、流程有序、預(yù)留發(fā)展、減少土地征用” 的平面布置原則，根據(jù)廠址的地形，地貌，道路等自然條件，考慮進(jìn)出水走向，風(fēng)向等因素，按功能將處理廠劃分為污水處理區(qū)、人工生態(tài)濕地區(qū)、污泥處理處置區(qū)生產(chǎn)管理區(qū)，各區(qū)之間以綠化帶隔離。

水處理中心位于城市（半）開(kāi)放式智能水再生公園系統(tǒng)西北側(cè)，擬在廠區(qū)的西北側(cè)和東北側(cè)分別設(shè)置水處理中心主入口和次入口；人工生態(tài)濕地公園位于該城市（半）開(kāi)放式智能水再生公園系統(tǒng)東南側(cè)，包括人工濕地、運(yùn)動(dòng)區(qū)、展覽廳等區(qū)域，擬在公園西南側(cè)和南側(cè)分別設(shè)置公園主入口和次入口；污泥堆肥中心位于城市（半）開(kāi)放式智能水再生公園系統(tǒng)東側(cè)，為圓形半地下建筑，主要用于水處理中心剩余污泥及部分城鎮(zhèn)垃圾的好氧發(fā)酵堆肥處置，擬在堆肥中心東側(cè)設(shè)置堆肥中心入口。污水由廠區(qū)西北角進(jìn)入，進(jìn)廠污水經(jīng)過(guò)泵站提升后，經(jīng)細(xì)格柵后進(jìn)入沉砂池，然后重力順流至改良型A/A/O氧化溝及二沉池，經(jīng)紫外消毒后尾水進(jìn)入人工生態(tài)濕地公園。

2.2 廠前區(qū)

廠前區(qū)的主要建筑物有綜合用房及污水凈化展覽廳等。方案綜合用房位于水處理中心及人工生態(tài)濕地的交界區(qū)，既方便對(duì)水處理中心的運(yùn)行管理，同時(shí)由于其靠近人工濕地公園，能給工作人員創(chuàng)造一個(gè)良好的工作環(huán)境。

此外，由于國(guó)內(nèi)外對(duì)于水處理中心的管理體制限制了游客不能隨意進(jìn)入廠區(qū)進(jìn)行參觀游覽，方案提出設(shè)置污水凈化展覽廳，其通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)置人性化的無(wú)線語(yǔ)音、視頻、投影等形式對(duì)水處理中心的功能、工藝過(guò)程、工藝單元進(jìn)行介紹和展示，通過(guò)互動(dòng)進(jìn)行一些企業(yè)宣傳和知識(shí)普及。

2.3 污水污泥處理區(qū)

污水處理區(qū)包括預(yù)處理、生物處理兩部分，預(yù)處理構(gòu)筑物包括粗細(xì)格柵間、進(jìn)水泵房、沉砂池；生物處理區(qū)包括改良型A/A/O氧化溝、二沉池。預(yù)處理區(qū)位于水處理中心西北部，生物反應(yīng)區(qū)位于廠區(qū)中西部，污水流程自西向東，沒(méi)有曲折迂回，水力流程順暢。

污泥處理區(qū)與污水處理區(qū)相鄰，位于該城市（半）開(kāi)放式智能水再生公園系統(tǒng)東北部，緊靠生物處理區(qū)域，便于將來(lái)集中收集污泥，污泥管道連接方便。污泥濃縮脫水機(jī)房靠近運(yùn)泥餅車(chē)庫(kù)，便于污泥運(yùn)輸。污泥堆肥中心位于污泥濃縮脫水機(jī)房東南側(cè)，靠近濃縮脫水機(jī)房，便于污泥的處置。

2.4 堆肥中心

污泥填埋是目前污泥處置的主要方式之一，但隨之產(chǎn)生的污染也是不容忽視的。方案考慮到堆肥的生態(tài)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，采用生態(tài)景觀設(shè)計(jì)理念，提出設(shè)置堆肥中心。頂層按照生態(tài)植物園的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行植物配置，力求打造一個(gè)集觀賞性、功能性、生態(tài)性為一體的現(xiàn)代化污泥堆肥中心，因此將處理構(gòu)筑物設(shè)置于地下，其除能消納水處理中心產(chǎn)生的全部剩余污泥外，同時(shí)還能消納部分其它污水處理廠剩余污泥及城鎮(zhèn)生活垃圾，能給堆肥中心創(chuàng)造一定的收益。

2.5 人工濕地生態(tài)公園

人工濕地生態(tài)公園位于城市（半）開(kāi)放智能水再生公園系統(tǒng)東南部，分為生態(tài)濕地區(qū)域、濱水游憩區(qū)、體育運(yùn)動(dòng)休閑區(qū)、生態(tài)景觀觀賞區(qū)及污水凈化展覽區(qū)。整個(gè)設(shè)計(jì)充分利用原有地形，有效減少了工程量。平面布局形態(tài)自然，線勢(shì)優(yōu)美。此外，由于人工濕地公園內(nèi)地形起伏較大，塑造景觀地貌所需的土方量小。人工濕地生態(tài)公園內(nèi)的部分水面及濱水走廊等根據(jù)不同的景觀要求。靈活應(yīng)用拋石護(hù)岸、植物、自然式草坡護(hù)岸等形式組合。此外，通過(guò)沿岸木棧道、深入水面的挑臺(tái)、下沉式臺(tái)階提升市民的親水性。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的污水處理廠系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)理念和架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，總體按照物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)理論上分為三個(gè)層次，從下到上，依次是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

感知層：包括所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)所需要的專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備，數(shù)字電表、數(shù)字水表、流量計(jì)、重金屬離子傳感器以及各種氣體所用到的專(zhuān)業(yè)傳感器。感知層要求傳感器及其接口設(shè)備具有高速、數(shù)字化、高精度等特征。

網(wǎng)絡(luò)層：包括所有可用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，3G網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)及工業(yè)以太網(wǎng)將用于將感知層的數(shù)據(jù)接人后端的應(yīng)用層。傳輸層上實(shí)現(xiàn)物理鏈路的互通性，交互協(xié)議的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、安全性將成為該層的主要特征。

應(yīng)用層：主要通過(guò)大腦中樞的算法完成對(duì)采集到的各類(lèi)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理、系統(tǒng)化分析、直觀化展示以及海量存儲(chǔ)等功能。從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，預(yù)防各類(lèi)事故的發(fā)生，提高應(yīng)急事件處理效率。及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、處理問(wèn)題和解決問(wèn)題。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)在污水處理廠中的應(yīng)用效益

3.2.1 建立污水處理廠新的管理模式

在新的發(fā)展形勢(shì)下，污水處理廠要改革傳統(tǒng)的管理模式，才能不斷發(fā)展。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建新的管理模式對(duì)大型的污水處理廠來(lái)說(shuō)優(yōu)勢(shì)明顯，可改變污水處理廠各自孤立的運(yùn)營(yíng)狀況，將不同的位置的廠區(qū)聯(lián)系起來(lái)，使單個(gè)的處理廠變成一個(gè)生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行集中化的生產(chǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)信息的自由流動(dòng)和信息共享。同時(shí)，污水處理廠的設(shè)備及儀表的管理及維護(hù)方式都將從“被動(dòng)的事后維護(hù)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)的事前維護(hù)保養(yǎng)”，這些工作都可通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)與專(zhuān)業(yè)的外包服務(wù)單位相連通，基本不需要污水處理廠的人員參與。

3.2.2 提高污水處理廠專(zhuān)業(yè)化水平

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最大作用就是把分散部分的集中到一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部，方便進(jìn)行管理。智能控制系統(tǒng)的大腦的特點(diǎn)是分布式，即負(fù)責(zé)生產(chǎn)過(guò)程控制的控制器都分布于靠近設(shè)備和儀表的底層。上層的大腦則是放置在“云端”，與城市的管網(wǎng)以及其它污水處理廠互聯(lián)互通，可以完成更大范圍的智能調(diào)度。

3.2.3 降低污水處理廠生產(chǎn)成本

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用，實(shí)行自動(dòng)化的管理，減少了值班人員數(shù)量，增強(qiáng)了設(shè)備維護(hù)隊(duì)伍的機(jī)動(dòng)性，設(shè)備保養(yǎng)也得到了加強(qiáng)，降低了污水處理廠的生產(chǎn)成本。

4 結(jié)語(yǔ)

污水處理模式由目前的集中式向集中分散相結(jié)合是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)之一。城市（半）開(kāi)放式智能水再生公園系統(tǒng),不僅有利于推進(jìn)生態(tài)城市建設(shè)的進(jìn)程，提高人居生活環(huán)境，而且能提高污水處理廠的專(zhuān)業(yè)化水平，降低污水處理廠的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)信息共享，對(duì)污水處理廠的建設(shè)有一定的借鑒作用。