農(nóng)村分散式污水處理站運(yùn)維管理的智慧化實(shí)踐

沈 計(jì)， 高欣琦

(1.天津市潤(rùn)辰水務(wù)有限公司，天津300000；2.天津水動(dòng)力環(huán)?？萍加邢薰?，天津300392)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，農(nóng)村群眾生活水平大幅提高。與此同時(shí)農(nóng)村的用水量和污水量均呈上升趨勢(shì)，污水的隨意排放、旱廁的使用等造成的環(huán)境影響越發(fā)嚴(yán)重。近幾年，隨著新農(nóng)村建設(shè)的深入推進(jìn)，農(nóng)村污水處理逐漸得到重視，農(nóng)村污水處理項(xiàng)目建設(shè)投資力度加大，工程建設(shè)項(xiàng)目覆蓋率也顯著提升。但農(nóng)村污水點(diǎn)位分散、水質(zhì)水量不穩(wěn)定、管理難度大等問(wèn)題，導(dǎo)致一些地區(qū)的農(nóng)村污水處理設(shè)施運(yùn)行率還不到10%，發(fā)揮的作用極為有限。信息技術(shù)在持續(xù)發(fā)展、智慧化運(yùn)維管理措施不斷落地的當(dāng)下，農(nóng)村污水處理的運(yùn)維管理應(yīng)積極吸收先進(jìn)的管理理念，針對(duì)農(nóng)村污水特性實(shí)施高效的智慧化運(yùn)維管理方案。

1 農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀

1.1 農(nóng)村污水處理項(xiàng)目實(shí)施情況

相比城鎮(zhèn)生活污水處理，我國(guó)農(nóng)村生活污水的處理起步較晚?！笆晃濉币?guī)劃提出后，農(nóng)村污水處理事業(yè)伴隨著新農(nóng)村建設(shè)開(kāi)始發(fā)展，農(nóng)村污水處理項(xiàng)目全面鋪開(kāi)。2017—2020年天津市寶坻區(qū)已完成實(shí)施共計(jì)521個(gè)行政村的農(nóng)村生活污水處理項(xiàng)目，包括村莊生活污水收集管網(wǎng)及污水處理站的建設(shè)。其中，2017年針對(duì)寶坻區(qū)22個(gè)鎮(zhèn)街共計(jì)195個(gè)村，建設(shè)污水處理站總數(shù)高達(dá)241個(gè)，鋪設(shè)生活污水收集管網(wǎng)總長(zhǎng)度為1 638 km。但在污水處理站運(yùn)維初期，收益與處理效果并不理想，原因主要包括農(nóng)村污水污染源復(fù)雜、站點(diǎn)分散且較為偏僻、運(yùn)營(yíng)管理難度大以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)居民環(huán)保意識(shí)普遍較為薄弱等。

1.2 農(nóng)村污水的主要來(lái)源

隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活水平的不斷提高，居民用水習(xí)慣發(fā)生了巨大變化，洗漱、沖廁、淋浴、廚房、洗滌等日?；顒?dòng)的用水量大幅度增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，農(nóng)村污水污染物排放量占污染物排放總量的50%左右。

此外，農(nóng)作物化肥、化學(xué)農(nóng)藥的使用量嚴(yán)重超標(biāo)，一方面導(dǎo)致畜牧養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞便還田率逐年降低，大量糞便未經(jīng)處理直接排放到環(huán)境內(nèi)；另一方面殘余化肥農(nóng)藥排入水體內(nèi)，對(duì)環(huán)境質(zhì)量造成極大的影響。

鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)排放的污水也是農(nóng)村污水的一大重要來(lái)源，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)都存在廢水多、無(wú)組織排放、企業(yè)管理人員環(huán)保意識(shí)薄弱、監(jiān)管力度不夠等問(wèn)題，大多數(shù)以粗放經(jīng)營(yíng)為特征，排放的污水中含有大量高濃度有機(jī)污染物，增大了污水處理難度。

2 農(nóng)村污水的主要特點(diǎn)

農(nóng)村污水相較于城鎮(zhèn)污水，具有污水較為分散、分布范圍廣、收集難度大的特點(diǎn)。若對(duì)農(nóng)村污水進(jìn)行集中處理，需要鋪設(shè)大量地下管道進(jìn)行收集，不僅建設(shè)成本較高，建成后的運(yùn)行管理難度也非常大。

針對(duì)上述特點(diǎn)，農(nóng)村污水大多采用分散式污水處理的方式。分散式污水處理系統(tǒng)主要是指將污水進(jìn)行原位處理，針對(duì)農(nóng)村污水設(shè)計(jì)出適合的污水排放點(diǎn)，在參考距離、居住密度等的基礎(chǔ)上做好區(qū)域劃分，以分區(qū)的方式進(jìn)行集中，且針對(duì)不同的區(qū)域以單獨(dú)處理為主。分散式污水處理系統(tǒng)具有布局靈活、施工便捷等特點(diǎn)，能夠針對(duì)水質(zhì)進(jìn)行合理化的選擇，確保出水質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)本區(qū)域范圍內(nèi)污水的有效處理，具有以下特點(diǎn)。

2.1 站點(diǎn)分散、數(shù)量多

現(xiàn)階段村落分布較為分散，相對(duì)應(yīng)的農(nóng)村污水處理站也具有站點(diǎn)分散、數(shù)量多的特點(diǎn)，給運(yùn)維管理工作帶來(lái)不便。污水處理站無(wú)法做到24 h專(zhuān)人值守，對(duì)設(shè)備和工藝運(yùn)行情況的巡視具有滯后性，運(yùn)維人員對(duì)場(chǎng)站運(yùn)行狀況了解不及時(shí)，從而影響工藝運(yùn)行效果和出水水質(zhì)。

2.2 運(yùn)行成本較高

由于站點(diǎn)分布問(wèn)題，需要投入一定量的人員和車(chē)輛成本，確保最大限度了解每個(gè)場(chǎng)站的運(yùn)行情況。此外，由于巡視的滯后性，設(shè)備、設(shè)施的維修維護(hù)不及時(shí)，導(dǎo)致其使用年限和完好率有所降低，增加了維修、更換成本。

2.3 水質(zhì)、水量不穩(wěn)定

農(nóng)村污水處理設(shè)施一般為占地較小的一體化污水處理設(shè)備，一方面適合處理水量相對(duì)較小的村內(nèi)污水，另一方面可以節(jié)省一部分土地資源。污水量受村內(nèi)居民早晚用水量差異、冬雨季水量等因素的影響較大，雨季時(shí)系統(tǒng)會(huì)超負(fù)荷運(yùn)行，若污水處理站處理量不足可能發(fā)生村內(nèi)污水跑冒的情況；而冬季尤其是夜晚水量較小，甚至出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，水量變化十分顯著。此外，農(nóng)村污水污染源成分復(fù)雜，部分污水中含有畜牧糞便、化肥農(nóng)藥等高濃度有機(jī)物，水質(zhì)波動(dòng)也較大。寶坻區(qū)所建成的農(nóng)村污水處理站處理量?jī)H為4～203 m3/d，水質(zhì)、水量的大幅度變化對(duì)于體量較小、負(fù)荷較低的污水處理站來(lái)說(shuō)沖擊較大，直接影響處理效果。

2.4 廠站位置偏僻，不易尋找

農(nóng)村污水處理站的建設(shè)一般會(huì)考慮不影響村內(nèi)居民的日常生活，故位置相對(duì)比較偏僻，不易定位。還有一部分建設(shè)為地埋式一體化處理設(shè)備或花園式污水處理設(shè)備，使得場(chǎng)站的位置相對(duì)模糊，不易尋找。

2.5 附加設(shè)施運(yùn)行管理難度大

大部分分散式污水處理系統(tǒng)的運(yùn)維管理對(duì)象還包括區(qū)域內(nèi)泵站、排水管網(wǎng)等，但是由于排水管網(wǎng)建設(shè)工程質(zhì)量存在一些問(wèn)題，且村內(nèi)居民配合度不高、管理責(zé)任劃分不明確、管網(wǎng)日常損壞率較高等因素，管網(wǎng)運(yùn)維管理工作存在較大難度。

3 運(yùn)維管理智慧化方案

針對(duì)農(nóng)村污水處理站點(diǎn)的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的運(yùn)維管理方式存在很多弊端。為順應(yīng)信息化時(shí)代發(fā)展，切實(shí)可行地解決農(nóng)村分散式污水處理站的運(yùn)維管理問(wèn)題，智慧化運(yùn)維管理平臺(tái)的實(shí)踐及應(yīng)用則尤為重要。

3.1 運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺(tái)

運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺(tái)是根據(jù)農(nóng)村分散式污水處理站的特點(diǎn)，以污水處理站管理日常為基礎(chǔ)建立的智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)，系統(tǒng)分為前端手機(jī)APP版和后端WEB版管理分析。通過(guò)詳細(xì)分析實(shí)際管理和維護(hù)需求，進(jìn)行針對(duì)性的開(kāi)發(fā)和調(diào)整，形成了一款集數(shù)據(jù)、管理、監(jiān)控、分析于一體的綜合管理系統(tǒng)軟件。

運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)以數(shù)據(jù)為全面管理核心，通過(guò)運(yùn)維管理平臺(tái)搭配遠(yuǎn)程智能采集終端使用，能實(shí)時(shí)掌控污水處理站的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)人、車(chē)、物的優(yōu)化調(diào)度，減少日常人員投入，提高管理效率和水平，形成高效管理體系，從管理上助力農(nóng)村污水處理。

3.2 運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺(tái)的主要功能

運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺(tái)可通過(guò)手機(jī)APP或WEB端實(shí)時(shí)查看場(chǎng)站相關(guān)運(yùn)行管理數(shù)據(jù)，具有多項(xiàng)功能。

① 場(chǎng)站詳情查看

可在系統(tǒng)移動(dòng)端實(shí)時(shí)查看場(chǎng)站名稱(chēng)、所屬區(qū)域、主要工藝、規(guī)模以及相關(guān)負(fù)責(zé)人等污水處理站的詳細(xì)信息。

② 工藝設(shè)備情況實(shí)時(shí)掌握

系統(tǒng)可通過(guò)智能采集終端，從現(xiàn)場(chǎng)PLC端遠(yuǎn)程獲取場(chǎng)站工藝參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行工況。當(dāng)工藝參數(shù)超出設(shè)定范圍或設(shè)備運(yùn)行異常時(shí)，立即觸發(fā)報(bào)警程序，通知運(yùn)維和管理人員。

③ 巡檢流程信息化

系統(tǒng)根據(jù)場(chǎng)站實(shí)際運(yùn)維情況，詳細(xì)列出場(chǎng)站每日巡檢流程和內(nèi)容，運(yùn)維人員可在巡站時(shí)通過(guò)移動(dòng)端查看并錄入相關(guān)信息。

④ 設(shè)備維護(hù)提醒

系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)維人員錄入的設(shè)備維護(hù)信息以及相應(yīng)設(shè)備的維護(hù)周期，提醒運(yùn)維人員定期開(kāi)展設(shè)備、設(shè)施的維護(hù)工作。

⑤ 水質(zhì)數(shù)據(jù)錄入分析

化驗(yàn)人員通過(guò)系統(tǒng)錄入場(chǎng)站的進(jìn)、出水水質(zhì)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并生成曲線圖，便于分析對(duì)比。

⑥ 人員管理

系統(tǒng)能針對(duì)不同崗位人員設(shè)定相對(duì)應(yīng)的權(quán)限，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員負(fù)責(zé)使用人員的權(quán)限開(kāi)啟和關(guān)閉。

相比而言，我們的不作為，才是對(duì)員工最大的犯罪。我不知道那些被我和老楊辭退的員工們?nèi)缃穸荚趺礃恿恕５?，他們都收獲了成長(zhǎng)。

⑦ 車(chē)輛管理

系統(tǒng)根據(jù)車(chē)輛的定位功能，可隨時(shí)獲取車(chē)輛位置和行駛軌跡。

3.3 運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

場(chǎng)站設(shè)備及工藝數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集、同步顯示，大量分散的站點(diǎn)可統(tǒng)一管理，WEB端工藝數(shù)據(jù)界面如圖1 所示?？蓪?shí)現(xiàn)隨時(shí)線上查看場(chǎng)站運(yùn)行，無(wú)需人員24 h值守。根據(jù)設(shè)定的設(shè)備維護(hù)周期，提醒運(yùn)維人員定期維護(hù)，一方面保證了工藝設(shè)備正常運(yùn)行，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；另一方面有助于延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低維修維護(hù)成本。

圖1 WEB端工藝數(shù)據(jù)界面Fig.1 Interface of process data at WEB side

巡站人員能利用平臺(tái)的統(tǒng)一管理，按系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定的巡檢流程，將日常巡檢、藥劑使用量和維修內(nèi)容填寫(xiě)到系統(tǒng)中，避免了漏巡，也節(jié)省了各種維護(hù)、維修等報(bào)表的記錄工作，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)運(yùn)維團(tuán)隊(duì)巡視多個(gè)站點(diǎn)，從而降低運(yùn)維人員和車(chē)輛成本。

針對(duì)農(nóng)村污水變化系數(shù)大的問(wèn)題，運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺(tái)具有相應(yīng)的報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到液位超出設(shè)定范圍，管理人員可第一時(shí)間接到報(bào)警反饋，隨后迅速做出響應(yīng)，就近調(diào)度運(yùn)維人員到場(chǎng)，最大限度避免污水跑冒和設(shè)備故障，做到提前預(yù)防、及時(shí)處理。

運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺(tái)還能實(shí)現(xiàn)全部場(chǎng)站基本信息，包括名稱(chēng)、規(guī)模、所屬村鎮(zhèn)等可查，通過(guò)圖2所示的GIS分布地圖或搜索，可精準(zhǔn)導(dǎo)航至場(chǎng)站。

圖2 WEB端站點(diǎn)GIS界面Fig.2 GIS interface of sites at WEB side

站點(diǎn)水質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)的錄入使運(yùn)維團(tuán)隊(duì)的工藝調(diào)試人員有據(jù)可依，長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)積累也為今后的調(diào)試工作做出鋪墊。運(yùn)維人員可參考往年同期的水質(zhì)數(shù)據(jù)，為保障出水達(dá)標(biāo)做好預(yù)防工作。

運(yùn)維人員在使用系統(tǒng)時(shí)，不同崗位職責(zé)人員具有不同權(quán)限，確保了系統(tǒng)的安全性能。通過(guò)車(chē)輛的管理功能，管理人員能及時(shí)掌握巡站人員行程和動(dòng)向，以便調(diào)度及時(shí)，同時(shí)也避免了公車(chē)私用等情況的發(fā)生。

3.4 運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺(tái)效益分析

在事故處理方面，能高效、及時(shí)做出響應(yīng)，做到針對(duì)應(yīng)急事故1 h內(nèi)到場(chǎng)并做出反應(yīng)。水質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)的錄入分析，提高了工藝調(diào)試的效率和精準(zhǔn)度。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及維護(hù)時(shí)間、維護(hù)周期等信息的統(tǒng)計(jì)，有助于及時(shí)、專(zhuān)業(yè)地對(duì)設(shè)備開(kāi)展維修維護(hù)，可將設(shè)備使用壽命延長(zhǎng)1～2年。

運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺(tái)的應(yīng)用不僅大幅度提高了站點(diǎn)的運(yùn)行率、管理水平和出水達(dá)標(biāo)率，而且提供了農(nóng)村污水處理的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為其他站點(diǎn)的有效運(yùn)行提供了數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)語(yǔ)與愿景

① 農(nóng)村污水處理相較于城鎮(zhèn)污水處理，具有站點(diǎn)分散、數(shù)量多、運(yùn)行成本高、水質(zhì)水量波動(dòng)大、場(chǎng)站位置偏僻等問(wèn)題，相對(duì)應(yīng)的分散式污水處理站的運(yùn)維管理工作難度較大。目前，通過(guò)智慧化運(yùn)維管理的實(shí)踐與應(yīng)用，已經(jīng)解決了日常運(yùn)維及管理中的部分難題，工作質(zhì)量大大提高，運(yùn)維成本有所降低，工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)信息化程度提升，提高了巡站人員、調(diào)試人員和管理人員等的工作效率。

② 運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺(tái)仍有很大的發(fā)展空間，結(jié)合自動(dòng)化程度逐漸提高的分散式污水處理站的發(fā)展需求，系統(tǒng)功能需要不斷更新優(yōu)化。未來(lái)可增加相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制功能，在設(shè)定控制權(quán)限、分級(jí)管理的前提下，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵性工藝數(shù)據(jù)的調(diào)整、設(shè)備設(shè)施的啟停，進(jìn)一步提高分散式污水處理站的自動(dòng)化程度。此外，可利用模糊控制、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)曝氣量、加藥量的精準(zhǔn)控制，降低運(yùn)行成本。

③ 現(xiàn)階段，智慧水務(wù)研究與建設(shè)大有進(jìn)展，智慧化運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺(tái)的逐步優(yōu)化及應(yīng)用，不僅能夠推動(dòng)水務(wù)公司的管理與業(yè)務(wù)應(yīng)用水平提升，還能提高運(yùn)維安全性、穩(wěn)定性與效率。水務(wù)公司應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合運(yùn)維管理目標(biāo)和任務(wù)，建設(shè)規(guī)范化、精準(zhǔn)化、具有時(shí)效性的智慧化運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺(tái)，助力企業(yè)的發(fā)展和社會(huì)效益的不斷提升。