工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能，水務(wù)發(fā)展迎來新機(jī)遇

臧潤(rùn)龍 黃黎明

摘要：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是第四次工業(yè)革命的重要基石，在產(chǎn)業(yè)變革和疫情沖擊的雙重作用下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)迎來了加速發(fā)展的“窗口”機(jī)遇期。青島市水務(wù)集團(tuán)加快“智慧水務(wù)”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的賽道上用創(chuàng)新引領(lǐng)集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。通過智慧水務(wù)平臺(tái)打通壁壘，信息公開、資源共享，促進(jìn)信息技術(shù)和水務(wù)運(yùn)營(yíng)深度融合，推動(dòng)青島水務(wù)集團(tuán)成為水務(wù)運(yùn)營(yíng)管理的頭部企業(yè)，引領(lǐng)“智慧水務(wù)”的建設(shè)潮流和方向，實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化。

關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng);發(fā)展;新機(jī)遇

一、“智慧水務(wù)”賦能，為基層單位生產(chǎn)注入新活力。

1、精確曝氣，科學(xué)合理控制溶解氧。

曝氣，是污水生物處理過程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)曝氣不足時(shí)，容易造成生物池內(nèi)硝化反應(yīng)不充分，出水水質(zhì)升高。反之，當(dāng)曝氣過量時(shí)，不僅造成能耗的浪費(fèi)，還會(huì)由于污泥回流過程中溶解氧濃度過高，導(dǎo)致反硝化效果不佳，容易造成TN異常。張村河水質(zhì)凈化廠把智慧水務(wù)應(yīng)用于工藝的調(diào)整和優(yōu)化上。技術(shù)人員采用精確曝氣系統(tǒng)，根據(jù)廠內(nèi)密閉式生物池實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行氣量分配，對(duì)空氣調(diào)節(jié)閥優(yōu)化控制，保證生物池溶解氧濃度穩(wěn)定受控且工藝運(yùn)行安全平穩(wěn)。

張村河水質(zhì)凈化廠技術(shù)人員根據(jù)生物池的狀況，不斷優(yōu)化工藝，空氣調(diào)節(jié)閥的優(yōu)化控制。傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行器通過步進(jìn)方式調(diào)節(jié)空氣閥的開度，不可避免會(huì)導(dǎo)致閥門高頻率的開關(guān)動(dòng)作，從而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)裝置和閥體的過度磨損。精確曝氣系統(tǒng)控制器內(nèi)儲(chǔ)存了閥門流量控制特性數(shù)據(jù)和污水處理廠特定的過程參數(shù)，如果出現(xiàn)過程偏差，電子微處理器單元會(huì)精確計(jì)算新的需氣量，通過調(diào)節(jié)閥開度和鼓風(fēng)機(jī)壓力來實(shí)現(xiàn)精確曝氣。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)下，張村河水質(zhì)凈化廠工藝控制取得了較好的效果：

首先、VACOMASS?工藝優(yōu)化控制系統(tǒng)可以根據(jù)進(jìn)水負(fù)荷以及生物池出水氨氮的變化來實(shí)時(shí)調(diào)整DO設(shè)定值，在出現(xiàn)負(fù)荷沖擊的時(shí)候及時(shí)升高DO設(shè)定值來保障水質(zhì)凈化廠工藝的穩(wěn)定運(yùn)行;在水質(zhì)水量均較低的情況下及時(shí)降低DO設(shè)定值，以減少不必要的能耗浪費(fèi)。DO自適應(yīng)優(yōu)化控制系統(tǒng)和NH4-N優(yōu)化控制系統(tǒng)協(xié)同作用。青島張村河水質(zhì)凈化廠自2018年月開始采用賓得VACOMASS?系統(tǒng)對(duì)生化池鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)精確控制。2019年10月，在已有VACOMASS?系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增DO自適應(yīng)優(yōu)化控制系統(tǒng)、NH4-N優(yōu)化控制系統(tǒng)等擴(kuò)展功能。

其次、VACOMASS?工藝優(yōu)化控制系統(tǒng)使用后，水質(zhì)凈化廠的出水氨氮和出水總氮均表現(xiàn)得更為穩(wěn)定，其中出水氨氮≤0.5mg/L的時(shí)間占到統(tǒng)計(jì)天數(shù)的99.2%，對(duì)比同期提高了15.9%;出水總氮≤10mg/L的時(shí)間占到統(tǒng)計(jì)天數(shù)的95%，對(duì)比同期提高了11.7%。

再次、使用VACOMASS?工藝優(yōu)化控制系統(tǒng)后，生物池出水溶解氧平均降低1.91mg/l， 去除單位總氮的碳源投加量降低7.51%

最后、VACOMASS?工藝優(yōu)化控制系統(tǒng)使用后，在生化池污泥濃度增加13.5%以及閥門執(zhí)行器故障導(dǎo)致的曝氣風(fēng)量偏大的情況下依舊節(jié)能24.81%，節(jié)能降耗效果良好。

2、智慧加藥，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。精打細(xì)算，降低藥劑成本。

加藥是污水處理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是保障并提高出水水質(zhì)的重要措施。加藥系統(tǒng)的性能直接影響著污水廠的運(yùn)營(yíng)成本和污水處理的出水水質(zhì)。在出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不斷提升的今天，國(guó)家提出碳達(dá)峰，碳中和的目標(biāo)，低碳環(huán)保的要求不斷加碼，加藥系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效、節(jié)約化運(yùn)行，關(guān)乎污水處理廠的日常生產(chǎn)運(yùn)行和每一位工作人員。

張村河水質(zhì)凈化廠根據(jù)智慧水務(wù)設(shè)計(jì)了加藥智能輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分將前饋控制、后饋控制等多種控制方式進(jìn)行有效結(jié)合，建立控制模型，利用上位機(jī)控制系統(tǒng)和PLC通訊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精確投藥。自動(dòng)加藥系統(tǒng)根據(jù)采集的前置水質(zhì)儀表數(shù)值和后置水質(zhì)儀表數(shù)值綜合計(jì)算出當(dāng)前的加藥系數(shù)K，再和水量L和單耗D相乘，得出當(dāng)前所需的加藥量Q，對(duì)加藥泵進(jìn)行賦值，來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投加。

以乙酸鈉為例，因?yàn)閷?shí)施了智慧加藥，乙酸鈉的投用數(shù)量大大減少，而且還保證了生產(chǎn)工藝的運(yùn)行。通過加權(quán)算數(shù)平局?jǐn)?shù)和最大值兩種計(jì)算方法比較，加藥智能輔助系統(tǒng)大大降低了藥劑的使用量。

3智慧產(chǎn)水，科學(xué)管控。確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，延長(zhǎng)膜絲使用壽命。

廠內(nèi)技術(shù)人員把智慧水務(wù)應(yīng)用膜池的智能化改造。首先、根據(jù)產(chǎn)水系統(tǒng)的進(jìn)水量以及膜池南北岸進(jìn)水液位進(jìn)行分別控制，膜池液位較高者，程序自動(dòng)調(diào)高產(chǎn)水基數(shù)。反之，則降低產(chǎn)水基數(shù)。這種智能化操作方式，減少了人工進(jìn)行操作賦值。而且，廠內(nèi)技術(shù)人員根據(jù)張村河實(shí)際情況設(shè)置了自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式，可以應(yīng)對(duì)極端情況下的產(chǎn)水需求。

其次、根據(jù)膜池的運(yùn)行特點(diǎn)，將膜池的產(chǎn)水、清洗、曝氣等按液位進(jìn)行了一體化控制，防止液位差的產(chǎn)生，有效的減少了膜池污堵情況，并根據(jù)廠內(nèi)生產(chǎn)實(shí)際，在中控室上位機(jī)上加設(shè)了膜池比通量的時(shí)時(shí)追蹤。值班員通過這些時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以對(duì)產(chǎn)水的實(shí)際情況以及膜池的運(yùn)行狀況進(jìn)行時(shí)時(shí)觀察，提前進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和工藝預(yù)判，對(duì)異常進(jìn)水提前干預(yù)。

二、“智慧水務(wù)”賦能，企業(yè)管理再上新臺(tái)階。

智慧水務(wù)的實(shí)施，不僅使每個(gè)單位不再是信息孤島，而且實(shí)現(xiàn)了信息透明、資源共享。通過智慧水務(wù)實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)管理的優(yōu)化，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)物資采購(gòu)、庫存的管理。

實(shí)際上，智慧水務(wù)還有更廣泛的應(yīng)用空間。通過智慧水務(wù)平臺(tái)，建立大數(shù)據(jù)中心。在智慧水務(wù)的平臺(tái)上搭建起資產(chǎn)管理體系、物資采購(gòu)體系、庫存管理體系，將大大節(jié)省物料和人工成本。

以青島水務(wù)集團(tuán)所屬污水廠經(jīng)常使用的PLC（可編程邏輯控制器）為例，其PLC主要包括電源模塊、通訊模塊、CPU、模擬信號(hào)輸入模塊、模擬信號(hào)輸出模塊、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊。作為一個(gè)三級(jí)單位的污水處理廠每種模塊至少要有2個(gè)庫存配件，且PLC品牌型號(hào)多樣，僅此項(xiàng)的庫存占用的資金就超過了10萬元。十個(gè)污水廠僅PLC最基本的模塊配件占用的資金遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過100萬。智慧水務(wù)的建成將打通這一壁壘。在目前PLC型號(hào)基本通用的前提下，每個(gè)廠的配件庫存，采購(gòu)可以達(dá)到優(yōu)化配置。在智慧水務(wù)大數(shù)據(jù)中心的管理下集中采購(gòu)，統(tǒng)一調(diào)配PLC配件的數(shù)量，在保證配件數(shù)量安全庫存的前提下，實(shí)現(xiàn)庫存量最少，即意味著用30%左右的資金占用就可以完成庫存目標(biāo)。從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來說，提高了資金的使用效率，大大提高了資金利用率。

三、“智慧水務(wù)”賦能，水務(wù)發(fā)展迎來新機(jī)遇。

通過“智慧水務(wù)”賦能，高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)“智慧水務(wù)”平臺(tái)大數(shù)據(jù)中心，更好地實(shí)現(xiàn)工業(yè)化路徑，推動(dòng)集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型邁出堅(jiān)實(shí)的步伐。通過大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，配合集團(tuán)盡快將集團(tuán)下屬二、三級(jí)單位的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合治理，為今后開展數(shù)據(jù)采集、指標(biāo)分析，進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)用管理夯實(shí)基礎(chǔ)。水務(wù)集團(tuán)作為賦能主體，受益主體的公共服務(wù)企業(yè)，在智慧水務(wù)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)資源共享、專業(yè)化管理，智能化改造，推動(dòng)設(shè)備、資金、人力等生產(chǎn)要素與互聯(lián)網(wǎng)對(duì)接，重構(gòu)生產(chǎn)組織模式。

消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)成就了阿里，信息技術(shù)成就了騰訊，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的賽道上，青島正在逐浪前行。青島水務(wù)集團(tuán)加快建設(shè)“智慧水務(wù)”平臺(tái)，將企業(yè)工作機(jī)理與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用深度融合，提升集團(tuán)的整體競(jìng)爭(zhēng)力，助力集團(tuán)在污水處理，自來水供給，海水淡化等領(lǐng)域成為頭部企業(yè)，構(gòu)建起產(chǎn)業(yè)鏈、資金鏈、價(jià)值鏈、技術(shù)鏈四鏈合一的生態(tài)鏈。隨著智慧水務(wù)的建設(shè)和不斷完善，逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、信息化技術(shù)對(duì)集團(tuán)發(fā)展進(jìn)行全方位、多角度的智能化改造，以及在生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、管理等環(huán)節(jié)的深度應(yīng)用，加快構(gòu)建集團(tuán)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的新格局。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葉長(zhǎng)兵，周志明，呂偉等，A2O污水處理工藝研究進(jìn)展（J）中國(guó)給排水，2014，30（15）：135-138

[2] 呂永鵬 城鎮(zhèn)污水處理廠提質(zhì)增效“十步法”研究與應(yīng)用[J]中國(guó)給水排水 2020，36（10）：82-88

通訊作者：臧潤(rùn)龍