智慧化运营:现代污水处理厂的现实需求

2021-05-27 01:14 绿创碳和
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引领绿色发展,打造产业综合服务生态

近年来,社会经济发展迅速,城市化进程不断加快,城市规模也越来越大,但是与之对应的也出现了大量的环境污染问题,尤其是水环境污染。污水处理是水环境污染治理的重要措施,但是在实际使用过程中,污水处理的能耗一直比较高,经济效益体现不明显,甚至会因为出现亏损问题。


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智能化信息技术是近年来发展最为迅速的技术之一,其已经深入的应用到各行各业之中,有效提高效率,降低运行成本,在污水处理中应用智能化信息技术可以有效降低费用,提高污水处理效率,加强经济效益。


01

为什么要污水处理智慧化?


生态文明建设的迫切需求。生态文明建设是社会主义现代化建设“五位一体”总体布局中重要组成部分,是关乎中华民族永续发展的根本大计。然而,生态建设正面临水资源短缺和水环境污染等突出问题。通过智慧水务建设,实现水务部门与其他相关部门的资源整合和业务协同,规范水资源监督监管,有助于提高水资源利用率,遏制水污染增长趋势,解决生态文明建设所面临的困境。因此,智慧水务建设已成为生态文明建设的迫切需求。


智慧城市建设的必然要求。智慧城市是城市现代化建设和发展的趋势,是信息技术与城市基础设施、城市管理、居民生活、企业运行等方方面面的融合,智慧城市的时代已经到来。智慧水务是实现城市管理智能化密不可分的一部分,是至关重要的民生工程,是解决城市水务规划、建设、管理、服务的智慧化的有效途径,是实现水务精细化管理、城市可持续发展的需要。因此,智慧水务是智慧城市建设的必然要求。


污水处理厂的现实需求。污水处理厂一般采取三级处理工艺,一级处理包括粗格栅、泵房、调节池、细格栅、沉砂池和初沉池,二级处理包括厌氧池、缺氧池、好氧池及二沉池,三级处理包括滤池和消毒等。自动化系统控制单元都较为完善,但尚未实现智能化运营。


(1)工艺决策仍需要经验丰富的工艺人员在中控室进行实时监视,并根据工艺变化情况进行人工调节,目前的人工调节较为粗放,为保证曝气效果通常会略微过量曝气,不利于总氮的削减,且能耗较高。


(2)由于人员经验能力及人员疲劳等原因,工艺调节较为滞后,无法针对进水的变化情况进行及时反应,尤其在夜间时情况更甚,造成出水水质不够稳定,无法**限度发挥处理能力和处理效果。


(3)污水厂采用多班交替的运营方式,管理人员需通过中控室获取相关数据,日常运营管理中存在大量的手工报表情形,日常作业中也缺乏统一的标准流程,部分生产数据还需手动录入电脑进行逐层上报。


(4)厂区多数岗位为专岗专用,日常巡检维养等工作也主要依赖员工的个人经验和责任心并在表单或笔记本上做相应的记录,工作过程不透明,工作质量难以考核追溯,管理沟通成本高,获得信息量少且决策滞后,造成企业运营人员较多、管理复杂低效、工作质量难以保证。


02

如何实现智慧化运营


物联网技术


物联网是通过互联网将物体上的智慧芯片连接起来,实现万物的自动智慧化,对通讯技术的数据连通速度要求特别高。物联网通过移动互联网连接终端设备与智慧中心,在生活中将带来越来越大的便利,物联网时代是未来的大趋势,应用非常广泛,比如物流、环境监测、智能交通等,直至万物互联。


将物联网技术应用到污水处理中可以极大的提高污水处理的效力和智能化程度。尤其是应用到污水处理厂的设备之中,可以有效实现智能自动化分污水处理。通过物联网技术将污水处理厂的各种传感器进行相连,提高针对污水处理的实时监测能力,数据获取后传输到决策中心,决策中心可以根据数据分析处理的结果实时调整污水处理的各个流程,比如阀门的开度、药物的添加量、温度和PH的控制等。而且可以针对紧急情况进行应急处理,降低事故造成的损失。


大数据技术


大数据技术是近年来发展起来的一种数据分析技术,其主要的特点是可以对大量数据进行全面准确快速的分析,并提供可供参考的结果。随着现代社会生活水平的提高,污水的来源与类型越来越多样化,且存在着显著的动态变化性的特点。传统的数据分析技术由于数据处理能力不足,需要先对污水信息进行甄选,提取价值较高的信息进行分析,分析的结果的全面性与代表性不足。而大数据技术可以将所有的数据采集起来集中进行分析,数据分析的全面性极高,即便是价值较低的数据,通过整合后也可以体现出较高的价值。


大数据技术应用与污水处理中可以建立科学的污水处理数学模型,该模型对污水处理具有一定的指导意义,且可以建立污水处理的平台,该平台可以实时展现污水处理的情况,并与超标的企业进行联系,为节能减排提供指导。


ICA技术


随着污水处理量的增长,污水水质的复杂程度增加,排放标准越来越严格,运行成本不断增加,污水处理厂方面正面临更多的问题和更大的挑战。1974年,在美国Clemson市召开了主题为“需要进行污水处理厂自动化的研究”的讨论会,会议提出了一种仪表、控制和自动化技术——ICA技术,并对未来传感器的可靠高效性、信息收集处理设备的时效性等方面进行了展望。随着对N、P等污染物排放标准的提高,进一步加速了ICA技术的发展。同时,新的控制方法也在单元控制和全厂自动控制中发挥了巨大优势,如模糊控制、专家系统等。目前,ICA技术已在美国、日韩、欧洲等发达国家和地区中进行了广泛应用。随着监测技术的不断提升,在污水处理厂中的自动监控指标也在增多。我国污水处理行业在ICA技术方面的研究和应用相比于发达国家要晚一些也少一些,即使在我国经济较为发达的地区也与其存在较大差距,不仅实现过程监测的环节较少,而且已经监测数据的利用也不足。在操控策略方面,依然主要停留在人工调节阶段。有些地区还存在直接引进的外国先进设备操作不当、维护不到位的现象。


CPS技术


进入21世纪,信息与通信技术取得了迅猛发展,尤其是互联网技术对传统的工业发展带来重大影响。2006年美国科学家HelenGill提出了信息物理融合系统(CPS)概念,它是将网络世界与智能物理世界融合起来的下一代智能系统。借助于网络通信和网络控制技术,可以实现全方位的信息感知和精密的数据计算,实现了在通信、计算、控制、协作等多方面的智能化。德国工业4.0将CPS应用于制造和物流方面,创新性地融合了物联网和服务网打造出智慧工厂(SmartFactory)。德国在CPS的基础上进一步创新,让每个工厂企业都拥有一个“数字企业平台”,并借助于开放的接口连接在一起形成一个完整的虚拟环境和基础架构,称为网络物理融合生产系统。智慧工厂完全不同于传统工厂的自动化系统,是人、机器、产品互联互通的智能网络,能够实现全方位的智能。


03

污水处理智慧化发展原则

智慧污水厂在建设过程中,建议应遵循以下几条原则。


追求务实效果,不同污水厂受污水来源、设备工艺、运营技术专业性水平、自动化程度、当地排放标准等因素的限制,每个水厂都具有其不同的特质,若一味套用既有模板恐怕起不到应有效果。在智慧污水厂建设过程中,应明确智慧污水厂不是盲目地追求无人化,而应在经过深入调查研究基础上,把运营经验转变到智能系统里,应具有以数据运维、提升效率、科学决策、组织协同为主核的新思路,构建以务实为核心的智慧水厂系统。


构建统一标准,针对目前水厂软硬件通讯协议过多、自成一体而导致智慧系统结构受限于下层硬件绑架以及软件臃肿和不稳定性等窘况,建议采取统一标准,即统一数据标准、协议标准及接口标准,将硬件设定为一种标准的通信协议,以使系统更加稳定流畅运行,只有在统一上述三个标准前提下,数据采集和分析才能对智慧系统起到加速作用。


坚持持续创新避免重视前期设备架设和系统安装,轻视后期管理维护和持续改进。建议长期追踪,持续改进,不断创新,以应对行业技术的不断迭代更新,例如云服务可采用租赁而不是单纯购买,这样可以实现服务模式软硬分离,也极大方便使用者。


绿创碳和协助地方政府与园区,围绕如下几个方面开展工作:


一、系统性宣贯应对气候变化领域政策


二、积极落实能耗双控制度,提出控煤工作路径及方法,协助完成压煤目标,合理降低能耗总量和强度,减少碳排放;


三、协助制定“碳达峰及碳中和”实施路径及行动方案,提升碳减排和碳资产管理能力;


四、组织开展城市、工业园区、机构、企业、产品、等“碳中和”咨询、核查、认定服务


五、在碳交易过程中,为买卖双方提供咨询服务,确保交易过程中的有效合规;


六、推进低碳领域的标准化建设,制定、发布相关标准;


七、碳减排人才培训服务



发起双碳专委员会,并倡议内容包括:


一、树立“零碳”导向的新型生活理念。强化绿色低碳与节能环保意识,形成争做“零碳先锋”的良好社会氛围,以进一步推动降低能耗、提高能源使用效率和优先使用清洁能源。


二、研究“零碳”导向的产业新业态。发起“零碳园区”相关课题研究,开展经验借鉴、学术交流和示范应用,以促进形成符合我国国情的以“零碳”为导向的产业发展模式。


三、鼓励“零碳”导向的技术创新。积极推动绿色、低碳、环保、新能源等技术创新,为新技术发展提供资源支持,为新技术的推广应用开拓空间,以促进新技术进步与成本下降。


四、推动“零碳”导向的项目落地。前瞻2030年和2060年的国际碳减排大趋势,以“零碳能源”、“零碳交通”、“零碳建筑”为主要内容,在全国推动落地30个零碳科技园,打造100个零碳工业园、1000家零碳工厂、1000座零碳校园、1000家零碳医院及1000个零碳社区,助力加快推进绿色“新基建”进度。


五、促进“零碳”导向的绿色投融资。以“零碳中国,绿色投资”为主题,发起“零碳”绿色产业基金。鼓励社会民间资本积极参与“零碳能源”、“零碳交通”、“零碳建筑”等“零碳”示范项目的投资,并带动更多来源绿色的国内外资金投入。


六、开展“零碳”导向的国际合作。计划每年举办“零碳创新”系列活动,着力打造“科技创新与绿色投资大会”、“新基建 绿色投资大会”、“国际清洁能源投融资大会”等品牌国际会议,为国内外企业和机构搭建权威国际合作平台,积极引入国际先进理念、技术和资金渠道,加强相关产业与国外的技术交流与项目合作,全方位助力我国向“零碳”经济转型发展,为2060年全球实现净零碳排放目标做出积极贡献。



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