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污水处理信息平台的建设及系统管理
更新时间:2017-11-15 来源:《科研》2017年2期 作者:佟达志

  1、前言

  大数据与云计算、物联网与“互联网+”等先进技术孕育出的“工业4.0”已成为炙手可热的概念。将“工业4.0”智能生产的理念与技术应用于传统污水处理厂的过程控制与运营管理,对现有污水处理厂的自动控制系统进行智能化升级,具有一定的研究价值与现实意义。即实现污水处理全过程的智能控制,以大大减轻操作工人的劳动强度(甚至做到现场无人值守)、保障出水稳定达标排放、并最大限度地实现节能降耗,从根本上提高现有污水处理厂的运营管理水平、发挥其最大效能。

  2、污水处理厂自动控制系统现状分析

  污水处理由于其反应机理复杂,且具有非线性、模糊性、不确定性、动态性等特点,属难以控制的复杂工业过程。污水处理系统过程控制方面的研究及应用较能源、化工、机械等行业相对落后。仪表、控制和自动化技术虽已引入污水处理控制领域多年,但国内外多数厂建成的仅是SCADA系统,即数据采集与监视控制系统。以具有代表性的南方某城市生活污水处理厂自动控制系统为例,主要功能仅包括:①进水与出水流量、水质参数(COD、TN、TO、SS、PH等)、过程参数(MLSS、DO、ORP、污泥回流量等)的数据采集与传输存储;②各处理单元与关键控制点的视频监控;③主要设备(提升泵、鼓风机、推进器、污泥回流泵、脱水机等)的远程开停机以及少量变频控制、设备故障报警。大多数污水处理厂自动控制系统仅具备数据采集与简单控制功能,缺乏全局控制、系统优化与反馈调整模块;实际运行队伍中又相对缺乏高水平专业技术人员,生产中多以运行人员的经验为主导,海量生产数据未得到有效挖掘与应用,污水处理工艺调整时缺乏必要的科学量化依据,过程控制与系统优化方面的工作几乎未开展。上述原因,导致现有污水处理厂自动控制系统能发挥的作用比较有限,仅作为“监控系统”。可见,现有污水处理厂与自动控制的要求尚有差距,与智能控制的要求更是相距甚远。

  3、污水处理厂智能化运营平台搭建思路

  3.1污水处理厂智能控制的难点

  鉴于污水处理过程本身的复杂性,现有自动控制系统仅能实现监控,相关研究成果的应用效果欠佳,实现污水处理厂的智能化运营难度较大。污水处理厂生产数据库的建设滞后、工作开展缺乏必要的基础数据作为支撑,是开展污水处理厂智能化研究与应用面临的首要问题。另外,污水处理厂检测能力不足、前馈与反馈系统不完善,是污水处理厂实现智能化运营的两大硬件阻碍。即现有的污水处理厂自动控制系统缺乏“大脑”思维,不具备发现问题、分析问题、解决问题的能力。

  3.2污水处理厂智能化运营平台功能设计与实现形式

  污水处理厂智能化运营平台应具备的功能包括:自动挖掘信息、自动感知异常、自动优化工艺、自动修复故障等,能实现自动闭环控制。即对采集的各类生产数据进行挖掘与分析,出现异常或异常征兆时能及时报警,能根据进水情况(流量、水质等)预设最优工况并进行必要的工艺、设备调整,能对常见工艺故障进行诊断与自修复。搭建污水处理厂智能化运营平台的首要工作,即建设生产大数据库系统,并配备数据仓储挖掘、异常预报预警、工艺模拟优化、故障诊断修复等功能模块,形成污水处理厂的决策支持系统。

  3.3分步建设思路

  搭建污水处理厂智能化运营平台是一项复杂的系统工程,涉及多方面的知识,需要污水处理厂工艺、设备、电气及自控等专业技术人员与程序设计人员的共同努力,整个开发周期可能历时较长。本着“由简入难、逐步开发、逐步见效”的原则,按照系统功能设计要求,可采取分步实施的策略。

  (1)信息集中、建数据库。建设统一的生产大数据库是搭建污水处理厂智能化运营平台的基础。将自动控制系统自动采集数据、化验室检测结果、操作工人值班日志(工艺、设备、电气等)、工艺员分析数据、仓库管理进销存账单等信息分门别类,集中录入到生产大数据库,大数据库大致可分为工艺子库、设备子库、检测子库、能耗物耗子库等,解决生产数据信息零散、传输与利用率不高的问题。

  (2)数据分析、趋势显示。根据生产调度、监督管理要求与成本核算需要,选取进水与出水流量、水质参数、过程参数、关键设备运行参数、能耗物耗等数据,自动生成动态趋势图或者报表,通过图、表能够直观地了解污水处理厂基本运行情况。

  (3)工艺模拟、系统优化。鉴于国内ASM机理模型的应用效果欠佳,尝试采用简化的机理模型、或干脆采用数值模型进行工艺模拟与仿真,实现根据进水水量、水质数据模拟最优工况,并参照工艺运行现状提前给出全系统优化方案,包括曝气子系统、污泥回流子系统、加药子系统的最优控制。开发指令管理系统,对系统优化方案,进行人工确定与指令下达,反馈至自动控制系统,调整相关参数以实现系统优化,以免进水波动引起工艺故障、保障出水稳定达标并实现系统运行效果与处理成本的综合最优化。

  4、结束语

  通过建设生产大数据库配备数据仓储挖掘、异常预报预警、工艺模拟优化、故障诊断修复等功能模块,形成污水处理厂的决策支持系统,以对自动控制系统实行智能化升级,预期能基本实现污水处理厂的全过程智能控制。但对决策支持系统与自动控制系统的通信过程及其风险控制还需完善。未来通过配套更多的检测仪表、传感器,加强关键设备的可调控性,实现信息采集的自动化、并实现指令与现场PLC的直接通信后,有望实现现场无人值守。

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