農(nóng)村生活污水處理設施智慧化運維管理技術(shù)
一、技術(shù)簡介
本技術(shù)通過開發(fā)經(jīng)濟耐用的在線水質(zhì)傳感器，結(jié)合針對性的智慧物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理設施自動化、智慧化的無人值守運維管理，旨在利用新的技術(shù)手段解決處理工藝、設備的技術(shù)瓶頸和管理難題，適用于農(nóng)村生活污水處理設施站點分布廣、數(shù)量多的地區(qū)，有效降低設備后期的運維費用和管理難度。
二、適用范圍
農(nóng)村生活污水處理設施智慧化運維管理技術(shù)適用于各類農(nóng)村生活污水處理設施。對采用生物處理工藝的設施，根據(jù)所采用的工藝、出水要求和設備自動化程度的現(xiàn)狀，通過針對性地設置在線水質(zhì)傳感器、配備專用的智能邊緣計算單元和調(diào)控過程執(zhí)行設備，實現(xiàn)污水處理設施的智能化、信息化升級改造，使得云端平臺能夠?qū)崟r感知設施運行狀態(tài)，并根據(jù)相應的調(diào)控策略實時遠程調(diào)控設施的內(nèi)各子設備的運行參數(shù)，實現(xiàn)站點的最優(yōu)化運行。該技術(shù)的采用，無論對應采用生物或生態(tài)處理工藝的設施，均可大幅降低設施巡檢費用50%以上，及時的發(fā)現(xiàn)并維修設施故障狀態(tài)，遠程調(diào)控設施運行狀態(tài)確保發(fā)揮長效。
三、技術(shù)內(nèi)容
圖1 農(nóng)村生活污水處理設施智能化運維技術(shù)示意圖
（1）技術(shù)簡介
針對農(nóng)村生活污水處理設施運維管理的三大難點——1.水質(zhì)水量變化大，污染物濃度低，2.設施站點規(guī)模小、數(shù)量大，3.缺乏專業(yè)運維人員。從在線水質(zhì)實時監(jiān)測、工藝設備數(shù)字化孿生，工藝智慧分析和調(diào)控方法三個方向，形成系統(tǒng)的、標準化的農(nóng)村生活污水整體解決方案，實現(xiàn)提升處理工藝技術(shù)整體的適用性、穩(wěn)定性和易用性。通過開發(fā)和采用光學、離子選擇性電極、微流控等新型的免維護、免試劑、經(jīng)濟耐用的水質(zhì)傳感技術(shù)，在技術(shù)可行和經(jīng)濟有效的基礎上，針對不同的處理工藝設計了相應的監(jiān)測方案，實現(xiàn)對處理工藝狀態(tài)和效果的實時感知，為進一步實現(xiàn)智慧調(diào)控提供了基本依據(jù)。根據(jù)不同的工藝技術(shù)開發(fā)的邊緣計算單元，能夠根據(jù)不同的處理工藝的調(diào)控需求采集相應的水質(zhì)數(shù)據(jù)和子設備運行狀態(tài)參數(shù)，通過邊緣計算按照設定的分析模型對數(shù)據(jù)進行處理分析，實時構(gòu)建污染物及其中間體與運行參數(shù)的相關(guān)性網(wǎng)絡矩陣，并將設備設施的運行狀態(tài)實時上傳到云端，實現(xiàn)在云端實時構(gòu)建污水處理工藝的數(shù)字孿生。云端平臺的工藝智慧分析和調(diào)控方法可以通過大數(shù)據(jù)分析不斷挖掘，分析工藝各項運行參數(shù)對農(nóng)村生活污水治理技術(shù)、運維及管理效率的影響，不斷優(yōu)化該技術(shù)工藝的運行控制策略，并對存在差異性的不同站點反饋出相應的控制邏輯，指導做出的運維和管理措施，節(jié)約運行成本、提升工作效率、同時確保運行有效性。大數(shù)據(jù)的積累，還用于開展對不同區(qū)域環(huán)境、不同經(jīng)濟條件、不同進水條件以及采用了不同模式治理終端的數(shù)據(jù)分析，對技術(shù)工藝的運行參數(shù)進行歸納總結(jié)和綜合評估，篩選出不同區(qū)域、經(jīng)濟條件和應用場景下的實用治理技術(shù)，針對其技術(shù)總結(jié)處理效果和達標率，為治理技術(shù)、運維及管理的需求提供優(yōu)化依據(jù)。
（2）數(shù)字式在線水質(zhì)傳感器
針對農(nóng)村污水處理開發(fā)有各類在線水質(zhì)監(jiān)測傳感器，該型傳感器采用光學法和電化學法等無需化學試劑的檢測方法，具有能耗低、響應快、可靠性高、安裝方便等特點，特別適合戶外遠距離、大范圍的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測，該型傳感器具備良好的長期穩(wěn)定性，現(xiàn)場維護工作少，維護方便。
圖2 數(shù)字式在線水質(zhì)傳感器
（3）邊緣計算單元
智能物聯(lián)網(wǎng)通訊與控制網(wǎng)關(guān)系列產(chǎn)品，基于32 位ARM處理器和移遠通信模組的硬件平臺；模塊與服務器通訊采用TLS加密連接，保證信息安全。設備集成多種接口，能夠?qū)F(xiàn)場關(guān)鍵設備直接接入云端，設備運行穩(wěn)定可靠，保證系統(tǒng)持續(xù)在線。支持移動、聯(lián)通、電信的4G/3G/2G網(wǎng)絡，滿足各種地區(qū)的蜂窩網(wǎng)絡接入條件，在信號條件極差的地庫、偏遠農(nóng)村、山區(qū)和下水道，還可以接入NB-IoT網(wǎng)絡或采用LORA網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。
圖3 智能物聯(lián)網(wǎng)通訊與控制網(wǎng)關(guān)系列產(chǎn)品
（4）智慧運維管理平臺
智慧運維管理平臺包括物聯(lián)網(wǎng)中間件子系統(tǒng)、運行監(jiān)控子系統(tǒng)、智慧分析和遠程調(diào)控等子系統(tǒng)，將各個環(huán)境治理設施基礎信息、運行維護管理人員及其產(chǎn)生的信息，現(xiàn)場邊緣計算單元采集的工藝運行狀態(tài)參數(shù)及視頻（圖像）資料等實時數(shù)據(jù)收集上來進行統(tǒng)一管理，并且將其與用戶的運維管理業(yè)務深度整合。其中，智慧分析和遠程調(diào)控子系統(tǒng)是實現(xiàn)智慧化運維的核心，該系統(tǒng)可以實時分析不同站點的運行場景與運行參數(shù)，針對性地對不同站點反饋相應的控制參數(shù)，使設備的運行參數(shù)與進水水質(zhì)、運行環(huán)境相吻合，實現(xiàn)每個站點的最優(yōu)化運行。平臺系統(tǒng)采用C/S和B/S一體化設計，為用戶提供統(tǒng)一的環(huán)境數(shù)據(jù)管理和監(jiān)控，實現(xiàn)各類型組織人員隨時對組織內(nèi)管轄的設備設施進行遠程監(jiān)控和管理；充分利用各類終端設備和相應的應用層軟件，將各類運維管理工作聚合在一個平臺內(nèi)。
圖4 智慧運維管理平臺示意圖
四、技術(shù)應用情況
（1）應用情況
農(nóng)村生活污水智慧管理平臺目前已經(jīng)在嘉興、溫州、常州、合肥等多個項目中實際應用，設施站點年平均在線率達到97%以上，項目涉及多種技術(shù)工藝和應用場景，均能夠大幅提高設施的運維管理效率，達到預期使用效果。
1）嘉興36座農(nóng)村生活污水處理設施水質(zhì)水量監(jiān)測及預警平臺
圖5 嘉興36座農(nóng)村生活污水處理設施水質(zhì)水量監(jiān)測及預警平臺
2）溫州某河道水質(zhì)提升工程智慧運維平臺
圖6 溫州某河道水質(zhì)提升工程智慧運維平臺
3）肥西縣花崗鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水處理設施智慧運維平臺
圖7 肥西縣花崗鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水處理設施智慧運維平臺
（2）推廣模式
1）EPC模式。根據(jù)區(qū)域內(nèi)設施設備的現(xiàn)狀以及業(yè)主需求制定相應的工程實施方案和原位管理制度，對現(xiàn)有設施設備進行相應的信息化升級改造，達到預期標準驗收后移交業(yè)主，并為后續(xù)運維管理平臺提供持續(xù)的技術(shù)服務。
2）BOT模式。以約定的運維價格承擔區(qū)域內(nèi)農(nóng)村污水處理設施的運維管理工作，在當?shù)爻闪I(yè)化運維隊伍，對現(xiàn)有污水處理設施進行智慧化升級改造，并配套建設相應的運維管理平臺。在約定的承包期限結(jié)束后，將整套運維管理體系移交當?shù)卣蚱髽I(yè)，僅提供信息化和物聯(lián)網(wǎng)平臺的技術(shù)服務。
五、治理成效或應用效果
（1）大幅降低設施的巡檢次數(shù)和成本。例如，花崗鎮(zhèn)孫集社區(qū)的污水治理站點，在接入平臺之后，站點的現(xiàn)場巡檢次數(shù)低至6次/年，站點所有運行工況實時在平臺上展現(xiàn)，當設施運行狀態(tài)觸發(fā)調(diào)控策略時，平臺自動下發(fā)調(diào)控指令。當運行狀態(tài)觸發(fā)預警策略時，自動通知運維人員進行遠程干預或現(xiàn)場維修調(diào)試。
（2）大幅減少現(xiàn)場的運維工作量�，F(xiàn)場工作人員只進行常規(guī)的、相對簡單的運維工作，例如，溫州某河道水質(zhì)提升工程采用MBR處理工藝，以往運維人員需要在現(xiàn)場進行輪班值守，在實現(xiàn)智慧化升級改造后，現(xiàn)場實現(xiàn)無人值守穩(wěn)定運行，運維人員遠程通過手機APP實時掌握設施的運行狀態(tài)和故障報警，并根據(jù)平臺系統(tǒng)的提示進行相應的現(xiàn)場運維工作。當系統(tǒng)提示藥劑量不足時，現(xiàn)場補充藥劑，當提升MBR壓力有上升趨勢，則通知運維人員進行MBR膜清洗。
（3）設施的所有運行數(shù)據(jù)、運維管理臺賬均實現(xiàn)數(shù)字化管理，為治理設施的治理成效評估提供了準確的數(shù)據(jù)支撐，為運維管理流程、制度的優(yōu)化提供了依據(jù)。
六、推廣應用前景
廣東地區(qū)歷年已建的農(nóng)村污水處理設施總計約3萬座，隨著已建設施數(shù)量的快速增加，各種管理運營的問題日趨嚴重。越來越多的地方政府和企業(yè)開始意識到長效管理機制和配套運維管理技術(shù)的重要性。開展農(nóng)村生活污水處理設施實時工況監(jiān)控、預警和智能調(diào)控系統(tǒng)服務，能夠讓運維企業(yè)實時掌握設施的運行狀態(tài)，及時地進行人工和智能遠程干預，優(yōu)化工藝運行參數(shù)，提高設施的達標運轉(zhuǎn)率，同時及時發(fā)現(xiàn)設備故障并通知現(xiàn)場運維人員進行檢修，達到設施最優(yōu)化運行，發(fā)揮長效。同時，能夠為解決政府機構(gòu)對農(nóng)村生活污水處理設施運行情況監(jiān)管力量不足的難點，將大數(shù)據(jù)應用于環(huán)境監(jiān)管，實現(xiàn)對農(nóng)村生活污水處理設施運行工況的實時、在線、智慧化監(jiān)管模式，通過污水處理設施運行情況的視頻監(jiān)控、出水流量監(jiān)控，進行大數(shù)據(jù)分析、后臺預警算法，實現(xiàn)對無人管理、無人維護、運行異常的農(nóng)村生活污水處理設施進行預測預警，加強監(jiān)督。
來源：http://gdee.gd.gov.cn/ztzl_13387/ncshwszlgj/zljs/content/post_3503700.html
