智慧水务在污水处理中的设计与应用

王军

摘 要：智慧水务已经成为许多国家和地区完善水资源科学管理的有效载体。智慧污水是在当前城市水务信息系统的基础上，基于物联网、云计算的城市污水处理综合运营管理平台为污水运营企业安全管理、生产运行、水质化验、设备管理、日常办公等关键业务提供统一业务信息管理平台，实现对城市排水系统管网的安全运行和对污水的排放智能化协调与调度。该文阐述了智慧排水的内涵、层次结构及其在国内外的应用进展，对我国智慧排水系统的设计建设具有一定参考价值。

关键词：智慧水务  智慧排水  信息化建设

中图分类号：X7          文献标识码：A 文章编号：1674-198X（2015）10（c）-0166-02

随着全球物联网、新一代移动宽带网络、云计算等信息技术迅速发展和深入应用，“智慧地球”和“智慧城市”的理念在世界范围内悄然兴起，许多国家将城市中的水、电、油、气、交通等公共服务资源信息通过互联网有机连接起来，智能化做出响应，以改善政府对交通的管理、环境的控制等更好的服务于市民。

水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，智慧水务，是借助水智能系统形成的水务管理模式，在常规的水处理/管理技术基础上，借助信息控制融合系统，对自来水、污水、中水等各种水处理设施的运行数据进行一元化管理，从而提高城市整体的水循环经营效率。智慧水务一般通过智慧水网工程予以实施，使水资源管理部门能够对供水厂、污水处理厂、工厂、水路管道网等进行有关水量和水质的实时最佳控制。

污水处理行业作为国家新兴战略产业之一，国家“十二五”规划也对城镇污水处理提出了更高要求，在行业监管的加强、人工成本的大幅度上升和企业自身盈利模式固化等多重因素的影响下，污水处理厂建设、运营、管理等各个环节的发展得到重视，污水处理自动化、信息互联化及智能工业化技术的发展也迫在眉睫。

1 智慧污水概述

1.1 概念及内涵

智慧水务包括水务信息采集、传输、存储、处理和服务，全新提升水务管理的效率和效能，实现更全面的感知，更主动的服务，更整合的资源，更科学的决策，更自动的控制和更及时的应对。我国污水处理厂日益增多，且分布广，传统的监管方式已无法满足现在的发展，效益提高的同时运营成本也节节攀升，如何高效的监管好各厂站，这就给水务集团管理水平提出了更高的要求。智慧污水的建设使得生产运行管理者通过物联网数字化技术实现水务集团对下属的各污水处理厂、泵站的关键生产指标（进出水水量、进出水污染物浓度、集水井水位等）、生产运行数据（设备开关、电流、电压等）的自动采集、远程实时监视、智能预警，加强各级管理人员对各厂运行情况的实时监管力度。依托机制创新，整合共享生产现场的各类运行数据并进行分析和数据挖掘，组成基于数据中心的应用系统，为各污水厂运营管理提供实时运行监测、全厂过程控制、工艺运行模拟、运行异常预警、优化运行决策等功能，为公司提供整体综合运营决策的工艺分析、设备分析、成本分析、风险分析等功能，支撑污水综合管理、涉水事务跨行业协调管理和提供社会公众个性化服务，从而达到智慧污水的状态。

1.2 建设目标

利用先进的信息技术，使污水运营系统更加高效化、生产更加智能化、管理更加精细化、决策更加科学化、服务更加个性化、从而实现智慧化。

1.3 设计内容

大数据全数字化、云平台化常态管理和经营模式创新是智慧污水设计建设的主要内容。智慧污水平台的建设内容是对污水系统机房、网络资源、信息资源等软硬件环境建设，整合、补充、完善水务系统统一的水务数据资源环境和共享交换体系，建设支持各类应用系统和水利、供水、排水部门信息共享和业务协同的公共核心支撑平台。建设内容主要包括[1]。

（1）大数据全数字化。

针对我国现有排水系统信息化发展不均衡、系统功能不完善，应用系统缺少统筹规划利用程度底、共享程度低等不足[1-2]，大数据全数字化自控系统已经不仅仅限于自动化，重要的还在于基于污水处理厂运营管理体制的信息化与智能化技术应用。大数据应用实践创新主要体现在工业自动化设备的大数据收集，监控操作以及大数据管理运行维护的趋势分析。主要分三个方面：①数据收集。将单一水厂或数个水厂自动化系统中的仪表读数与运行数据（包含水量、水位、水质、电耗、药耗、设备状态与环境条件等信息）做远程传输监控，减少人工收集可能的失误，提高资讯准确性。②监控操作。由中控室与外部连接对运行设备进行操控;运用监控录像或报警判断所需操作模式;利用云计算平台搭配移动式设备，实现现场报警，人机合一的现场加远端的监控模式。③数据分析。设定运行数据的历史数据趋势，以图形界面提高直观比较;水质数据与运行模式和原废水变化的交叉分析;报警处理的过程追踪与统计分析未来故障前兆之预警。

（2）云平台化常态管理。

大数据的应用需求将以服务方式通过平台的管理得到满足。利用云计算的弹性资源等特性，污水处理厂可以通过多层次信息化平台将设备维护、企业资产管理、财务ERP、OA平台、监控平臺、GIS、采购、知识库等不同模块讯息平台有机衔接到一个完整的污水管控云平台，实现实时线上和线下O2O的工作流程对接，明确职责分配与考核标准，提高整体效率。利用云计算平台，把所有污水管理的共性功能和服务聚集成平台，利用平台便利性提升资讯处理效率，从被动维护转换成主动性维护，提升设备和污水运行设备的可靠性。

（3）经营模式创新。

形成“水物联网”，从人人互联、物物互联、产品与服务互联，到公众与政府互联，通过风险评估与客观事实记录辅佐决策，事先统一污水处理全产业链的风险矩阵参数定义、评估方法以及结构的对应处理原则，转变经营模式，避免主观、感观式判断，降低无效损耗、闲置设备维护成本，在有限资源基础下发挥最大效益。

1.4 设计特点

与传统城市排水系统相比，智慧化的城市排水系统能够根据当前城市排水系统的运行情况预判将来一段时间内可能会发生的状况并提供应对策略;根据所获取的降雨总量、污水排放数据、管网输送参数、泵站运转以及污水处理厂运行情况等实现各泵站、管网与污水处理厂三者之间的协调与控制，达到排水效果最优化的目的。智慧水务在排水系统的设计具有以下主要特点：（1）实时监测。通过智慧排水系统对城市供排水管道设施的智能标识监控城市排水状况，有效控制各类污水对大自然造成的二次污染。（2）动态调控。对溢流和内涝过程规律进行系统分析，根据所获取的降雨总量、污水排放数据、管网输送参数、泵站运转以及污水处理厂运行情况等实现各泵站、管网与污水处理厂三组直接的协调与控制，达到排水效果最优化的目的。（3）及时排障。利用智能化网络有效控制管道老化、施工造成的管道破损等现象，及时排查和解决，甚至实现不断水检修。

2 智慧水务在污水系统中的应用研究进展

2008年，IBM公司提出了“智慧地球”的理念，随后在智慧水资源管理方面也做出了深入的探索，并不断寻求解决方案，通过协调、预测、利用三步骤，即利用水资源运营数据对水资源管理进行深入分析来提高日常运行管理能力;对潜在的水资源问题及长期水资源需求进行预测;协调水资源健康运营、以实现水资源的合理及可持续利用。IBM公司在哥伦比亚、美国加利福尼亚州等地开发了智慧水资源管理系统，及信息发布、多部门数据共享、可视化设备和管网等功能于一体，从而实现跨部门协同共享、优化调度、实时采集、梳理管网顺序等[3]。

我国江苏、深圳等地率先开展了“智慧水务”的建设工作。

无锡高新水务有限公司污水收集系统优化运行项目采用先进的传感测量，组合网络控制，并将3G无线网络灵活应用于图像、数据传送，是集成了SCADA技术、数据库技术、无线通信、数字视频等多种技术的一个信息发布和控制平台。该平台以实时检测数据、设备运行信息和各远程监测分站的设施属性数据为基础，提供统计报表，为上层的综合调度系统提供数据源，为水务系统建立GIS系统、数据化管理提供支持。

深圳水务在信息采集方面，已建成雨量站63个，水文站32个;建成供水水质在线监测站点99个，可监控全市主要供水主干管的PH值、压力、浊度及总氯，建成10座污水厂水质在线监测站点23个，整合政府投资和社会BOT模式新建的8座污水处理厂、1个再生水厂的17个水质在线监测站数据，将全市污水处理厂的水质数据（COD、氨氮、HP、总磷等）纳入统一监管;建成视频监视点118个，并通过共享市交通部门的视频资源，可对全市中型水库、重点海堤、特区内主要河道和城区易涝易浸点进行实时监控，实现水务数据资源“一数据一源”;建成数据共享及交换平台，对内完成与局属单位间的水雨情数据、水质数据和视频资源的共享与交换;对外实现了市气象局的雨情数据交换，与省水利厅、市应急指挥中心的视频资源的共享，并利用深圳市统一建设的信息资源交换平台，实现了与市监察局、市行政服务大厅、市府办公厅间的行政审批、信息公开数据的共享与交换。

3 结语

雖然目前国内外智慧水务建设都发展很快，但由于水务基础信息要素欠缺、各地数据中心建设还处于雏形阶段，尚未形成统一的规划模式及资源共享平台，受各部门业务应用系统发展不平衡等条件的制约，均对我国智慧水务的进一步发展带来一定阻碍。

数字化水务对于排水系统而言，建立了网络化的下属单位生产运行数据上报机制，实现了对下属单位的远程运行监管。各下属单位上报的生产运行数据被数字化系统智能化的汇总和统计，快速形成企业整体的生产运行各类报表，为企业整体运营管理、决策提供参考数据。随着数字化系统建设，将极大的提高下属单位上报数据的及时性和准确性，减轻总部运管人员的汇总计算、统计分析的工作量，提高企业运行监管工作效率，提升企业整体信息化管理水平。

综上所述，从管理角度而言，智慧化的排水系统就是从根本上解决排水系统信息孤岛问题，建立企业信息平台，实现节能降耗，降低成本，辅助污水处理企业实现生产运行管理、工艺优化调度、综合运营管理的 信息化、智能化和规范化管理理念。

参考文献

[1] 刘磊.城市智慧水务建设研究[J].第三届中国水利信息化与数字水利技术论坛，2015：335-341.

[2] 李秀明.大连市智慧水务平台建设总体构思[J].安徽农业科学，2014，42（4）：1245-1246.

[3] 田雨，蒋云钟，杨明祥.智慧水务建设的基础及发展战略研究[J].前沿，2014（20）：14-17.