农村污水处理智慧化系统方案研究

段炼 王冠 邵立雪

【摘    要】：针对农村污水处理系统存在的处理设施规模小、数量多且分布散、整体运维难度大的问题，采用智慧化管理手段，对农村污水处理设施进行远程监控和集中管理，建立从监控到运维管理的体系，从而提高管理效率、降低人工成本。

【关键词】：农村；污水处理；智慧化系统；物联网

【中图分类号】：X799.3【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）03-77-04

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.023

Study on the Plan of the Intelligent System of Rural Sewage Treatment

DUAN Lian1，WANG Guan1，SHAO Lixue1

（Nanjing Municipal Design and Research Institute Co. Ltd.， Nanjing 210039，China）

【Abstract】：Aimed at problems of Rural sewage treatment system such as small scale， large number and scattered distribution， and the overall operation and maintenance is difficult. In this paper， intelligent management means are adopted to carry out remote monitoring and centralized management of rural sewage treatment facilities， and establish a business system from monitoring to operation and maintenance management， so as to improve management efficiency and reduce labor costs.

【Key words】：Country; Rural Sewage Treatmen; Intelligent System  Internet of Things

目前，我国农村污水治理存在诸多问题，包括污水处理站数量较多且分布零散；污水的水质波动较大，总体水量偏少，处理分摊成本高等[1]。上述问题可以通过建设污水处理智慧化系统解决；但当下污水处理智慧化系统实施方案，对农村污水处理现状的针对性不足，不能够完全满足当下农村污水处理的需求。

本文从农村污水处理的工艺方案出发，综合运行物联网、大数据、GIS、云平台等技术手段，提出一套农村污水处理智慧化系统的实施方案，将分散的农村污水处理设施进行数据接入和数据整合，构建基础信息管理、可视化系统、数据统计分析、报警及预案管理、运维管理统一的管控系统平台，同时具有监控中心平台和移动式手持终端远程监管的功能，实现工业化和智慧化的有机融合，推动从被动管理到主动管理、经验管理向科學管理的转变[2]。

1 工艺方案

根据污水收集、处理模式的不同，农村生活污水处理工艺方案按表1进行分类[3]。

典型的分散处理模式，以无人值守的一体化污水处理设施为主，适用于常住人口较少或分布零散的村庄。见图1。

2 总体架构

通常农村污水智慧化系统的总体架构分为四层：业务应用层、网络层、设备层和感知层。见图2。

2.1 感知层

主要完成农村污水处理实时在线、全面感知与数据采集、准确可靠的一体化监控体系。基本数据采集项目为设施运行状态（设备开启、关闭状态，设备运行故障报警等）；推荐项目为进水水量、水质，出水水质，药剂投加，风机（泵房）电耗，污泥量以及设施运行维护全过程信息。其中，基本数据采集项目为必须检测项目。

2.2 设备层

城镇污水处理厂和农村污水处理站通常采用SCADA系统，PLC柜与电气柜分开，安装于厂区配电室内，其控制方式为手动控制、PLC自动控制和远程控制。

一体化污水处理设施一般使用厂家成套提供的控制柜，PLC柜与电气柜合并设置，在户外落地安装。一体化污水处理设施通常无人值守，以PLC自动控制和远程控制为主。

PLC自动控制的程序包应满足智慧系统信号接入协议的要求，能采集并传输包括流量计水量，提升泵、计量泵的电动机运转状态等工况；同时能够接收管理平台的远程控制指令，对任意设备实现远程启停及整套控制程序的一键启动、中止或结束。设备如有多种流程控制程序，还须有远程切换各程序功能。程序中的控制参数全部可以进行远程修改，如液位、频率、流程时间、曝气量、加药量等。PLC程序可进行远程修改。

2.3 网络层

与上级控制中心的信号传输通常以无线传输（4G/5G）或有线传输（VPN或专线）的方式实现；通信方式的选择取决于需要传输至上级控制中心的数据量及可靠性。城镇污水处理厂和农村污水处理站由于工艺设备、仪表以及摄像头数量较多，一般采用有线传输；一体化污水处理设施工艺设备、仪表以及摄像头数量较少，通常采用无线传输。

2.4 业务应用层

该层直接面向用户的核心需求，提供核心业务应用和终端应用，全面提供现场污水处理设施、设备、泵站的运行监控数据及视频图像数据，主要包括基础信息管理系统、设备管理系统、可视化管理系统、数据分析管理系统、告警信息管理系统、事件预警管理系统、数据上报系统、生产运维管理系统、远程监管及巡维系统应用程序（APP）等子系统，为用户的日常管理、设备监管、人员调度、分析决策提供辅助支持。

2.4.1 基础信息管理系统

对各污水处理厂（站）所处的村镇（街道）名称、设施概况等基础信息、运行管理及维护单位组织架构、人员信息和用户权限等信息等进行录入和维护。

1）站点信息维护：包括站点基本信息（设施编号、行政区域、设施处理量、启用或禁用等）的管理。

2）系统组织架构及业务操作人员基本信息维护：包括登入帐号、姓名、性别、联系电话等。

3）权限设置：根据平台各项功能的使用范围，按照用户性质设置平台系统功能使用权限，包括站点详情参看、录入、查询、修改、审核、远程遥控等权限及用户组维护、角色管理等设置。

4）日志管理：对整个管理系统的登入、访问、操作、事件等行为进行记录，通过管理员权限在后台进行查询、导出并进一步对日志内容加以统计，方便问题追溯。

2.4.2 设备管理系统

主要对各污水处理厂（站）使用的各种设备、仪器仪表、传感器等进行维护管理，包括设备台账管理、设备养护管理、设备维修更换、数据校准、备品备件仓库管理等功能。

1）设备台账管理：记录各所属厂（站）设备名称、安装时间、安装位置、品牌、型号，保养维修更换记录等信息。

2）设备养护管理：通过设备档案中的各类维护要求信息，自动生成各类维护（巡检、检修、更新）计划，也可通过手工添加设备维护计划，形成维护计划列表。

3）设备数据校准：在污水处理厂（站）設备更换工作中，对设备运行时间或其他累计值（如水表、电表）进行数据校准或清零，保证管理平台数据的连续性和准确性。

4）备品备件管理：主要备品备件的基础资料管理；所属片区仓库管理；设备材料出库、入库、调拨管理并进行消耗统计，低库存告警等。

2.4.3 可视化管理系统

可以在地图上精确定位到具体污水处理厂（站）所处的位置；也可通过右侧搜索框进行模糊站名查找或按照镇、村、厂（站）点等结构进行列表查找。

设施类型、模式等不同工况用不同颜色进行标识；地图支持范围内放大、缩小等功能。对于工作异常和正在运维中的站点，分别用红色和黄色表示，正常站点用绿色表示。支持人员轨迹和运维车辆轨迹定位功能。在地图中点击某个站点终端，可以查看该站点详情信息，包括站点运行工况、监测指标、运维状况、报警详情、工艺图、远程控制等。

2.4.4 数据分析管理系统

通过对实际处理水量和处理水质情况比对分析，实现对减排量的实时统计、水质监测指标的分析统计，体现农村污水治理工程的社会效益。

将各种监测数据进行分析对比并通过各种方式展示（图形或报表），进行各种数据报表分析，如站点综合数据、设备综合数据、报警综合统计、水质监测数据、人员车辆统计、运维统计表、站点运行效率等，所有报表都可按日、周、月、年等方式统计汇总。

1）站点综合统计表：通过各站点产水量、用电量、能耗比等参数统计各站点综合指标。

2）站点设备综合统计表：通过各站点设备累计运行时间、故障时间等，对站点设备运行状况进行设备运行效率统计。

2.4.5 告警信息管理系统

当污水处理厂（站）设备发生报警或监测数据出现异常情况，如提升泵故障、COD指标异常等，系统自动产生告警消息，同时发送给负责该站点运维人员。运维人员可以通过移动客户端接收告警工单，进行处理；中控室管理员还可以接收突发性事件，如站点水淹、垃圾堆积等的报警并将报警信息发送给相关工程维护班组进行处理。

2.4.6 事件预案管理系统

通过后台数据中心，将报警信息直接发给相关片区主管及负责该站点的运维管理人员进行处置。运维人员根据该事件的预案说明，进行报警事件处理，做到事件不遗漏、处置规范化，提高运维效率。

2.4.7 数据上报系统

将全区域污水处理综合指标、设备运行状况指标、运维管理考核指标、实时监测数据、重大报警事件等信息上报给上级主管部门。

2.4.8 生产运维管理系统

将生产运维及考核工作规范化、明确化，确保负责运维巡检及考核的人员按时、准确、完整、规范地提交相关内容并能够针对提交的内容进行自动统计与分析。

1）考勤管理：对站点巡检维护人员考勤记录（到达时间、停留时间、离开时间、每月巡查次数），巡维位置定位及巡维轨迹跟踪管理。

2）巡检计划管理：事先设置自动制定巡检计划；也可以由管理人员手动下发临时巡检维护任务计划。巡检计划包括计划名称、内容、有效期及该计划所作用的片区小组、计划作用的站点等。

3）日常巡检管理：按照一定的巡检计划，巡检人员对终端运行的设备、环境状况、出水状况、水质状况等进行整体排查。现场巡检时，对终端进行维护操作，在手机APP提交现场照片和文字描述，具体进行哪些操作，解决了什么问题等并提交至管理平台。

4）工单管理：包括临时工单处理、告警工单处理、工单执行情况。对未处理工单、正在执行的工单、已完成的工单进行汇总统计，允许重新派发工单、撤销工单等带权限的工单操作。

5）工单告警：当运维人员没有按照工单要求或未规定时间内完成事件的处理，系统会告警并将信息推送至责任人。

2.4.9 远程监管及巡维系统APP

整个农村污水监测信息管理平台用户不仅可以通过Web浏览器来完成所有功能的使用，也支持APP访问并采用最新的即时通信技术实现高效信息传递，以达到方便快捷的实时管理效果。通过手机客户端实时查看现场检测设备运行状况及各项检测指标，管理人员不在现场就能够随时了解现场场景，运维人员巡检各监测站点设施时，可及时提交巡检维护信息，各级管理人员方便查看各设施实时运行状态，帮助实现随时随地可视化管理。移动端APP系统通常具有如下功能。

1）站点详情及地图导航：在手机端可展示全区域站点运行状况（正常站点、报警站点、维护站点）及各站点运行工况和指标详情。

2）任务管理：系统的任务管理由中控组或运维经理负责，对异常站点进行任务派发、督办，查看任务完成情况，保障站点正常运行并对所有任务工单的处理结果进行审核确认。

3）考勤签到管理：系统设置考勤地点、范围及考勤对象，根据考勤范围分为内勤与外勤，签到后开始记录人员及站点巡更轨迹。

4）消息及任务计划提醒：巡检员通过APP接收每天消息提醒及计划任务等，根据相关任务进行处理。

5）事件上报、任务统计、预案说明：巡检员通过APP可以对现场无法处理的事件进行上报，对已处理任务或未完成任务进行统计，可以对每个报警预案处理说明进行查询。

3 结语

1）农村污水处理智慧化系统能够有效应对农村污水处理中遇到的站点较多、点位分散、监控难度大、缺少专业运维人员等问题。

2）农村污水处理智慧化系统不仅能够有效提高污水处理设施的运行效率，保障出水水质达标，还能降低实现节能减排，降低运维管理成本。

3）农村污水处理智慧化系统收集到的数据，可以给周边地区农村污水治理的规划提供数据支撑。

参考文献：

[1]周清时，江静，吕少辉.六合区农村生活污水治理模式与经验探讨[J].资源节约与环保，2022，（1）：67-69+73.

[2]敖旭平，徐斌，金凡，等. 智慧水务在农村生活污水处理中的应用研究[J]. 中国给水排水，2015，31（8）：62-64.

[3]GB/T 51347—2019，农村生活污水处理工程技术标准[S].