智慧水務在城市生活污水處理中的應用研究
人口數量與資源之間的矛盾日益加劇，多數地區已經出現水資源短缺或嚴重的水環境污染問題。隨著全球雲計算、物聯網等新一輪信息技術迅速發展和深入應用，許多國家都提出智慧城市、智慧地球概念，我國智慧城市已經上升到國家的經濟、科技戰略層面，水務管理是城市管理的重要組成部分，智慧水務是智慧城市建設的必然延伸，「智慧水務」理念也隨之產生。
城市生活污水中含有大量污染物，包括固體懸浮物、有機物、含氮化合物、磷酸鹽、鉀鈉及重金屬離子、菌類生物羣，這些污染物若不加處理或處理程度不足而排入江水河流，會導致水體負營養化及毒性積累，最終危害人體健康，甚至阻礙城市經濟發展。當今的污水具有高濁度高濃度的特點，我國多年來傳統的「一級處理」及「二級處理」的水處理工藝以及設備不能滿足要求，處理後的水質不達標，因此城市污水處理設備、工藝、管理系統的自動化、信息互聯化和智能工業化的管理已刻不容緩。
水務系統建設
1.1智慧水務建設的難點
城市生活設施所產生的廢水是城市生活污水的主要來源，不同的生活設施所產生的污染物的成分也大相徑庭，其污染負荷和季節性變化也都很難把握，而且各個地區社會經濟發展的不同以及人文因素使得污水處理難度增加，因此智慧水務系統管理污水的建設十分必要。
1.2智慧水務建設的要求
智慧水務在城市污水處理中的應用，必須建設智慧水務體系，而智慧水務體系建設，主要基於智慧水務數據資源建設要求，數據主要包括監測數據、基礎數據、業務數據和多媒體數據，如圖1所示，其中污水處理廠和泵站的生產指標及生產運行數據實時遠程監控，信息採集，智能預警尤為關鍵。
其中對於生產指標主要有以下要求：
（1）進出水水量檢測；
（2）進出水水污染物檢測：對進出廠污水中的固體懸浮物、有機物、含氮化合物、磷酸鹽、鉀鈉及重金屬離子、菌類生物羣等進行實時檢測，自動採集及智能預警；
（3）集水井水位的監控。生產運行數據主要有以下要求：採用檢測儀、感測器等儀錶儀器實時監測各類閥門、壓變、溫度、流量的開關量和模擬量，並且在監控中心顯示其檢測值。
智慧水務系統通過數據採集設備、無線網路設備、智能採集終端、水質檢測感測器、壓力感測器、流量計、智能水錶等在線監測設備實時感知城市供排水系統的運行狀態，並採用可視化的方式有機整合水務管理部門與供排水設施，並通過大數據分析技術將採集到的海量水務信息進行分析與處理，建立水務數學模型並做出相應的處理結果輔助決策建議，實現從水源地到水龍頭，水龍頭再到排污口全閉環管理流程，以更加精細和動態的方式實現污水系統的智慧管理。
1.3智慧水務處理城市污水實現的目標
利用先進的物聯網技術，使城市生活污水運營系統更加智能化、生產更加高效化、管理更加方便化、決策更加科學化、服務更加周到化、從而實現污水建設的智慧化。
1.4智慧水務處理城市污水實現構架
從物理方面理解，智慧水務系統架構的組成部分主要是污水處理廠內的檢測和控制設備、基於雲計算的監控中心平臺和使用終端，三者間又分別通過移動互聯網而關聯，監控中心能夠檢測並控制城市內所有污水處理廠，從而形成一套基於物聯網的完整的智慧污水處理系統。
如圖2所示，可以根據物聯網技術三層結構（應用層，傳輸層，感測層）原則，建立智慧水務系統，實行遠程集中管理，進行「智慧治水」。
感測層，通過感測器完成對城市各個地區污水處理廠的進出水水質進行檢測並對進出水量進行檢測，完成基礎數據的採集；通過環境參數和設備參數自動檢測，將相關數據通過網路上傳至監控中心，並接受和執行監控中心傳回來的指令，從而實現污水處理廠數據的統一化管理和其無人值守，實現設備故障的提前預警；同時對水廠系統中的水錶讀數與運行數據實現遠程監控，把收集到各種物理量轉化為數字信號的開關量或模擬量，使其具備傳輸中心集體處理的基礎，該層作為最為龐大的一層，也是基礎的一層，具有典型的物聯網技術的特徵。
傳輸層，在基礎信息採集完成之後，需要傳輸採集信息，可採用4G網路將採集到的信息傳輸到應用平臺層。
應用層，應用平臺層將接收到數據，設定運行數據的歷史數據趨勢，以圖形界面提高直觀比較；水質數據與運行模式和原污水變化的交叉分析。該層具有兩種處理模式，一種是定時接受來自污水處理廠測控系統上傳的環境參數和設備參數，並交給平臺分析和決策，根據檢測參數和節能智能模型通過互聯網自動實現對設備自動控制，實現智能管理。另一種是通過簡訊等通信方式來告知管理員，管理員可以根據查看視圖診斷和定位故障，依靠系統自動給予的決策和處理方式，進而操作來修復故障。所有工單根據規範記錄備案。這裡要說明雲監控中心平臺同時也是管理人員的操縱平臺，可以給污水處理廠的處理設備發送控制指令，並且該平臺還能檢測故障並及時修理。最終可以實現人機一體化管理的目的。
1.5設計特點
與傳統城市生活污水處理相比，智慧污水處理能夠根據當前的城市排水情況實時提供相應的對策，並能預測將來可能發生的一些狀況並制定相對應的策略。根據所獲取的污水排放數據、管網輸送的參數、泵站和污水處理廠的運轉實際情況實現對三者之間的協調和控制，從而達到污水處理最優化的效果。智慧水務在城市污水處理系統設計中只要具有以下的特點：
（1）實時監測，智慧排水系統能夠對城市排水管道設施實施智能監控，有效減少了生活污水對大自然污水的二次污染。
（2）動態調控，根據所獲取的污水排放數據、管網輸送的參數、泵站和污水處理廠的運轉實際情況實現對三者之間的協調和控制。
（3）及時預警並排障，利用智能網路對破舊，老化以及出現的一系列問題進行有效控制並排查和解決問題，實現不斷水檢修該系統具有功能全，智能化程度高，整合物聯網、雲計算和移動互聯等新一代技術，融合了「智慧污水」的概念，實現了高度智能化、網路化的智慧安全污水處理方案。提供直觀圖形並提供智能化的工作協助。全網運行、全網監控，系統通過移動互聯網路，能夠對網路內所有的污水處理廠設備的性能、故障實時監控。管理人員能夠通過移動互聯網，使用手機和PC設備，隨時隨的地瞭解系統設備及污水處理情況，其中包括性能、負載、故障等情況。提供一站式的監控、管理、修復處理，減少人工，將監控、運維功能都納入到本系統中來，實現一站式服務，大幅度提升污水處理效率，並實現人機一體化的管理模式。
污水處理應用
水務集團的管理由於「智慧水務」理念的引導而發生了重大變革，它通過大數據的採集以及傳輸等實時監測水務系統的運行，並採用可視化等方式來整合水務管理系統的設施，形成基於物聯網的水務系統。水務集團採用數字化管理平臺將大量數據實時分析和處理，在每個污水處理廠和泵站安裝數據採集裝置，將系統中生產運行的數據通過無線網路傳送至總部，統一存儲，集中應用。系統通過實時監控和智能分析各個數據，進行分類和預警，當存在問題時能隨時隨地的通知相關工作人員，並對其提供輔助和建議，以精細和動態的方式來管理水務系統的運營，使其數字化，現代化，智能化，從而形成「智慧」化管理。
國內某省已經實現了智慧水務的建設，利用物聯網技術建立了「感知太湖，智慧水利」系統，該系統是基於物聯網技術的感知系統，可以對太湖水量、水質進行實時監控；其中重點是對於近岸打撈點的實時感知；進行全程定位、跟蹤和監控。構建雙向可控的車船資源與人力的網路化信息交互與調度系統，主要包括藍藻打撈船、藍藻運輸車的智能調控以及水利工作人員與智慧水利信息處理中心的信息溝通。形成基於物聯網技術的現代信息資源管理中心，使其智能化管理。對藍藻打撈、運輸、處理、再利用過程的數據集中管理；結合可視化的動態界面；智能化處理藍藻的湖泛問題，提高效率。
結語
儘管現在國內外都在大力提倡智慧水務，但在國內智慧水務發展還比較落後，尤其是在智慧水務應用於污水處理方面，由於水務信息的欠缺，各地數據信息建設還處於雛形，我國污水處理產業發展進步也較晚，沒有形成統一規劃和資源共享平臺，這些都對我國智慧水務發展造成一定的阻礙。
智慧水務是水務發展的必然途徑，智慧污水在城市污水處理中的應用是必然要求，本文中智慧水務建設構架採用了物聯網技術的分層架構體系，實現了城市污水處理的智能化和集中化，實現了高度智能化、網路化的智慧安全污水處理方案，對污水處理週期進行了實時監控和收集必要數據，污水處理廠的設備及時預警並排障，並完成了污水處理的自動化與人機一體化。綜上所述，從管理上而言，污水處理就是解決信息孤立問題，建立信息平臺，實現智能化，自動化排水，降低人工成本，提高管理效率，輔助污水處理企業實現工藝度優化，信息化，智能化的管理理念。
來源：《甘肅科技》 閆曉濤 桂芳
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