农村生活污水处理设施智慧化运维管理技术- 广东省生态环境厅公众网

农村生活污水处理设施智慧化运维管理技术

  一、技术简介

  本技术通过开发经济耐用的在线水质传感器,结合针对性的智慧物联网技术,能够实现污水处理设施自动化、智慧化的无人值守运维管理,旨在利用新的技术手段解决处理工艺、设备的技术瓶颈和管理难题,适用于农村生活污水处理设施站点分布广、数量多的地区,有效降低设备后期的运维费用和管理难度。

  二、适用范围

  农村生活污水处理设施智慧化运维管理技术适用于各类农村生活污水处理设施。对采用生物处理工艺的设施,根据所采用的工艺、出水要求和设备自动化程度的现状,通过针对性地设置在线水质传感器、配备专用的智能边缘计算单元和调控过程执行设备,实现污水处理设施的智能化、信息化升级改造,使得云端平台能够实时感知设施运行状态,并根据相应的调控策略实时远程调控设施的内各子设备的运行参数,实现站点的最优化运行。该技术的采用,无论对应采用生物或生态处理工艺的设施,均可大幅降低设施巡检费用50%以上,及时的发现并维修设施故障状态,远程调控设施运行状态确保发挥长效。

    三、技术内容  

  

    图1 农村生活污水处理设施智能化运维技术示意图

  (1)技术简介

  针对农村生活污水处理设施运维管理的三大难点——1.水质水量变化大,污染物浓度低,2.设施站点规模小、数量大,3.缺乏专业运维人员。从在线水质实时监测、工艺设备数字化孪生,工艺智慧分析和调控方法三个方向,形成系统的、标准化的农村生活污水整体解决方案,实现提升处理工艺技术整体的适用性、稳定性和易用性。通过开发和采用光学、离子选择性电极、微流控等新型的免维护、免试剂、经济耐用的水质传感技术,在技术可行和经济有效的基础上,针对不同的处理工艺设计了相应的监测方案,实现对处理工艺状态和效果的实时感知,为进一步实现智慧调控提供了基本依据。根据不同的工艺技术开发的边缘计算单元,能够根据不同的处理工艺的调控需求采集相应的水质数据和子设备运行状态参数,通过边缘计算按照设定的分析模型对数据进行处理分析,实时构建污染物及其中间体与运行参数的相关性网络矩阵,并将设备设施的运行状态实时上传到云端,实现在云端实时构建污水处理工艺的数字孪生。云端平台的工艺智慧分析和调控方法可以通过大数据分析不断挖掘,分析工艺各项运行参数对农村生活污水治理技术、运维及管理效率的影响,不断优化该技术工艺的运行控制策略,并对存在差异性的不同站点反馈出相应的控制逻辑,指导做出的运维和管理措施,节约运行成本、提升工作效率、同时确保运行有效性。大数据的积累,还用于开展对不同区域环境、不同经济条件、不同进水条件以及采用了不同模式治理终端的数据分析,对技术工艺的运行参数进行归纳总结和综合评估,筛选出不同区域、经济条件和应用场景下的实用治理技术,针对其技术总结处理效果和达标率,为治理技术、运维及管理的需求提供优化依据。

  (2)数字式在线水质传感器

  针对农村污水处理开发有各类在线水质监测传感器,该型传感器采用光学法和电化学法等无需化学试剂的检测方法,具有能耗低、响应快、可靠性高、安装方便等特点,特别适合户外远距离、大范围的水质环境监测,该型传感器具备良好的长期稳定性,现场维护工作少,维护方便。

  

    图2 数字式在线水质传感器

  (3)边缘计算单元

  智能物联网通讯与控制网关系列产品,基于32 位ARM处理器和移远通信模组的硬件平台;模块与服务器通讯采用TLS加密连接,保证信息安全。设备集成多种接口,能够将现场关键设备直接接入云端,设备运行稳定可靠,保证系统持续在线。支持移动、联通、电信的4G/3G/2G网络,满足各种地区的蜂窝网络接入条件,在信号条件极差的地库、偏远农村、山区和下水道,还可以接入NB-IoT网络或采用LORA网关实现远程数据中转。

    

    图3 智能物联网通讯与控制网关系列产品

  (4)智慧运维管理平台

  智慧运维管理平台包括物联网中间件子系统、运行监控子系统、智慧分析和远程调控等子系统,将各个环境治理设施基础信息、运行维护管理人员及其产生的信息,现场边缘计算单元采集的工艺运行状态参数及视频(图像)资料等实时数据收集上来进行统一管理,并且将其与用户的运维管理业务深度整合。其中,智慧分析和远程调控子系统是实现智慧化运维的核心,该系统可以实时分析不同站点的运行场景与运行参数,针对性地对不同站点反馈相应的控制参数,使设备的运行参数与进水水质、运行环境相吻合,实现每个站点的最优化运行。平台系统采用C/S和B/S一体化设计,为用户提供统一的环境数据管理和监控,实现各类型组织人员随时对组织内管辖的设备设施进行远程监控和管理;充分利用各类终端设备和相应的应用层软件,将各类运维管理工作聚合在一个平台内。

  

    图4 智慧运维管理平台示意图

  四、技术应用情况

  (1)应用情况

  农村生活污水智慧管理平台目前已经在嘉兴、温州、常州、合肥等多个项目中实际应用,设施站点年平均在线率达到97%以上,项目涉及多种技术工艺和应用场景,均能够大幅提高设施的运维管理效率,达到预期使用效果。

  1)嘉兴36座农村生活污水处理设施水质水量监测及预警平台

  

    图5 嘉兴36座农村生活污水处理设施水质水量监测及预警平台

    2)温州某河道水质提升工程智慧运维平台

  

    图6 温州某河道水质提升工程智慧运维平台

    3)肥西县花岗镇农村生活污水处理设施智慧运维平台

  

    图7 肥西县花岗镇农村生活污水处理设施智慧运维平台

  (2)推广模式

  1)EPC模式。根据区域内设施设备的现状以及业主需求制定相应的工程实施方案和原位管理制度,对现有设施设备进行相应的信息化升级改造,达到预期标准验收后移交业主,并为后续运维管理平台提供持续的技术服务。

  2)BOT模式。以约定的运维价格承担区域内农村污水处理设施的运维管理工作,在当地成立专业化运维队伍,对现有污水处理设施进行智慧化升级改造,并配套建设相应的运维管理平台。在约定的承包期限结束后,将整套运维管理体系移交当地政府或企业,仅提供信息化和物联网平台的技术服务。

  五、治理成效或应用效果

  (1)大幅降低设施的巡检次数和成本。例如,花岗镇孙集社区的污水治理站点,在接入平台之后,站点的现场巡检次数低至6次/年,站点所有运行工况实时在平台上展现,当设施运行状态触发调控策略时,平台自动下发调控指令。当运行状态触发预警策略时,自动通知运维人员进行远程干预或现场维修调试。

  (2)大幅减少现场的运维工作量。现场工作人员只进行常规的、相对简单的运维工作,例如,温州某河道水质提升工程采用MBR处理工艺,以往运维人员需要在现场进行轮班值守,在实现智慧化升级改造后,现场实现无人值守稳定运行,运维人员远程通过手机APP实时掌握设施的运行状态和故障报警,并根据平台系统的提示进行相应的现场运维工作。当系统提示药剂量不足时,现场补充药剂,当提升MBR压力有上升趋势,则通知运维人员进行MBR膜清洗。

  (3)设施的所有运行数据、运维管理台账均实现数字化管理,为治理设施的治理成效评估提供了准确的数据支撑,为运维管理流程、制度的优化提供了依据。

  六、推广应用前景

  广东地区历年已建的农村污水处理设施总计约3万座,随着已建设施数量的快速增加,各种管理运营的问题日趋严重。越来越多的地方政府和企业开始意识到长效管理机制和配套运维管理技术的重要性。开展农村生活污水处理设施实时工况监控、预警和智能调控系统服务,能够让运维企业实时掌握设施的运行状态,及时地进行人工和智能远程干预,优化工艺运行参数,提高设施的达标运转率,同时及时发现设备故障并通知现场运维人员进行检修,达到设施最优化运行,发挥长效。同时,能够为解决政府机构对农村生活污水处理设施运行情况监管力量不足的难点,将大数据应用于环境监管,实现对农村生活污水处理设施运行工况的实时、在线、智慧化监管模式,通过污水处理设施运行情况的视频监控、出水流量监控,进行大数据分析、后台预警算法,实现对无人管理、无人维护、运行异常的农村生活污水处理设施进行预测预警,加强监督。


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