分布式污水处理远程节能监控系统曾宪立（通讯作者）--中国期刊网

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分布式污水处理远程节能监控系统曾宪立（通讯作者）

发表时间：2020/11/13 来源：《基层建设》2020年第21期作者：曾宪立（通讯作者）高海洋杨艳晶龚黎俞潘娜

[导读]

        桂林电子科技大学广西桂林 541000
        目前国内外在污水处理方面都是专注于污水处理的技术，利用专门传感器监测水质得到结果后进行相应的作业，但除了一些基本的除淤泥、水量减排等工作是自动运行外，对于一些化学或者生物处理作业都需要人工进行操作，这样的污水技术处理污水效果理论上很好，但实际因为人工不及时和一些投药量的多少，降低了污水技术本身应有的污水处理效果，因此急需要一套污水监控系统来辅助污水处理。国内外较好的污水处理监控系统都是在大型城市中的污水处理厂中，由人工在PC端面前进行各项操作，在城镇的小型污水厂基本靠人工亲自到污水点进行观测、投药、开关等操作，普遍没有一套可以远程采集数据、PC端和APP远程控制和自行应用大数据进行计算提供决策的污水监控系统，特别是把分散的污水点集中在一套系统内进行监控。
        我国90%以上的人口居住在黑河-腾冲线以东约35%的国土面积上，人口分布的不均衡加剧了区域间人均水资源量的分化。目前，全国三分之二的城市处于缺水状态，140座城市处于严重缺水状态。按照国际公认标准，中国有12个省、区人均水资源量低于重度缺水线，有8个省、区（天津、宁夏、北京、山东、上海、河北、河南、山西）人均水资源量低于500立方米，为极度缺水地区。中国属于季风气候，水资源时空分布不均匀，南北自然环境差异大，其中华北地区人均水资源不到500立方米。
        目前，工业废水处理行业的企业数量较多，但大部分企业规模偏小，CR10（前10家份额）低于10%，未来随着行业的发展，行业集中度有望提高。近年，中国城镇污水处理厂数量、处理能力快速增长。截至2017年，中国累计建成城镇污水处理厂4119座，污水处理能力达1.82亿吨/日，预计到2020年中国城镇污水处理能力有望达到2.05亿吨/日。
        如今，中国仍有70%以上的建制镇、90%以上的乡、80%的行政村尚未进行生活污水处理，存在巨大的提升空间，但农村污水处理能力年复合增速8%左右，推进速度较慢。
        面对日益严峻的水资源污染问题，国家已经在污水处理等方面投入了大量的资金，也产生了非常显著的成效。但由于污水处理站点分散、数据采集不及时、污水自动化处理程度低、专业操作人员缺乏等问题，使得污水处理还没有达到预想的效果。为响应我国对节能减排的号召，因此不仅对分散污水点集中化处理和效率有要求，还要对污水处理的智能化管理提出高要求。
        近些年，我国规划实施的农村城镇化战略极大地推进了城市化的进程，我国城市化比例也已经超过了百分之四十，城乡的社会经济建设快速发展。伴随着城市化和工业化程度的快速提高，来自于人民日常生活生产的污水总量也快速上升。我国已经全面开展以生活垃圾、生活污水、畜禽粪便为主要内容的农村环境连片整治项目。污水处理就是整治项目的其中之一，面对乡镇和农村污染源数量多且分布分散的情况，建设在农村污水污染源的中小型污水处理站不断地涌现出来，这些处理站具有数量庞大、分布分散且不规律、污水自动化处理能力低等特点，为此急需设计一个基于物联网的分散式污水监控系统以实现对乡镇地区众多污水处理站的高效和智能化监控管理。
        2020年1月底，全国共有10113个污水处理厂核发了排污许可证，其中9873座污水处理厂公布了污染物排放总量或排放浓度的限制信息，占比97.6%。从数量按规模分布来看，1-5 万吨/日污水处理厂占比最多，达3147座，占比34.2%；5000-10000 吨/日共989座，占比10.7%；1000-5000吨/日共2，282 座，占比24.8%；1000 吨/日以下共1602座占比17.4%；1万吨/日规模以下的污水处理厂合计达4873座，占比52.9%。

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        本项目是分布式污水处理远程监控系统，其原理是利用物联网、PLC、GIS和GPRS等技术实现一套污水处理过程动态监控和控制系统。该系统可实现对企业废水和城市污水的自动采样、流量的在线监测，通过远程集控中心反馈控制设备运行情况，并对水质参数进行采集和处理，实时掌握企业及城市污水排放情况及污染物排放总量，实现监测数据自动传输。然后对监测数据进行深度分析，同时本系统稳定性高，效率及自动化程度高，可以为辅助污染防治提供决策性支持。
        与传统的污水处理站的运营相比较，远程控制运营系统的运用，所需的运营人数大约为原来的10%，大大减少了污水处理站的运营部门人员的数量，从而人工费方面的投入得以减少；三天一次的日常巡查可以延长至十天甚至更久一次，降低了交通方面的运营费用。同时，由于反馈系统的及时反馈，维修人员即刻前往站点进行维护处理，污水处理设备“带病工作”的几率减少了很多，从而延长了处理设备的使用寿命。
        运营系统的实时运行和监控，一旦发现异常就发出自动停止设备运行或者发出语音警报等一系列反馈命令，运营部门的工作人员就可以制定出相应的处理方案，并派出相关的维修人员到现场进行维修，跟传统的运营方式相比较，效率明显变快。
        数据处理系统做出判断、反应后，通过GPRS双向通讯方式可以实现污水处理设备的远程控制，进行参数的调整，设备开停等操作命令。
        不需要太多的专业的程序编写基础就可以进行日常的运行与维护。在电脑或者智能手机上打开登录界面，输入账户与密码即可随时了解污水站的运营情况与设备的状况。
        根据收集到的数据，数据处理系统及时做出反应，控制处理设备的启动与停止，起到节约能源的作用。本项目现已完成硬件底层搭建、PC上位机和APP初步版本；已申请在桂林电子科技大学花江校区信科点的污水处理点进行测试。成功开发此基于物联网的污水处理远程控制系统，在监控中心的搭建方面，分别开发PC端的监控中心以及移动端的监控中心，满足移动互联网时代人们对数据信息获取方式的不同要求，并且，在功能的开发上，全自动智能化运行、运行日志、GIS等功能让污水处理站的运行更为智能，让机器的维护更加地及时。
        国家对于污水处理问题十分重视，2015年国务院印发的《水污染防治行动计划》中指出：“到2020年，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河等七大重点流域水质优良（达到或优于Ⅲ类）比例总体达到70%以上，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内，地级及以上城市集中式饮用水水源水质达到或优于Ⅲ类比例总体高于93%，全国地下水质量极差的比例控制在15%左右，近岸海域水质优良（一、二类）比例达到70%左右。”极大的推动了污水处理产业的扩大化，调动了污水处理产业的行业积极性。因此与本产品的同类型产品的数量将会大幅度提升，随着这些潜在竞争者的增加，使得本产品市场竞争性越来越大。
        国家颁布的政策中，对于新能源产品尤其青睐。2016年国务院印发的《“十三五”节能减排综合工作方案》中指出：支持技术装备和服务模式创新。鼓励发展节能环保技术咨询、系统设计、设备制造、工程施工、运营管理、计量检测认证等专业化服务。而本产品和其他同类型的产品相比，能源能耗低，对环境能够起到很好的保护作用，这是目前其他同类产品所不具有的一大优势。
        与同期其他产品相比，本产品技术更先进并且成本更低，能够利用物联网、PLC、GIS和GPRS等技术实现一套污水处理过程动态监控和控制，对污水进行自动采集、分析，并通过远程集中控制中心反馈和控制污水站设备的运行，使用更加快捷高效。
        本文是2020年广西大学生创业训练“分布式污水处理远程节能监控系统”（项目编号202010595317）项目成果