1/2/3北控水务（中国）投资有限公司 北京市 100102；4/5北京稻香水质净化有限公司 100089
摘要：为使城镇污水处理厂（以下简称污水厂）中控系统能够更加有效的指导生产，符合智慧水务管控要求，切实提高生产运营管理水平，挖掘企业中控系统应用潜力、拓展中控系统功能已经逐步成为一个重要课题。现结合企业生产运营实际需求，提出对中控系统进行生产工艺、设备和能效管理三方面的功能拓展，经多次专业论证并在某污水厂实施，取得了良好效果，实现了管理提升，同时也可作为环境监管部门对污水厂中控系统进行监督管理的辅助手段之一。
关键词：污水厂；中控系统；功能拓展；工艺管理；水泵泵效率；风机效率；单位容积功率
引言：近年来，智慧水务项目开展得如火如荼，以多个污水厂为统一管理目标整合形成一个调度中心已成为趋势，污水厂内部的中控系统功能逐步被弱化，给生产运行造成一定的困扰。中控系统是污水厂的关键配套设备之一，（环办[2008]90号）《关于加强污水厂污染减排核查核算工作的通知》[1]对其做出了明确要求；（HJ2083-2014）《污水厂运行监督管理技术规范》[2]，对中控系统的运行要求提出了规范性要求；各地住建、环保部门也相继出台污水厂运行监管指标体系，对中控系统运行提出具体要求。这些要求主要强调监控运行成果，对污水厂起到了很好的监督管理作用，但是目前多数污水厂的中控系统在数据处理、数据分析方面仍存在大量空白，无论是在智慧水务项目调度中心还是污水厂内部自用的中控系统，研究如何填补这些空白、实施功能拓展是很有必要的。
1、中控系统基本功能简介
根据HJ2083-2014要求，污水厂应设置功能完善的中控系统，以全面记录并实时反映污水厂的运行状况，应具有数据显示、数据处理、数据记录和数据分析及自动生成动态变化曲线图等功能，并符合附录B的规定。中控系统的监控规模应与设计一致，现场数据记录应与上位机数据记录保持一致。中控系统主要内容包括：运行控制与显示、水量水质监控的数据记录和显示、关键设备运行监控的数据记录和显示、关键运行参数的数据记录和显示等。
2、功能扩展内容
2.1工艺管理功能[3]
2.1.1混合液悬浮固体ML.SS,mg/L
混合液悬浮固体指生化池中混合液单位体积的固体重量，是计量活性污泥数量的指标。
2.1.2混合液挥发性悬浮固体ML.SS,mg/L
混合液挥发性悬浮固体指混合液悬浮固体中有机物的重量，通常用600℃下灼烧减量代表有机物量。
2.1.3污泥沉降比SV，%
污泥沉降比指生化池混合液在1000mL量筒中，静置30min后，沉淀污泥与混合液的体积比。
2.1.4污泥指数SVI，mL/g
污泥指数指生化池混合液经过30min净沉后，1g干污泥所占的容积，计算公式为：
SV为生化池混合液经过30min静沉后的污泥容积，mL；
MLSS为污泥干重，g；
2.1.5污泥龄SRT，h
污泥龄指生化池中工作着的活性污泥总量与排放的剩余污泥的比值，计算公式为：
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VT为生化池有效容积，m3；
MLSS为生化池污泥浓度，mg/L；
Vd为生化池日排放剩余污泥量，m3；
MLSSd为生化池排放的剩余污泥浓度，mg/L；
2.1.6曝气时间，h
曝气时间指污水在生化池曝气区的平均停留时间，计算公式为
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W为生化池曝气区的有效池容，m3；
Qin为进水流量，m3/h；
2.1.7污泥负荷F/M，kgBOD/kgMLSS.d
污泥负荷指进水中的BOD的量和活性污泥量（微生物）的比值，计算公式为：
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Qin为进水流量，m3/d；
BOD5为进水BOD5浓度，mg/L；
VT为生化池有效容积，m3；
MLSS为生化池污泥浓度，mg/L；
2.2设备管理功能
2.2.1设备台账功能
设备台账是设备管理基础，一般包括设备名称、代号、编号、功能位置、主要技术参数、附属设备参数、使用年限等。将设备台账录入中控系统，是可视化管理的有效手段之一，便于管理人员和运行操作人员随时了解、熟知设备相关参数，在运行巡检过程中与实际参数进行比较，发现异常及时分析处理，有效避免设备出现重大故障后才能发现，规避设备故障停产。
2.2.2设备完好率
设备完好率是设备管理的一个重要指标，其数值等于1减设备故障率，设备故障率等于故障台时与计划运行台时的比值。根据管控要求，企业也可按故障台时与实际运行台时比值计算，而中控系统通过编程可以方便的统计设备故障台时和运行台时，从而算出设备完好率，通过该功能，可以方便的查阅设备完好率，根据设备完好率的趋势提出整改措施，确保正常稳定生产。
2.2.3预防性维修提示功能
预防性维修是以设备运行台时为基础进行的维护维修方式，具有周期性的特点。根据设备的磨损规律、维修周期、维修难易程度等事先确定维护维修类别（大、中、小修）、修理间隔期（月、季、年）及修理工作量（工时、费用）。预防维修所需的备件材料可以预计，因此可作较长时间的安排，修理计划按设备的实际运行台时数合理安排。由于污水厂主要设备运行状态均纳入中控系统，编程统计实际运行台时成为可能，同时在中控系统中预先设定维修类别的修理间隔期、最近一次的修理时间，即可自动计算出下次预计修理的时间，做出预防性维修提示，并可输出形成各月的预防性维修计划。
2.3能效管理功能
2.3.1电单耗WO，kWh/m3
电单耗指用电量与处理水量的比值，按污水厂用电设备类别可分为全厂电单耗、输送系统电单耗、混合系统电单耗、空气系统电单耗和脱水系统电单耗等，计算公式为：
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WX为平均1d时间内的全厂电耗、输送系统单耗、混合系统电耗、空气系统电耗和脱水系统电耗等，kWh/d；
Qin为进水流量，m3/d；
2.3.2药单耗，mg/L
药单耗指用药量与处理水量的比值，按污水厂用药情况可分为除磷药剂（混凝剂、助凝剂）、脱水药剂（阳离子PAM）、污泥调理药剂（生石灰、混凝剂等）、消毒药剂（液氯、次氯酸钠、盐酸、氯酸钠等）等，计算公式为：
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MX为平均1d时间内的用药重量，g/h；
Qin为进水流量，m3/d；
2.3.3水泵效率，%
水泵效率等于实际有用功率与实际消耗电功率的比值，水泵实际有用功率P2计算公式如下：
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P1为水泵实际耗用电功率，kW；
Pa为介质密度，kg/m3；
Qin为提升流量，m3/h；
g为重力加速度，m/s2；取9.8m/s2；
h为扬程，m；
2.3.4风机效率，%
风机效率等于气动消耗功率与实际消耗电功率的比值，气动消耗功与空气流量、风机出口压力有关，通过安装空气流量计、压力变送器获得这两个数值；实际消耗电功率可通过安装智能电表获得，从而算出风机效率。气动功率计算公式如下：
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Wair2为实际气动消耗电功率，kW；
Wair1为风机实际耗用电功率，kW；
Pa为空气密度，kg/m3，用热式空气流量计时Pa=1.205；
Gs为空气流量，Nm3/min；
R为气体常数，J/kg.K，R=286.88；
T为进气温度（绝对温度），K；
K为常数，K=0.2857；
Pa为进口压力，101.325kPa；需根据当地海拔高度换算，进口压力=（101.325-当地海拔米/12*0.133）kPa；
Δp为风机出口升压，kPa；
2.3.5单位容积功率，Wo，W/m3
单位容积功率指某一设施内的混合系统功率与设施有效容积的比值，计算公式为：
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WX为混合系统功率，W；
VX为某设施有效容积，m3；
3.功能拓展的实施
功能拓展的实施步骤主要包括方案制定、项目立项、预算筹划、招投标、合同谈判签订及工程组织实施等，下面仅从中控系统实施功能拓展的技术角度探讨实施过程。
3.1确定技术参数，明确单据
实际拓展的功能远远超过上述功能拓展示例，因此参数收集整理显得尤为重要。通过查阅图纸资料、实际测量，得到生产运行管理所需要的现状参数、常量参数，并加工为公式中所需的参数备用。对于需要经常输入的参数，可结合生产实际需要，制定切实可行的仪器仪表补充采购计划，如流量、液位、压力、MLSS、DO及智能电表等，这些仪表应具备模拟量输出或数字量通信功能，便于传输到PLC进行编程读取。
3.2将技术参数、单据接入自控系统，设置数据字典
部分仪器仪表、智能电表需要先与PLC通信和编程，实现数据的采集，然后记录好PLC的IO表，与上位机人机界面软件通信，将PLC的IO表读取到上位机，并设置上位机IO数据字典备用；其它现状参数、常量参数以及后续需要周期性输入的数据，可直接在上位机设置内部存储数据字典备用。
3.3绘制展示画面、报表、报警和历史趋势图
结合生产工艺，按需绘制展示画面、报表、报警和历史趋势图，并将上位机设置好的数据字典连接到相应的界面中，完成上位机人机界面软件的工程编程设置。
3.4调试投运，持续优化完善
完成PLC编程调试、上位机人机界面软件的工程编程设置后，即可调试投运，核对相关参数准确性和功能的实现程度，通过一定时间的运行，检查报表和趋势准确、完整情况，如无问题即可编制作业指导书，组织培训并投入运行，后期可结合生产需要进一步完善。
4.结论及建议
4.1拓展工艺管理功能，可以直观、系统地评价活性污泥情况，判断生化池的工作状况；
4.2拓展设备管理功能，可以推动设备维护维修工作按计划开展，提高设备保障率；
4.3拓展能效管理功能，可以在安全稳定达标的基础上，进一步开展经济运行管理工作；
4.4为生产运营管理提供了便利条件，有效提高污水厂生产管理水平，建议具备条件的企业积极开展此类功能拓展工作，切实提高行业整体管理水平。
参考文献：
[1]环境保护部（现生态环境部）．（环办[2008]90号）《关于加强城镇污水处理厂污染减排核查核算工作的通知》；
[2]环境保护部（现生态环境部）．（HJ2083-2014）《城镇污水处理厂运行监督管理技术规范》；
[3]建设部人事教育司 ．《污水处理工》．出版地：北京市密东印刷有限公司印刷，2016年11月第十五次印刷。
作者简介：
韦增，1980年生，广西省都安县人，中级工程师，审计中心星级验收经理，电气自动化、设备管理。