污水處理廠無人值守運行模式探討

關永年

(蘇州工業園區清源華衍水務有限公司，江蘇蘇州 215021)

蘇州工業園區清源華衍水務有限公司目前建有兩座污水處理廠，第一污水處理廠現處理能力為20萬t/d，第二污水處理廠現處理能力為15萬t/d。采用的處理工藝為AAO +濾布濾池+次氯酸鈉消毒工藝，尾水排放執行一級A標準，生產過程中產生的污泥經干化后全部由熱電廠焚燒處理。傳統處理工藝需較多的人員配備，但污水處理廠的地理位置偏僻，考慮到工作人員上下班和巡檢操控的安全，以及夜間處理廠的運行問題，人工手動操作的工作負荷較大[1-3]。污水處理廠實行無人值守運行模式之前，較多的人員配置產生了一系列問題，主要有：員工在分配任務時存在推諉現象；員工工作效率低，完成一項簡單工作耗時長且需配備多名人員同時進行；工作人員執行力較差，企業管理工作不到位，做不到快速進行；人力成本高，增加了企業的經營壓力；污水廠的位置偏僻，安全無法確切保障[4-6]。

1 改造方案

1.1 改造原則

(1)安全性。首先應以保證污水處理廠的運行安全為原則，確保污水處理廠的出水水質穩定達標、運行風險可控；保證廠內設備設施和物資的安全，防止外來人員的偷盜和破壞。

(2)穩定性。無人值守運行模式的生產系統必須穩定，需包括安全保衛系統、自動化生產運行系統、視頻監控系統、水質在線監測系統等[7]。

(3)經濟性。投資注入的改造費用需取得相應的經濟效益，則投入產出比要高。

1.2 改造思路

盡量減少人員數量以及人工操作安排。以機器自動化運行代替人工操作，變人工操作為人員監控以及現場巡檢，減少人員配置。圍繞廠區安全、生產運行、應急處置等方面進行工作。

1.3 改造措施

根據上述改造思路，結合污水處理廠的實際運行情況，將污水處理廠涉及人工操作的環節進行相應的改造，增加相應設備參數的采集信號以及現場的視頻信號[8-9]。對安防系統、物料進料系統、加藥系統、變電所巡檢系統、污泥脫水系統、視頻系統、在線儀表系統進行改造和完善，具體如下。

(1)安防系統：污水處理廠圍墻增加電子圍欄報警系統，大門處采用紅外對射，同時設置聲光報警系統、建立廠區廣播功能；對于安防系統，采用計算機遠程遙控布防、撤防、緊急報警；完善視頻監控系統，實現圖像動態跟蹤、智能分析報警等功能，現場視頻信號傳輸至遠程安防管理可視化平臺；改造污水廠進廠的大門，設置進出權限、增設中控呼叫系統。大門改造成遠程開門、授權的RFID以及車輛識別系統，自動開門進入廠區；采用遠程對講系統，外來訪客通過語音對講系統與中央控制室對話，身份確認后，由中控室遠程開門；外來物料運輸車輛通過車輛識別系統，開門進入廠區；員工進廠維修或巡檢等工作時，刷卡進入廠區[10]。安防系統改造完成后，保安崗位可以撤出，改造后的大門及電子圍欄系統如圖1和圖2所示。

圖1 改造后的大門Fig.1 Entrance of the WWTP after Reconstruction

圖2 圍墻上的視頻及電子圍欄Fig.2 Video Mentoring and Electronic Fence on the wall

圖3 變電所信號改造圖Fig.3 Signal Transformation of Substation

(2)進料系統：自動進料系統包括車輛識別系統、視頻系統、自動稱量系統等[11]。對于污水處理廠日常生產所需的硫酸鋁、碳源、PAM等原料，供應商送貨時，車輛識別系統識別車牌后，物料運輸車進廠，同時進入地磅過磅，記錄數據，卸貨后再次過磅，自動形成進貨數據，中控室自動形成進貨單據和報表，包括車牌、毛重、空車重、凈重等信息。

(3)自動加藥系統：根據曝氣池出水總磷在線儀的數據顯示值，自動啟動(或人工遠程點動)加藥裝置向系統加藥；加藥系統自動配藥，并按設定的投加濃度、投加量自動投加。

(4)變電所巡檢系統：變電所增加相應的智能儀表(包含電流、電壓、功率、溫度、功率等指標)及相應的傳感儀器，同時配備機器人巡檢，定時將變電所信號傳到中央控制室；變電所上部安裝有軌機器人，按設定的時間和軌跡對變電所進行巡視，并將圖片發送至中央控制室,如圖3所示。

(5)污泥脫水系統：污泥脫水設備采用離心脫水機，可以滿足無人值守自動運行的要求，主要是解決配藥系統的自動化[12-13]，采用商品化的原液可以解決這個問題。

(6)視頻系統：進一步完善生產過程的視頻系統。除了鼓風機房、變電所、加藥間等已安裝的視頻系統，新增污水廠總進水口、初沉池出水口、二沉出水口、總出水口等地的視頻系統，視頻采用有夜視功能的高清球機，可定時觀看視頻巡查代替工作人員的人工巡檢。

(7)在線儀表以及設備信號完善：新增初沉池出水、曝氣池出水、二沉池出水等工藝處測定氨氮、總氮、硝酸鹽氮、總磷等儀表，增加和完善各設備運行參數信號的采集，以便細化過程監控[14-15]。

由于無人值守系統是個基于物聯網的龐大系統，涉及智能生產系統、信息系統等其他方面的改造，這里不一一贅述。

2 無人值守系統的運行模式

完成上述改造后，取消了門衛和保安崗位，污水廠內不再配置運行人員，污水處理廠按無人值守模式進行運行。日常運行如圖4所示。

圖4 無人值守運行示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Unattended Operation Mode

運行人員在公司總部的中央控制室集中控制，監控污水廠的運行，根據需要調整水量、風量、回流比、排泥量等工藝參數，并負責生產電耗、藥耗的控制；工作人員在現場定期巡視，發現問題后及時處理；外來訪客通過視頻對講系統與設置在總部的生產控制中心對話，身份確認后，中控人員遠程開門；工藝和設備人員設置24 h值班，有問題及時處理。

變電所機器人巡檢系統，定期將畫面傳到中央控制室；變電所內電流、電壓、功率、溫度、功率因素等參數通過智能表實時傳到中央控制室。應急處理時按應急相應的流程進行處理，如圖5所示。

圖5 應急處理流程圖Fig.5 Flow Chart of Emergency Process

3 結論及建議

蘇州工業園區污水處理廠通過探索污水處理廠的無人值守運行模式，實現了一線人員的精減和優化，分流的人員可作為后臺的保障。兩座污水廠的現場人員減少32人，保安人員也全部取消，提高工作效率的同時，大大節省了污水處理廠的人力成本，為公司的智能生產邁出了堅實的一步，今后將會在遠程自動化基礎上，在生產的智能化方向進行下一步改造和完善。已經運行的無人值守模式仍有一些的地方需要改進。

(1)加強工藝在線儀表的維護。在線儀表是生產過程的眼睛，在線儀表的準確性是污水廠運行的重要前提。

(2)強化設備保障。設備狀況及完好率、保證率是實現污水廠無人值守的前提條件，因此，無人值守對設備的完好率要求較有人值守更高。

(3)工藝的應急響應。同設備人員的24 h值班一樣，工藝人員也應配置24 h的應急人員，出現工藝問題時以便及時處理。

(4)設備配置的適當冗余。無人值守的污水處理廠廠內未配置操作人員，因此，設計時，應充分考慮主要設備的冗余度，當一臺設備出現故障，應有備用設備及時投入使用，以確保污水廠的運行安全。