構建城市(半)開放式智能水再生公園系統

文_辛懷達 金川集團公司鎳冶煉廠

我國城市化發展的過程亟需考慮城市生態環境的建設，不僅有利于人與自然的和諧共處，更有利于提高人們的生活品質。《水污染防治行動計劃》（簡稱“水十條”） ，要求污水處理著力于治理劣五類水及更差水體，確保飲水安全主要針對飲用水水源地等水質較好水體，保證水質不下降、不退化。本文在對城鎮污水處理廠進行設計的過程中，引入了城市社區公園的建設，并將物聯網技術與污水處理廠的運行緊密結合，提出了城市（半）開放式智能水再生公園系統。

1 設計理念

廠區建筑物進行綠色建筑設計，降低能耗。盡量將污水處理構筑物建于地下，便于處理臭氣和降噪，地面種植綠色植物。將污水處理廠建成一個（半）開放式的公園；增加人工生態綠地，進一步降解污染物，同時可作為城市公園使用，出水可回收利用。由于該污水處理廠不會影響周圍環境，可將污水處理廠建于城市近郊，可省去鋪設長距離污水管道的投資。雖是污水處理廠，但也是城市公園，污水處理廠附近的地價將不降反升。

運用物聯網技術能實現污水處理廠的“智慧生產”。設備及儀表的管理及維護工作通過物聯網與專業的外包服務單位相連通，在污水到達廠區時，智能控制系統會結合工藝特點，會自動選擇最優的全過程控制方案，以達到最佳的能耗、物耗方案，以及達到最高效的資源再生產能力。

2 城市(半)開放式智能水再生公園系統

2.1 總體設計

根據污水處理廠“布局合理、功能分區、流程有序、預留發展、減少土地征用” 的平面布置原則，根據廠址的地形，地貌，道路等自然條件，考慮進出水走向，風向等因素，按功能將處理廠劃分為污水處理區、人工生態濕地區、污泥處理處置區生產管理區，各區之間以綠化帶隔離。

水處理中心位于城市（半）開放式智能水再生公園系統西北側，擬在廠區的西北側和東北側分別設置水處理中心主入口和次入口；人工生態濕地公園位于該城市（半）開放式智能水再生公園系統東南側，包括人工濕地、運動區、展覽廳等區域，擬在公園西南側和南側分別設置公園主入口和次入口；污泥堆肥中心位于城市（半）開放式智能水再生公園系統東側，為圓形半地下建筑，主要用于水處理中心剩余污泥及部分城鎮垃圾的好氧發酵堆肥處置，擬在堆肥中心東側設置堆肥中心入口。污水由廠區西北角進入，進廠污水經過泵站提升后，經細格柵后進入沉砂池，然后重力順流至改良型A/A/O氧化溝及二沉池，經紫外消毒后尾水進入人工生態濕地公園。

2.2 廠前區

廠前區的主要建筑物有綜合用房及污水凈化展覽廳等。方案綜合用房位于水處理中心及人工生態濕地的交界區，既方便對水處理中心的運行管理，同時由于其靠近人工濕地公園，能給工作人員創造一個良好的工作環境。

此外，由于國內外對于水處理中心的管理體制限制了游客不能隨意進入廠區進行參觀游覽，方案提出設置污水凈化展覽廳，其通過物聯網技術，設置人性化的無線語音、視頻、投影等形式對水處理中心的功能、工藝過程、工藝單元進行介紹和展示，通過互動進行一些企業宣傳和知識普及。

2.3 污水污泥處理區

污水處理區包括預處理、生物處理兩部分，預處理構筑物包括粗細格柵間、進水泵房、沉砂池；生物處理區包括改良型A/A/O氧化溝、二沉池。預處理區位于水處理中心西北部，生物反應區位于廠區中西部，污水流程自西向東，沒有曲折迂回，水力流程順暢。

污泥處理區與污水處理區相鄰，位于該城市（半）開放式智能水再生公園系統東北部，緊靠生物處理區域，便于將來集中收集污泥，污泥管道連接方便。污泥濃縮脫水機房靠近運泥餅車庫，便于污泥運輸。污泥堆肥中心位于污泥濃縮脫水機房東南側，靠近濃縮脫水機房，便于污泥的處置。

2.4 堆肥中心

污泥填埋是目前污泥處置的主要方式之一，但隨之產生的污染也是不容忽視的。方案考慮到堆肥的生態效益、環境效益、經濟效益和社會效益，采用生態景觀設計理念，提出設置堆肥中心。頂層按照生態植物園的設計理念進行植物配置，力求打造一個集觀賞性、功能性、生態性為一體的現代化污泥堆肥中心，因此將處理構筑物設置于地下，其除能消納水處理中心產生的全部剩余污泥外，同時還能消納部分其它污水處理廠剩余污泥及城鎮生活垃圾，能給堆肥中心創造一定的收益。

2.5 人工濕地生態公園

人工濕地生態公園位于城市（半）開放智能水再生公園系統東南部，分為生態濕地區域、濱水游憩區、體育運動休閑區、生態景觀觀賞區及污水凈化展覽區。整個設計充分利用原有地形，有效減少了工程量。平面布局形態自然，線勢優美。此外，由于人工濕地公園內地形起伏較大，塑造景觀地貌所需的土方量小。人工濕地生態公園內的部分水面及濱水走廊等根據不同的景觀要求。靈活應用拋石護岸、植物、自然式草坡護岸等形式組合。此外，通過沿岸木棧道、深入水面的挑臺、下沉式臺階提升市民的親水性。

3 基于物聯網的污水處理廠系統設計

3.1 系統總體設計

本系統基于物聯網相關理念和架構進行設計，總體按照物聯網架構理論上分為三個層次，從下到上，依次是感知層、網絡層和應用層。

感知層：包括所有監測點所需要的專業監測設備，數字電表、數字水表、流量計、重金屬離子傳感器以及各種氣體所用到的專業傳感器。感知層要求傳感器及其接口設備具有高速、數字化、高精度等特征。

網絡層：包括所有可用于數據傳輸的網絡，3G網絡、GPRS網絡、WiFi網絡及工業以太網將用于將感知層的數據接人后端的應用層。傳輸層上實現物理鏈路的互通性，交互協議的穩定性，數據傳輸的實時性、安全性將成為該層的主要特征。

應用層：主要通過大腦中樞的算法完成對采集到的各類傳感器數據進行快速處理、系統化分析、直觀化展示以及海量存儲等功能。從而實現動態監測和預警，預防各類事故的發生，提高應急事件處理效率。及時發現問題、處理問題和解決問題。

3.2 物聯網在污水處理廠中的應用效益

3.2.1 建立污水處理廠新的管理模式

在新的發展形勢下，污水處理廠要改革傳統的管理模式，才能不斷發展。運用物聯網構建新的管理模式對大型的污水處理廠來說優勢明顯，可改變污水處理廠各自孤立的運營狀況，將不同的位置的廠區聯系起來，使單個的處理廠變成一個生產車間進行集中化的生產運行，實現了生產信息的自由流動和信息共享。同時，污水處理廠的設備及儀表的管理及維護方式都將從“被動的事后維護”轉變為“主動的事前維護保養”，這些工作都可通過物聯網與專業的外包服務單位相連通，基本不需要污水處理廠的人員參與。

3.2.2 提高污水處理廠專業化水平

物聯網系統的最大作用就是把分散部分的集中到一個系統內部，方便進行管理。智能控制系統的大腦的特點是分布式，即負責生產過程控制的控制器都分布于靠近設備和儀表的底層。上層的大腦則是放置在“云端”，與城市的管網以及其它污水處理廠互聯互通，可以完成更大范圍的智能調度。

3.2.3 降低污水處理廠生產成本

通過物聯網的運用，實行自動化的管理，減少了值班人員數量，增強了設備維護隊伍的機動性，設備保養也得到了加強，降低了污水處理廠的生產成本。

4 結語

污水處理模式由目前的集中式向集中分散相結合是未來發展的趨勢之一。城市（半）開放式智能水再生公園系統,不僅有利于推進生態城市建設的進程，提高人居生活環境，而且能提高污水處理廠的專業化水平，降低污水處理廠的生產成本，實現信息共享，對污水處理廠的建設有一定的借鑒作用。