農村污水處理智慧化系統方案研究

段煉 王冠 邵立雪

【摘? ? 要】：針對農村污水處理系統存在的處理設施規模小、數量多且分布散、整體運維難度大的問題，采用智慧化管理手段，對農村污水處理設施進行遠程監控和集中管理，建立從監控到運維管理的體系，從而提高管理效率、降低人工成本。

【關鍵詞】：農村；污水處理；智慧化系統；物聯網

【中圖分類號】：X799.3【文獻標志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）03-77-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.023

Study on the Plan of the Intelligent System of Rural Sewage Treatment

DUAN Lian1，WANG Guan1，SHAO Lixue1

（Nanjing Municipal Design and Research Institute Co. Ltd.， Nanjing 210039，China）

【Abstract】：Aimed at problems of Rural sewage treatment system such as small scale， large number and scattered distribution， and the overall operation and maintenance is difficult. In this paper， intelligent management means are adopted to carry out remote monitoring and centralized management of rural sewage treatment facilities， and establish a business system from monitoring to operation and maintenance management， so as to improve management efficiency and reduce labor costs.

【Key words】：Country; Rural Sewage Treatmen; Intelligent System? Internet of Things

目前，我國農村污水治理存在諸多問題，包括污水處理站數量較多且分布零散；污水的水質波動較大，總體水量偏少，處理分攤成本高等[1]。上述問題可以通過建設污水處理智慧化系統解決；但當下污水處理智慧化系統實施方案，對農村污水處理現狀的針對性不足，不能夠完全滿足當下農村污水處理的需求。

本文從農村污水處理的工藝方案出發，綜合運行物聯網、大數據、GIS、云平臺等技術手段，提出一套農村污水處理智慧化系統的實施方案，將分散的農村污水處理設施進行數據接入和數據整合，構建基礎信息管理、可視化系統、數據統計分析、報警及預案管理、運維管理統一的管控系統平臺，同時具有監控中心平臺和移動式手持終端遠程監管的功能，實現工業化和智慧化的有機融合，推動從被動管理到主動管理、經驗管理向科學管理的轉變[2]。

1 工藝方案

根據污水收集、處理模式的不同，農村生活污水處理工藝方案按表1進行分類[3]。

典型的分散處理模式，以無人值守的一體化污水處理設施為主，適用于常住人口較少或分布零散的村莊。見圖1。

2 總體架構

通常農村污水智慧化系統的總體架構分為四層：業務應用層、網絡層、設備層和感知層。見圖2。

2.1 感知層

主要完成農村污水處理實時在線、全面感知與數據采集、準確可靠的一體化監控體系。基本數據采集項目為設施運行狀態（設備開啟、關閉狀態，設備運行故障報警等）；推薦項目為進水水量、水質，出水水質，藥劑投加，風機（泵房）電耗，污泥量以及設施運行維護全過程信息。其中，基本數據采集項目為必須檢測項目。

2.2 設備層

城鎮污水處理廠和農村污水處理站通常采用SCADA系統，PLC柜與電氣柜分開，安裝于廠區配電室內，其控制方式為手動控制、PLC自動控制和遠程控制。

一體化污水處理設施一般使用廠家成套提供的控制柜，PLC柜與電氣柜合并設置，在戶外落地安裝。一體化污水處理設施通常無人值守，以PLC自動控制和遠程控制為主。

PLC自動控制的程序包應滿足智慧系統信號接入協議的要求，能采集并傳輸包括流量計水量，提升泵、計量泵的電動機運轉狀態等工況；同時能夠接收管理平臺的遠程控制指令，對任意設備實現遠程啟停及整套控制程序的一鍵啟動、中止或結束。設備如有多種流程控制程序，還須有遠程切換各程序功能。程序中的控制參數全部可以進行遠程修改，如液位、頻率、流程時間、曝氣量、加藥量等。PLC程序可進行遠程修改。

2.3 網絡層

與上級控制中心的信號傳輸通常以無線傳輸（4G/5G）或有線傳輸（VPN或專線）的方式實現；通信方式的選擇取決于需要傳輸至上級控制中心的數據量及可靠性。城鎮污水處理廠和農村污水處理站由于工藝設備、儀表以及攝像頭數量較多，一般采用有線傳輸；一體化污水處理設施工藝設備、儀表以及攝像頭數量較少，通常采用無線傳輸。

2.4 業務應用層

該層直接面向用戶的核心需求，提供核心業務應用和終端應用，全面提供現場污水處理設施、設備、泵站的運行監控數據及視頻圖像數據，主要包括基礎信息管理系統、設備管理系統、可視化管理系統、數據分析管理系統、告警信息管理系統、事件預警管理系統、數據上報系統、生產運維管理系統、遠程監管及巡維系統應用程序（APP）等子系統，為用戶的日常管理、設備監管、人員調度、分析決策提供輔助支持。

2.4.1 基礎信息管理系統

對各污水處理廠（站）所處的村鎮（街道）名稱、設施概況等基礎信息、運行管理及維護單位組織架構、人員信息和用戶權限等信息等進行錄入和維護。

1）站點信息維護：包括站點基本信息（設施編號、行政區域、設施處理量、啟用或禁用等）的管理。

2）系統組織架構及業務操作人員基本信息維護：包括登入帳號、姓名、性別、聯系電話等。

3）權限設置：根據平臺各項功能的使用范圍，按照用戶性質設置平臺系統功能使用權限，包括站點詳情參看、錄入、查詢、修改、審核、遠程遙控等權限及用戶組維護、角色管理等設置。

4）日志管理：對整個管理系統的登入、訪問、操作、事件等行為進行記錄，通過管理員權限在后臺進行查詢、導出并進一步對日志內容加以統計，方便問題追溯。

2.4.2 設備管理系統

主要對各污水處理廠（站）使用的各種設備、儀器儀表、傳感器等進行維護管理，包括設備臺賬管理、設備養護管理、設備維修更換、數據校準、備品備件倉庫管理等功能。

1）設備臺賬管理：記錄各所屬廠（站）設備名稱、安裝時間、安裝位置、品牌、型號，保養維修更換記錄等信息。

2）設備養護管理：通過設備檔案中的各類維護要求信息，自動生成各類維護（巡檢、檢修、更新）計劃，也可通過手工添加設備維護計劃，形成維護計劃列表。

3）設備數據校準：在污水處理廠（站）設備更換工作中，對設備運行時間或其他累計值（如水表、電表）進行數據校準或清零，保證管理平臺數據的連續性和準確性。

4）備品備件管理：主要備品備件的基礎資料管理；所屬片區倉庫管理；設備材料出庫、入庫、調撥管理并進行消耗統計，低庫存告警等。

2.4.3 可視化管理系統

可以在地圖上精確定位到具體污水處理廠（站）所處的位置；也可通過右側搜索框進行模糊站名查找或按照鎮、村、廠（站）點等結構進行列表查找。

設施類型、模式等不同工況用不同顏色進行標識；地圖支持范圍內放大、縮小等功能。對于工作異常和正在運維中的站點，分別用紅色和黃色表示，正常站點用綠色表示。支持人員軌跡和運維車輛軌跡定位功能。在地圖中點擊某個站點終端，可以查看該站點詳情信息，包括站點運行工況、監測指標、運維狀況、報警詳情、工藝圖、遠程控制等。

2.4.4 數據分析管理系統

通過對實際處理水量和處理水質情況比對分析，實現對減排量的實時統計、水質監測指標的分析統計，體現農村污水治理工程的社會效益。

將各種監測數據進行分析對比并通過各種方式展示（圖形或報表），進行各種數據報表分析，如站點綜合數據、設備綜合數據、報警綜合統計、水質監測數據、人員車輛統計、運維統計表、站點運行效率等，所有報表都可按日、周、月、年等方式統計匯總。

1）站點綜合統計表：通過各站點產水量、用電量、能耗比等參數統計各站點綜合指標。

2）站點設備綜合統計表：通過各站點設備累計運行時間、故障時間等，對站點設備運行狀況進行設備運行效率統計。

2.4.5 告警信息管理系統

當污水處理廠（站）設備發生報警或監測數據出現異常情況，如提升泵故障、COD指標異常等，系統自動產生告警消息，同時發送給負責該站點運維人員。運維人員可以通過移動客戶端接收告警工單，進行處理；中控室管理員還可以接收突發性事件，如站點水淹、垃圾堆積等的報警并將報警信息發送給相關工程維護班組進行處理。

2.4.6 事件預案管理系統

通過后臺數據中心，將報警信息直接發給相關片區主管及負責該站點的運維管理人員進行處置。運維人員根據該事件的預案說明，進行報警事件處理，做到事件不遺漏、處置規范化，提高運維效率。

2.4.7 數據上報系統

將全區域污水處理綜合指標、設備運行狀況指標、運維管理考核指標、實時監測數據、重大報警事件等信息上報給上級主管部門。

2.4.8 生產運維管理系統

將生產運維及考核工作規范化、明確化，確保負責運維巡檢及考核的人員按時、準確、完整、規范地提交相關內容并能夠針對提交的內容進行自動統計與分析。

1）考勤管理：對站點巡檢維護人員考勤記錄（到達時間、停留時間、離開時間、每月巡查次數），巡維位置定位及巡維軌跡跟蹤管理。

2）巡檢計劃管理：事先設置自動制定巡檢計劃；也可以由管理人員手動下發臨時巡檢維護任務計劃。巡檢計劃包括計劃名稱、內容、有效期及該計劃所作用的片區小組、計劃作用的站點等。

3）日常巡檢管理：按照一定的巡檢計劃，巡檢人員對終端運行的設備、環境狀況、出水狀況、水質狀況等進行整體排查。現場巡檢時，對終端進行維護操作，在手機APP提交現場照片和文字描述，具體進行哪些操作，解決了什么問題等并提交至管理平臺。

4）工單管理：包括臨時工單處理、告警工單處理、工單執行情況。對未處理工單、正在執行的工單、已完成的工單進行匯總統計，允許重新派發工單、撤銷工單等帶權限的工單操作。

5）工單告警：當運維人員沒有按照工單要求或未規定時間內完成事件的處理，系統會告警并將信息推送至責任人。

2.4.9 遠程監管及巡維系統APP

整個農村污水監測信息管理平臺用戶不僅可以通過Web瀏覽器來完成所有功能的使用，也支持APP訪問并采用最新的即時通信技術實現高效信息傳遞，以達到方便快捷的實時管理效果。通過手機客戶端實時查看現場檢測設備運行狀況及各項檢測指標，管理人員不在現場就能夠隨時了解現場場景，運維人員巡檢各監測站點設施時，可及時提交巡檢維護信息，各級管理人員方便查看各設施實時運行狀態，幫助實現隨時隨地可視化管理。移動端APP系統通常具有如下功能。

1）站點詳情及地圖導航：在手機端可展示全區域站點運行狀況（正常站點、報警站點、維護站點）及各站點運行工況和指標詳情。

2）任務管理：系統的任務管理由中控組或運維經理負責，對異常站點進行任務派發、督辦，查看任務完成情況，保障站點正常運行并對所有任務工單的處理結果進行審核確認。

3）考勤簽到管理：系統設置考勤地點、范圍及考勤對象，根據考勤范圍分為內勤與外勤，簽到后開始記錄人員及站點巡更軌跡。

4）消息及任務計劃提醒：巡檢員通過APP接收每天消息提醒及計劃任務等，根據相關任務進行處理。

5）事件上報、任務統計、預案說明：巡檢員通過APP可以對現場無法處理的事件進行上報，對已處理任務或未完成任務進行統計，可以對每個報警預案處理說明進行查詢。

3 結語

1）農村污水處理智慧化系統能夠有效應對農村污水處理中遇到的站點較多、點位分散、監控難度大、缺少專業運維人員等問題。

2）農村污水處理智慧化系統不僅能夠有效提高污水處理設施的運行效率，保障出水水質達標，還能降低實現節能減排，降低運維管理成本。

3）農村污水處理智慧化系統收集到的數據，可以給周邊地區農村污水治理的規劃提供數據支撐。

參考文獻：

[1]周清時，江靜，呂少輝.六合區農村生活污水治理模式與經驗探討[J].資源節約與環保，2022，（1）：67-69+73.

[2]敖旭平，徐斌，金凡，等. 智慧水務在農村生活污水處理中的應用研究[J]. 中國給水排水，2015，31（8）：62-64.

[3]GB/T 51347—2019，農村生活污水處理工程技術標準[S].