分布式污水處理系統(tǒng)在白洋淀流域的應(yīng)用

池灝然 李穎 張艷飛

摘 要：白洋淀大部分位于雄安新區(qū)，雄安新區(qū)是繼浦東新區(qū)、濱海新區(qū)之后的第三個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)，同時(shí)也是北京非首都功能疏解的集中承載地。然而，白洋淀水體中的總磷、總氮、懸浮性固體、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)等項(xiàng)目超標(biāo)，水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重。分布式污水處理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)白洋淀水環(huán)境，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)處理。因此，本文重點(diǎn)研究了分布式污水處理系統(tǒng)的工作流程及特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：分布式污水處理系統(tǒng);水質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè);白洋淀

中圖分類號(hào)：TP273;X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）31-0069-02

Application of Distributed Wastewater Treatment

System in Baiyang Lake Watershed

CHI Haoran LI Ying ZHANG Yanfei

（Hebei Institute of Finance，Baoding Hebei 071000）

Abstract： Baiyang Lake is mostly located in Xiong'an New District， which is the third national-level new district after Pudong New Area and Binhai New Area， and is also the concentrated carrying area for the functional relief of Beijing's non-capital. However， the total phosphorus， total nitrogen， suspended solids， ammonia nitrogen， permanganate index and other items in Baiyang Lake waters exceeded the standard， and the water body was eutrophic. The distributed sewage treatment system can monitor the Baiyang Lake water environment in real time and achieve precise processing. Therefore， this paper focused on the workflow and characteristics of distributed wastewater treatment systems.

Keywords： distributed sewage treatment system;water quality monitoring data;Baiyang Lake

中國(guó)水資源總量為28 000億m3，人均水資源占有量?jī)H有2 100m3左右，資源性缺水現(xiàn)象嚴(yán)重，水資源分布存在空間差異。華北地區(qū)人口占全國(guó)總?cè)丝诘?/3，而水資源僅占6%。白洋淀作為我國(guó)北方唯一的大型湖泊，具有不可替代的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值。

在京津冀地區(qū)逐步實(shí)現(xiàn)世界級(jí)城市群的總體目標(biāo)的大環(huán)境下，雄安新區(qū)的水資源發(fā)展模式必須為節(jié)水與環(huán)境友好型。因此，針對(duì)白洋淀水域，加強(qiáng)分布式污水處理系統(tǒng)的研究非常必要。

1 目前存在的問(wèn)題

1.1 白洋淀水污染問(wèn)題

水體中的總磷、總氮、懸浮性固體、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)等項(xiàng)目超標(biāo)，污染物質(zhì)存在復(fù)雜性、多變性、不確定性等特點(diǎn)，水污染影響層面廣泛，直接或間接地危害人體健康，阻礙可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。

1.2 水污染治理系統(tǒng)存在的問(wèn)題

目前，白洋淀應(yīng)用的污水處理系統(tǒng)存在功能單一、多干擾、多變量、典型非線性等缺陷。水污染控制與治理缺乏過(guò)硬的技術(shù)支持，治理設(shè)備質(zhì)量有待提高，項(xiàng)目實(shí)施的執(zhí)行力與監(jiān)管力度不足，水污染情況尚未根本扭轉(zhuǎn)。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備引進(jìn)及維護(hù)的費(fèi)用十分昂貴，導(dǎo)致水污染處理系統(tǒng)的投入成本很高。我國(guó)分布式系統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究和建設(shè)仍然處于探索和發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)應(yīng)用并不多見(jiàn)，因此有必要研究分布式污水處理系統(tǒng)。

2 分布式污水處理系統(tǒng)

分布式污水處理系統(tǒng)給白洋淀水環(huán)境監(jiān)測(cè)人員提供了一個(gè)易于操作的控制管理平臺(tái)，可以做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)處理。分布式污水處理系統(tǒng)需要使用控制系統(tǒng)提供的模塊化功能單元，按照一定的邏輯組合成能夠滿足特定污水處理需求的應(yīng)用系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)大量調(diào)查研究，結(jié)合白洋淀水污染治理情況，筆者認(rèn)為，分布式污水處理系統(tǒng)在白洋淀具有極強(qiáng)的適用性。

3 分布式污水處理系統(tǒng)工作流程及特點(diǎn)

3.1 監(jiān)控預(yù)警

目前，國(guó)內(nèi)外普遍使用的污水處理系統(tǒng)，如智慧水系統(tǒng)，存在功能單一的局限，難以全面處理水污染。主要問(wèn)題表現(xiàn)為：污染物質(zhì)具有多樣性、變化性和不確定性;水環(huán)境及其周圍環(huán)境嵌入融合具有復(fù)雜性;凈化過(guò)程缺乏多目標(biāo)平行達(dá)標(biāo)的同步性;各操作站未能全部配備單一智能機(jī)。由此可見(jiàn)，其不具備并行、分布、開(kāi)放和容錯(cuò)等優(yōu)勢(shì)，處理精度較低。相比之下，分布式污水處理系統(tǒng)具有自主修正和自我診斷的能力。該系統(tǒng)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸白洋淀環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)至水質(zhì)監(jiān)測(cè)部門的服務(wù)器，為后續(xù)水域的水質(zhì)監(jiān)管、分析、處理和預(yù)警提供信息支持。

3.2 統(tǒng)計(jì)報(bào)表

水質(zhì)監(jiān)測(cè)逐漸從實(shí)地、單參數(shù)監(jiān)測(cè)發(fā)展為無(wú)線遠(yuǎn)程、多參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，借助網(wǎng)絡(luò)通信、多維顯示和管控技術(shù)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)中，再由高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算、分析整合、容錯(cuò)控制、顯示報(bào)警等集中運(yùn)行管理。通過(guò)分布式污水處理系統(tǒng)，人們可以監(jiān)測(cè)、收集和分析白洋淀水質(zhì)參數(shù)，進(jìn)行模塊化辨識(shí)、分級(jí)控制和整合處理。數(shù)據(jù)的集中操作和管理趨于可靠、穩(wěn)定和智能。

3.3 水質(zhì)問(wèn)題診斷

為了解決白洋淀水污染問(wèn)題，白洋淀附近的城市和農(nóng)村要廣泛安裝各種水質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)傳感器，利用監(jiān)測(cè)傳感器傳來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按照污染水質(zhì)的雜物分類后，進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)分析，然后有針對(duì)性地向環(huán)境分析與處理中心反饋，并為解決這些問(wèn)題制訂詳細(xì)的計(jì)劃。

工作人員可以通過(guò)這些信息提前準(zhǔn)備有關(guān)設(shè)備，對(duì)設(shè)備進(jìn)行安全保障、維護(hù)和檢修。另外，水污染會(huì)造成突發(fā)事件，相關(guān)工作人員要提前制訂預(yù)警和應(yīng)急方案。

分布式污水處理系統(tǒng)可以傳輸水質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)值，分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，引入報(bào)警分析方法，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。同時(shí)，可以對(duì)采集處理后的報(bào)警參數(shù)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)重要參數(shù)的報(bào)警和原因定位。另外，可以定期打印各水質(zhì)參數(shù)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對(duì)超過(guò)報(bào)警值的數(shù)據(jù)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警[1]。

3.4 系統(tǒng)故障診斷

分布式污水處理系統(tǒng)的各項(xiàng)功能可以分散到不同的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行分析處理，系統(tǒng)控制采取容錯(cuò)機(jī)制，確保某臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)其他功能依舊能夠保留并且執(zhí)行。分布式水污染處理系統(tǒng)避免了系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)承擔(dān)任務(wù)單一的缺陷，可根據(jù)系統(tǒng)處理污水的任務(wù)需求，在不影響其他計(jì)算機(jī)工作的情況下，隨時(shí)改變或者擴(kuò)充多臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能。

分布式污水處理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)、預(yù)測(cè)等先進(jìn)控制，并可根據(jù)需求增加特殊的控制算法[2]。模塊化設(shè)計(jì)能夠使系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單、方便，當(dāng)局部出現(xiàn)故障時(shí)能夠迅速排除故障，不會(huì)耽誤整個(gè)系統(tǒng)的工作。

3.5 分布式污水處理系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.5.1 開(kāi)放性、互作用性和交換性。規(guī)范設(shè)計(jì)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，采取全局共享、數(shù)據(jù)多次利用，使用戶具有自控設(shè)備的多樣選擇、自控設(shè)備集成的主動(dòng)權(quán)，使用模式具有靈活性。

3.5.2 數(shù)字化通信。用數(shù)字信號(hào)代替模擬信號(hào)，系統(tǒng)具有較高的可靠性，能夠抗御外界干擾，受攻擊后，具有自我恢復(fù)能力。

3.5.3 智能與功能自主。簡(jiǎn)潔的模塊可縮短設(shè)計(jì)流程，它能更多地向網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，提高傳輸速度，縮短控制響應(yīng)時(shí)間。

3.5.4 高度分散性。模塊間高內(nèi)聚，同時(shí)各模塊獨(dú)立，能完全分散控制，控制系統(tǒng)能不依賴控制室的計(jì)算機(jī)或控制儀表，直接在現(xiàn)場(chǎng)完成。這種智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性。

3.5.5 適應(yīng)性。分布式污水處理系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和遠(yuǎn)程智能診斷技術(shù)的飛速發(fā)展，人們要將數(shù)學(xué)模型分析方法應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)的管理和控制中，以降低分布式污水處理成本。分布式污水處理系統(tǒng)運(yùn)用多種自動(dòng)化技術(shù)和分析手段，加強(qiáng)污水處理管理，減少水資源浪費(fèi)，提高污水利用率，最終推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和相關(guān)技術(shù)更新升級(jí)。因此，分布式污水處理系統(tǒng)在白洋淀的應(yīng)用，必將成為建設(shè)綠色雄安新區(qū)，推動(dòng)中國(guó)建設(shè)世界級(jí)城市群的重要助力之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建.油田污水處理分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2008.

[2]卿曉霞.基于Multi-Agent的分布式污水處理智能化系統(tǒng)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2007.