工業(yè)智慧水務(wù)的研究和探索

金亞飚

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海201900）

近年來(lái)，城市智慧水務(wù)已成為城市水務(wù)領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要發(fā)展方向。通過(guò)各種在線監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)采儀、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等實(shí)時(shí)了解城市供排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并采用可視化的方式有機(jī)整合水務(wù)管理部門(mén)與供排水設(shè)施，形成“城市水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)”，打造出水務(wù)綜合運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)。水務(wù)綜合運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)對(duì)海量水務(wù)信息進(jìn)行及時(shí)分析與處理，并做出相應(yīng)的輔助決策建議，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理水務(wù)系統(tǒng)的整個(gè)生產(chǎn)、管理和服務(wù)流程，從而達(dá)到“智慧”的狀態(tài)。

我國(guó)工業(yè)用水量需求巨大，水資源是重要的工業(yè)生產(chǎn)資料。同時(shí)，工業(yè)發(fā)展會(huì)造成很大的水環(huán)境污染。水資源缺乏和水環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為限制工業(yè)企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。如何提高水資源利用率、減少水資源使用、控制水環(huán)境污染、改善水環(huán)境已經(jīng)成為工業(yè)企業(yè)生存發(fā)展的重要條件。工業(yè)智慧水務(wù)必將成為工業(yè)水務(wù)領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要發(fā)展方向，助力工業(yè)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

筆者結(jié)合工業(yè)企業(yè)的需求，介紹了工業(yè)智慧水務(wù)的組成，并通過(guò)分析對(duì)比工業(yè)智慧水務(wù)與城市智慧水務(wù)，對(duì)工業(yè)智慧水務(wù)的發(fā)展模式以及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)行了探討。

1 工業(yè)智慧水務(wù)的組成

工業(yè)智慧水務(wù)是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)把工廠內(nèi)的所有工業(yè)水用戶、廢水排放設(shè)施、各種給水設(shè)施、排水設(shè)施、循環(huán)水設(shè)施、水處理設(shè)施以及各種管網(wǎng)系統(tǒng)整合在一起，經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)管理、分析、處理和決策，實(shí)現(xiàn)水資源高效利用，按需供水，節(jié)能減排，治污環(huán)?！?〕。

2 工業(yè)智慧水務(wù)與城市智慧水務(wù)對(duì)比分析

2.1 實(shí)施主體對(duì)比

城市智慧水務(wù)的實(shí)施主體是城市各級(jí)水務(wù)企業(yè)，水務(wù)是其核心業(yè)務(wù)，通過(guò)建設(shè)智慧水務(wù)可以優(yōu)化生產(chǎn)、管理和服務(wù)，帶來(lái)直接、可觀的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)施主體具有建設(shè)智慧水務(wù)的積極性。城市智慧水務(wù)是從企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層至基層的自上而下的督促實(shí)施機(jī)制，建設(shè)智慧水務(wù)有可靠的資金、技術(shù)和人員保障。

工業(yè)智慧水務(wù)的實(shí)施主體通常是工業(yè)企業(yè)下屬的能環(huán)部、供水車(chē)間、廢水車(chē)間等輔助生產(chǎn)部門(mén)。水務(wù)并非工業(yè)企業(yè)核心業(yè)務(wù)，在不涉及主工藝生產(chǎn)線、資源、環(huán)保、安全的情況下，實(shí)施主體缺乏建設(shè)智慧水務(wù)的積極性。工業(yè)智慧水務(wù)更多地是從基層至企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層的自下而上的建議、批準(zhǔn)實(shí)施機(jī)制，建設(shè)智慧水務(wù)往往缺乏充足的資金、技術(shù)和人員保障。

2.2 開(kāi)發(fā)技術(shù)難度對(duì)比

城市市政水系統(tǒng)一般包括市政供水系統(tǒng)、市政污水系統(tǒng)、雨排水系統(tǒng)、中水系統(tǒng)等。系統(tǒng)類(lèi)別少，但規(guī)模較大。系統(tǒng)的水量、水質(zhì)通常變化不大。

工業(yè)水系統(tǒng)按水質(zhì)可分為純水系統(tǒng)、軟水系統(tǒng)、脫鹽水系統(tǒng)、常規(guī)工業(yè)水系統(tǒng)、中水系統(tǒng)、生產(chǎn)廢水系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)等。工業(yè)水系統(tǒng)按用水方式可分為直流水系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)等，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)又可以分為間接冷卻水系統(tǒng)、直接冷卻水系統(tǒng)等。工業(yè)水系統(tǒng)根據(jù)不同的水質(zhì)、水壓、水溫、用戶等條件還可做進(jìn)一步細(xì)分。工業(yè)生產(chǎn)廢水，特別是工藝生產(chǎn)過(guò)程中排出的廢水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物、副產(chǎn)品以及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物。生產(chǎn)廢水處理的工藝流程十分復(fù)雜，處理技術(shù)難度相當(dāng)大。另外，工業(yè)水系統(tǒng)是為工業(yè)主工藝生產(chǎn)線服務(wù)的，無(wú)論是供水需求還是廢水排放，經(jīng)常會(huì)呈現(xiàn)一種動(dòng)態(tài)變化。因此，從水系統(tǒng)復(fù)雜程度而言，工業(yè)水系統(tǒng)建設(shè)智慧水務(wù)更具難度。

工業(yè)智慧水務(wù)開(kāi)發(fā)的技術(shù)難度不在于大量的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)采儀以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，而在于系統(tǒng)構(gòu)架和生產(chǎn)模型。

2.3 開(kāi)發(fā)成本對(duì)比

由各級(jí)水務(wù)企業(yè)承擔(dān)的城市智慧水務(wù)，往往牽涉同一城區(qū)的供排水設(shè)施，地域廣，水系統(tǒng)規(guī)模大，同類(lèi)設(shè)施多，設(shè)施特征的同類(lèi)化較多，通過(guò)規(guī)模效益可有效降低開(kāi)發(fā)城市智慧水務(wù)成本。

對(duì)于工業(yè)企業(yè)而言，即便是大型企業(yè)集團(tuán)，其工廠往往是分布各地。地域不同，環(huán)境不同，外部條件也不同，同類(lèi)設(shè)施相對(duì)就較少；另外由于開(kāi)發(fā)技術(shù)難度較大，建設(shè)智慧水務(wù)的成本相對(duì)就高。如果是中小型工業(yè)企業(yè)，開(kāi)發(fā)工業(yè)智慧水務(wù)的成本就更高了。

3 工業(yè)智慧水務(wù)的發(fā)展模式

基于工業(yè)智慧水務(wù)與城市智慧水務(wù)的對(duì)比分析，提出以下幾種工業(yè)智慧水務(wù)的發(fā)展模式。

3.1 主線驅(qū)動(dòng)的發(fā)展模式

對(duì)于工業(yè)企業(yè)而言，確保主線生產(chǎn)是第一位的。工業(yè)水系統(tǒng)作為工業(yè)企業(yè)內(nèi)部重要的輔助生產(chǎn)設(shè)施，必須滿足主線生產(chǎn)的要求。主工藝生產(chǎn)線的改造往往會(huì)帶來(lái)配套工業(yè)水系統(tǒng)的升級(jí)，而這確是建設(shè)工業(yè)智慧水務(wù)的重要時(shí)機(jī)和發(fā)展機(jī)遇。

例如鋼鐵行業(yè)薄帶連鑄的結(jié)晶輥生產(chǎn)工藝對(duì)于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)具有以下的要求：（1）可實(shí)現(xiàn)大幅度變流量控制，流量根據(jù)工況的要求調(diào)節(jié)；（2）確保在一定工況條件下流量恒定，流量波動(dòng)范圍不得大于工況流量的1%；（3）確保在一定工況條件下供水溫度穩(wěn)定，溫度變化范圍不得大于±1℃；（4）供水溫度不得高于35℃，不得低于28℃，水溫過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)給產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)影響，特別是冬季水系統(tǒng)首次運(yùn)行時(shí)，初始水溫過(guò)低會(huì)造成生產(chǎn)初期的產(chǎn)品大量次品化、廢品化；（5）在生產(chǎn)不同產(chǎn)品時(shí)，循環(huán)冷卻水通過(guò)結(jié)晶輥本體所產(chǎn)生的壓力損失變化是很大的，因而薄帶連鑄對(duì)于循環(huán)冷卻水供水水壓也提出了動(dòng)態(tài)變化的要求。對(duì)此，智慧水務(wù)就能開(kāi)發(fā)出新型的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)滿足生產(chǎn)。

3.2 利益驅(qū)動(dòng)的發(fā)展模式

工業(yè)企業(yè)更加重視投資收益，特別是作為生產(chǎn)輔助的水系統(tǒng)，建設(shè)工業(yè)智慧水務(wù)必須要有明確的、可以在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)盈利的目標(biāo)。有了盈利目標(biāo)，通過(guò)利益驅(qū)動(dòng)促使工業(yè)企業(yè)自上而下建設(shè)工業(yè)智慧水務(wù)。這些利益往往涉及節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保、降本、減員等。關(guān)于工業(yè)智慧水務(wù)的盈利目標(biāo)，重點(diǎn)可以關(guān)注以下方面。

（1）在北方缺水地區(qū)，節(jié)水是重要的盈利點(diǎn)。以內(nèi)蒙的一些化工企業(yè)為例，其工業(yè)水的成本高達(dá)20元/m3，節(jié)水效益巨大。

（2）在南方地區(qū)，可以關(guān)注工業(yè)水的節(jié)能，因?yàn)橛秒姵杀鞠鄬?duì)較高〔2〕。

（3）探索水的串級(jí)利用，不僅可以減少水資源用量，還可以減少?gòu)U水處理量和排放量〔3〕。

（4）化學(xué)藥劑廣泛用于工業(yè)水處理，化學(xué)藥劑的使用不僅增加生產(chǎn)成本而且增加環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)工業(yè)智慧水務(wù)可優(yōu)化投藥〔4〕。

（5）針對(duì)專業(yè)化的生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)，不僅要有自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，更主要地是要開(kāi)發(fā)專家服務(wù)系統(tǒng)，支撐現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維，這樣不僅可以保證廢水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，避免生產(chǎn)事故的發(fā)生，也可以降低生產(chǎn)成本。

（6）將智慧水務(wù)應(yīng)用于生態(tài)取水、節(jié)水以及生態(tài)治理技術(shù)，可以提高這些技術(shù)措施的效率和效果〔5〕。

（7）將智慧水務(wù)應(yīng)用于水處理站新建或改造，打造智慧水站〔6〕，可簡(jiǎn)化管理，縮短建設(shè)周期，實(shí)現(xiàn)降本增效。

（8）水務(wù)部門(mén)為工業(yè)企業(yè)輔助生產(chǎn)部門(mén)，往往會(huì)成為減員增效關(guān)注的重點(diǎn)。工業(yè)企業(yè)往往會(huì)要求水處理無(wú)人值守，或是大片水處理區(qū)域僅派駐少量運(yùn)維人員，通過(guò)建設(shè)工業(yè)智慧水務(wù)提高現(xiàn)有人員效率，減員增效立竿見(jiàn)影。

3.3 循序漸進(jìn)的發(fā)展模式

針對(duì)工業(yè)水系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度大、開(kāi)發(fā)成本高等特點(diǎn)，工業(yè)智慧水務(wù)可以結(jié)合各類(lèi)技改項(xiàng)目，從小做起，從簡(jiǎn)單入手，循序漸進(jìn)，從局部到整個(gè)工廠逐步推廣。在此過(guò)程中不斷積累、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

循序漸進(jìn)的發(fā)展模式可以是橫向的，也可以是縱向的。橫向指水處理領(lǐng)域，可以先從純水系統(tǒng)、軟水系統(tǒng)、脫鹽水系統(tǒng)、常規(guī)工業(yè)水系統(tǒng)入手，然后是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)等，最后是生產(chǎn)廢水系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)等。縱向指水處理流程，可以從某個(gè)水系統(tǒng)的某個(gè)工藝包或者是水處理環(huán)節(jié)入手，建設(shè)智慧水務(wù)。

3.4 創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的發(fā)展模式

智慧水務(wù)可以與一些新的水處理工藝和產(chǎn)品結(jié)合在一起，共同推廣，通過(guò)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)發(fā)展。比如，在上廢水零排放項(xiàng)目時(shí)，就可以直接將智慧水務(wù)融入項(xiàng)目中，既實(shí)現(xiàn)了廢水零排放的高效管理，又能直接體現(xiàn)智慧水務(wù)的功能和效益，這種模式很容易被廣大客戶接受。智慧水務(wù)還可以與工業(yè)企業(yè)新的主工藝生產(chǎn)線結(jié)合在一起，新的主工藝生產(chǎn)線往往會(huì)對(duì)于用水提出新的需求。

另外，各工業(yè)企業(yè)正積極推進(jìn)“智造轉(zhuǎn)型”。在通過(guò)打造新型智慧工廠實(shí)現(xiàn)“智造轉(zhuǎn)型”的過(guò)程中，工業(yè)智慧水務(wù)正可納入其中，獲得真正的推動(dòng)和支持。

4 工業(yè)智慧水務(wù)的具體應(yīng)用和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

4.1 應(yīng)用和產(chǎn)品介紹

借鑒城市智慧水務(wù)，工業(yè)智慧水務(wù)可開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)應(yīng)用和產(chǎn)品有：（1）工業(yè)供水和排水服務(wù)。針對(duì)不同水處理工藝流程或水循環(huán)流程的工業(yè)水系統(tǒng)進(jìn)行分系統(tǒng)計(jì)量；針對(duì)不同水質(zhì)、水溫、水壓的工業(yè)水系統(tǒng)進(jìn)行分系統(tǒng)計(jì)量；針對(duì)不同生產(chǎn)部門(mén)的工業(yè)水系統(tǒng)進(jìn)行分系統(tǒng)計(jì)量，將更加便于成本分析。（2）工業(yè)供水和停水生產(chǎn)管理及調(diào)度。（3）水處理站及泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控、移動(dòng)巡檢等。

工業(yè)智慧水務(wù)可開(kāi)發(fā)的高級(jí)應(yīng)用和產(chǎn)品有：（1）工業(yè)智慧水網(wǎng)；（2）海綿工廠；（3）各種定制化的節(jié)水系統(tǒng)；（4）各種定制化的節(jié)能系統(tǒng)；（5）各種定制化的高效投藥系統(tǒng)；（6）各種定制化的專家服務(wù)系統(tǒng)等。

4.2 系統(tǒng)構(gòu)架

工業(yè)智慧水務(wù)是工業(yè)企業(yè)根據(jù)生產(chǎn)需求、用水需求、環(huán)保要求、能耗需求、自動(dòng)化生產(chǎn)水平、管理體制等定制的綜合運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)。工業(yè)智慧水務(wù)要構(gòu)架全廠水資源網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、水污染網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、水系統(tǒng)能源消耗網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、設(shè)備管理平臺(tái)、主線工藝生產(chǎn)用戶信息平臺(tái)等等，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)各種應(yīng)用模型進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)督、管理和運(yùn)營(yíng)，使得工業(yè)水系統(tǒng)朝著更為精細(xì)化、高度自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展〔1〕。

5 小結(jié)

工業(yè)智慧水務(wù)將從根本上改變我國(guó)以往傳統(tǒng)的粗放型工業(yè)用水模式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)高效的新型水務(wù)管理，幫助工業(yè)企業(yè)提高整體用水水平，減少污染排放，追求科學(xué)、安全、高效、環(huán)保，助力建設(shè)節(jié)水型、生態(tài)型工廠，在工業(yè)企業(yè)必然擁有廣闊的發(fā)展前景。然而，工業(yè)智慧水務(wù)作為一項(xiàng)工業(yè)領(lǐng)域的新生事物，也絕不是可以一蹴而就的，它需要一個(gè)逐步成長(zhǎng)的過(guò)程。工業(yè)智慧水務(wù)不僅可以用于生產(chǎn)管理，為工業(yè)企業(yè)本身服務(wù)，也可以作為節(jié)能環(huán)保公司實(shí)施合同能源管理、合同環(huán)境服務(wù)、合同節(jié)水管理的重要手段。