臧润龙 黄黎明

摘要：工业互联网是第四次工业革命的重要基石，在产业变革和疫情冲击的双重作用下，工业互联网迎来了加速发展的“窗口”机遇期。青岛市水务集团加快“智慧水务”工业互联网建设，在工业互联网的赛道上用创新引领集团数字化转型。通过智慧水务平台打通壁垒，信息公开、资源共享，促进信息技术和水务运营深度融合，推动青岛水务集团成为水务运营管理的头部企业，引领“智慧水务”的建设潮流和方向，实现新型工业化。

关键词：工业互联网;发展;新机遇

一、“智慧水务”赋能，为基层单位生产注入新活力。

1、精确曝气，科学合理控制溶解氧。

曝气，是污水生物处理过程中非常重要的一个环节。当曝气不足时，容易造成生物池内硝化反应不充分，出水水质升高。反之，当曝气过量时，不仅造成能耗的浪费，还会由于污泥回流过程中溶解氧浓度过高，导致反硝化效果不佳，容易造成TN异常。张村河水质净化厂把智慧水务应用于工艺的调整和优化上。技术人员采用精确曝气系统，根据厂内密闭式生物池实际运行情况进行气量分配，对空气调节阀优化控制，保证生物池溶解氧浓度稳定受控且工艺运行安全平稳。

张村河水质净化厂技术人员根据生物池的状况，不断优化工艺，空气调节阀的优化控制。传统的电动执行器通过步进方式调节空气阀的开度，不可避免会导致阀门高频率的开关动作，从而导致驱动装置和阀体的过度磨损。精确曝气系统控制器内储存了阀门流量控制特性数据和污水处理厂特定的过程参数，如果出现过程偏差，电子微处理器单元会精确计算新的需气量，通过调节阀开度和鼓风机压力来实现精确曝气。

在工业互联网平台下，张村河水质净化厂工艺控制取得了较好的效果：

首先、VACOMASS®工艺优化控制系统可以根据进水负荷以及生物池出水氨氮的变化来实时调整DO设定值，在出现负荷冲击的时候及时升高DO设定值来保障水质净化厂工艺的稳定运行;在水质水量均较低的情况下及时降低DO设定值，以减少不必要的能耗浪费。DO自适应优化控制系统和NH4-N优化控制系统协同作用。青岛张村河水质净化厂自2018年月开始采用宾得VACOMASS®系统对生化池鼓风曝气系统进行自动精确控制。2019年10月，在已有VACOMASS®系统的基础上新增DO自适应优化控制系统、NH4-N优化控制系统等扩展功能。

其次、VACOMASS®工艺优化控制系统使用后，水质净化厂的出水氨氮和出水总氮均表现得更为稳定，其中出水氨氮≤0.5mg/L的时间占到统计天数的99.2%，对比同期提高了15.9%;出水总氮≤10mg/L的时间占到统计天数的95%，对比同期提高了11.7%。

再次、使用VACOMASS®工艺优化控制系统后，生物池出水溶解氧平均降低1.91mg/l， 去除单位总氮的碳源投加量降低7.51%

最后、VACOMASS®工艺优化控制系统使用后，在生化池污泥浓度增加13.5%以及阀门执行器故障导致的曝气风量偏大的情况下依旧节能24.81%，节能降耗效果良好。

2、智慧加药，实现节能降耗。精打细算，降低药剂成本。

加药是污水处理的一个重要环节，是保障并提高出水水质的重要措施。加药系统的性能直接影响着污水厂的运营成本和污水处理的出水水质。在出水水质标准不断提升的今天，国家提出碳达峰，碳中和的目标，低碳环保的要求不断加码，加药系统的稳定、高效、节约化运行，关乎污水处理厂的日常生产运行和每一位工作人员。

张村河水质净化厂根据智慧水务设计了加药智能辅助系统。该系统充分将前馈控制、后馈控制等多种控制方式进行有效结合，建立控制模型，利用上位机控制系统和PLC通讯实现自动精确投药。自动加药系统根据采集的前置水质仪表数值和后置水质仪表数值综合计算出当前的加药系数K，再和水量L和单耗D相乘，得出当前所需的加药量Q，对加药泵进行赋值，来实现精准投加。

以乙酸钠为例，因为实施了智慧加药，乙酸钠的投用数量大大减少，而且还保证了生产工艺的运行。通过加权算数平局数和最大值两种计算方法比较，加药智能辅助系统大大降低了药剂的使用量。

3智慧产水，科学管控。确保出水水质达标，延长膜丝使用寿命。

厂内技术人员把智慧水务应用膜池的智能化改造。首先、根据产水系统的进水量以及膜池南北岸进水液位进行分别控制，膜池液位较高者，程序自动调高产水基数。反之，则降低产水基数。这种智能化操作方式，减少了人工进行操作赋值。而且，廠内技术人员根据张村河实际情况设置了自动和手动两种模式，可以应对极端情况下的产水需求。

其次、根据膜池的运行特点，将膜池的产水、清洗、曝气等按液位进行了一体化控制，防止液位差的产生，有效的减少了膜池污堵情况，并根据厂内生产实际，在中控室上位机上加设了膜池比通量的时时追踪。值班员通过这些时时数据，可以对产水的实际情况以及膜池的运行状况进行时时观察，提前进行数据分析和工艺预判，对异常进水提前干预。

二、“智慧水务”赋能，企业管理再上新台阶。

智慧水务的实施，不仅使每个单位不再是信息孤岛，而且实现了信息透明、资源共享。通过智慧水务实现资产管理的优化，进一步加强对物资采购、库存的管理。

实际上，智慧水务还有更广泛的应用空间。通过智慧水务平台，建立大数据中心。在智慧水务的平台上搭建起资产管理体系、物资采购体系、库存管理体系，将大大节省物料和人工成本。

以青岛水务集团所属污水厂经常使用的PLC（可编程逻辑控制器）为例，其PLC主要包括电源模块、通讯模块、CPU、模拟信号输入模块、模拟信号输出模块、数字输入模块、数字输出模块。作为一个三级单位的污水处理厂每种模块至少要有2个库存配件，且PLC品牌型号多样，仅此项的库存占用的资金就超过了10万元。十个污水厂仅PLC最基本的模块配件占用的资金远远超过100万。智慧水务的建成将打通这一壁垒。在目前PLC型号基本通用的前提下，每个厂的配件库存，采购可以达到优化配置。在智慧水务大数据中心的管理下集中采购，统一调配PLC配件的数量，在保证配件数量安全库存的前提下，实现库存量最少，即意味着用30%左右的资金占用就可以完成库存目标。从经济学角度来说，提高了资金的使用效率，大大提高了资金利用率。

三、“智慧水务”赋能，水务发展迎来新机遇。

通过“智慧水务”赋能，高起点、高标准建设“智慧水务”平台大数据中心，更好地实现工业化路径，推动集团数字化转型迈出坚实的步伐。通过大数据中心的建设，配合集团尽快将集团下属二、三级单位的数据进行综合治理，为今后开展数据采集、指标分析，进一步优化运用管理夯实基础。水务集团作为赋能主体，受益主体的公共服务企业，在智慧水务平台可以实现资源共享、专业化管理，智能化改造，推动设备、资金、人力等生产要素与互联网对接，重构生产组织模式。

消费互联网成就了阿里，信息技术成就了腾讯，在工业互联网的赛道上，青岛正在逐浪前行。青岛水务集团加快建设“智慧水务”平台，将企业工作机理与工业互联网应用深度融合，提升集团的整体竞争力，助力集团在污水处理，自来水供给，海水淡化等领域成为头部企业，构建起产业链、资金链、价值链、技术链四链合一的生态链。随着智慧水务的建设和不断完善，逐步实现工业互联网、信息化技术对集团发展进行全方位、多角度的智能化改造，以及在生产、运营、管理等环节的深度应用，加快构建集团数字化、网络化、智能化发展的新格局。

参考文献：

[1] 叶长兵，周志明，吕伟等，A2O污水处理工艺研究进展（J）中国给排水，2014，30（15）：135-138

[2] 吕永鹏 城镇污水处理厂提质增效“十步法”研究与应用[J]中国给水排水 2020，36（10）：82-88

通讯作者：臧润龙