农村污水治理数字化运营的设计与实现

李根

摘要：随着国家关于乡村振兴、农村人居环境整治等重大决策部署，农村污水处理正逐渐兴起，农村污水处理作为细分行业，与传统的农村市政污水处理系统有其鲜明的特点和不同，涉及每个农户。目前，污水处理点多、面广，工艺种类较多，污水处理设备分布较广。根据实际运维情况，介绍了一种智能化的农村污水处理终端设备运行管理系统，在提高企业运营管理水平和保障企业效益方面具有明显的优越性。

关键词：乡村振兴；环境整治；农村污水处理；智能化运营；

1.污水处理特点

污水处理中，污水的提升、曝气、搅拌、回流、沉淀、加药、消毒等操作，需要对污水的流量、设备运行状态、水温、液位、pH等进行数据处理和分析，为工艺优化运行提供数据支持。总之，该工程具有以下几个特征：（1）废水处理设施分散；（2）需要建设大量的下水道；（3）污水水量、水质每日和季节均有较大的变动；（4）废水处理装置应按工艺要求配置，并需要特别设置和调节工艺参数。目前，我国农村污水处理厂的经营管理已经较为成熟，但其运行管理中仍有很多难点：（1）生产资源投入大、能源消耗大、运行成本高；（2）不能实时接收和处理报警信息，不能及时获得处理设施的工作状况，不能及时了解设备的故障或损坏情况，对可能出现的问题影响清障时间，从而造成出水水质超标的危险（3）主要指标的管理者不能实时掌握；（4）采用手工方式管理报表，统计效率低，分析结果应用迟缓；（5）作业人员数量多，工作地点分散，难以实现标准化管理；（6）处理设备未安装监测系统，不能对现场进行实时监测，存在设备被破坏、被盗的风险，并有可能造成安全隐患。根据这些运营难点，降低操作人员的工作量，随时掌握处理设施的运行状况，根据水质、水量的变化，及时调整工艺参数、设备运行状况，达到运营管理效率提升、运营成本降低目标，而这一切功能的实现，都离不开数字化智能运营系统。

2.主要内容和实施过程

2.1系统基础设施建设情况

在农村污水处理系统中，实现农村污水处理终端设备的智能化和信息化，是实现农村污水处理系统稳定、高效的重要基础。该系统以物联网为基础，以云平台为数据中心，配有智能的巡检终端，实现了现场污水处理终端的自动化和安全保护。

2.2基础网络-混合云网络

基于混合云网，也就是公共云+私有云+物联网，形成一个开放、安全、全互联的完整的网络结构。APP、网络和微信应用程序以公共云的形式提供，内部应用程序、数据库等采用加密的私有云模式，以确保安全性。污水处理站、一体化泵站由4G智能网关组成的Intemet网络，将基础监控设备数据、PLC数据、仪表数据、数据传输到智慧管理系统中，并将其存入高层应用程序。该系统使用4G摄像机，并与互联网直接相连。用户可以通过视频监控系统，从网上直接获取视频资料，实现对现场的实时监控。监测中心层是对乡村污水处理终端设备智能化管理的控制层次；在系统的层次上，监测中心是一种特殊的用户终端，它不需要配置任何服务器，以用户的身份登录控制系统。监控中心配置了监控工作站、大荧幕、交换机、路由器、硬件防火墙等。分支机构、手机用户是一类具有特定权限的用户。用户可以在网络上使用网络浏览器，实现对设备设施的整体运行情况的远程监控，并可以进行与商业系统有关的操作。用户/维护人员可以使用专用的APP，通过4G或者WiFi网络，远程查看设备设施的工作状态，并可以进行相应的业务系统的操作。

2.3数据中心-云中心

数据中心是一种基于网络结构的私有云，它的核心功能是保证安全，提高访问性能，提高管理效率。数据中心的数据层次包括：底层数据的构建：包括底层应用数据的收集与存储，采用Mysql、oracle等传统关系数据库进行存储。大数据构建：包括性能数据、数据仓库、分析数据等，以新的数据结构引擎为核心，包括eS、hadoop等。AI数据建模：包括入侵检测和建模、声音识别、工艺参数建模等，以tensorflow为基础。应用存取系统、跨机房的自动备份系统、定期的人工硬盘备份。

2.4智能装备-智能巡检[1]终端

巡检终端采用高速处理器，集高清视频、音频、定位、3G/4G、WIFI无线通讯模块、GPS存储、报警模块；能及时记录现场情况，收集证据，规范施工等。它可以在4G/5G网络上进行实时的音频、视频、话筒等功能，以满足室外移动人员的远程调度和指挥。通过智能终端，可以将现场的情况及时反馈给远程控制，打破了传统的生产流程管理方式，利用互联网、物联网技术，实现了安全生产的创新，真正解放了双手，解决了现场作业的“最后一公里”问题，实现了对零散和流动人员的管理。

2.5现场自动化

智慧作业系统的感知执行层是作业系统的底层，也就是现场的PLC系统，它可以对现场的数据进行实时的采集，污水处理工程的现场自动控制系统都具有这一功能，可以对污水处理站、一体化泵站、在线仪表进行实时采集。

2.6农村污水处理站

污水处理站是我国农村生活污水处理的关键设备，其流程复杂，设备、仪表多，与自动控制系统相比，收集到的数据量较大。农村生活污水经过集流管网流入污水处理厂，经过格栅过滤后，将大颗粒悬浮物质送入调节池进行均匀化。然后用提升泵将废水送到污水处理厂，再经过厌氧、低氧、好氧池等生物化学作用，将有机物除去，再进入沉淀池，澄清后再进入消毒池，经过消毒后达标排放到天然水体中。

3.智能控制平台及系统建设情况

3.1系统总体架构

该系统采用面向服务的架构，以B/S+M/S系统的方式存储系统的软件和数据，并利用浏览器进行系统浏览、监控、管理等功能。

3.2关键技术

（1）资料的智能化处理。在将数据推入人工智能引擎之前，数据分析技术（包括统计分析、模式识别、数据抽象、ETL、数据仓库、数据清洗等），对数据进行清洗、变换、归一化、分类、分析等操作，从而大大提高了数据的质量。（2）工艺参数的智能建模。在深度强化学习的基础上，将运行数据、参数数据、水质数据等数据进行数据处理，并在此基础上，通过持续的强化学习，生成智能的工艺参数模型，在此基础上，利用现有的运行数据和水质数据，生成最优的工艺参数。（3）应用于平台技术。利用物联网技术，实现了对各种设备、设施的实时数据、运行状况的实时监测；利用人工智能技术，对关键数据进行挖掘，并对其进行早期预警；运用大数据技术，对关键数据进行动态分析，从而找出水质的变化规律；通过GIS技术，实现了对污水处理系统的导航与优化路线的优化，使操作人员能够迅速地找到废水处理设备的终端设备；应用BIM技术，实现了各种污水处理终端设备的可视化展示，并将各个维度的数据汇总到一个统一的三维场景中，极大地提高了数据的互动效率。

4.应用与推广

4.1推广农污智能工艺模型应用-数字化解决方案

在过去的两年中，智能化的农业生产管理系统已经接收了4000多个农村废水处理设备，通过大量的数据和实践，建立了一个智能化的工艺参数模型库，以及一个农污智能工艺参数模型的学习解决方案。在新建成的农业污水处理工程中，只要一个站的工艺、设备与模型库中的模型符合，就可以通过标准化的模式库来快速地查找出最优的配置参数，节省了大量的调试和时间，大大缩短了工程的工期，同时也减少了工程的投资。

4.2提供全产业链咨询服务-数据资产化运营

智能化的数字操作系统的稳定运作和数据挖掘的应用，不仅满足了业主对污水处理的基本需求，而且对行业发展起到了一定的引导作用。农业污染治理包括技术研发、工艺研发、设备制造商、药剂制造商、项目投资、承建、运营方、终端用户等多个行业，一方面可以为产业链中的各个参与者提供现场环境下的运营数据来辅助决策，另一方面也可为产业技术革新提供实验土壤，为整个农污治理产业发展提供精确的咨询服务。

结束语

实现了农村污水处理终端设备智能化运行，使其运行和维护水平得到了明显改善。同时，云计算还可以使农业生产的各项指标得到进一步的优化，使农村生活污水达到达标排放，从而提高了农村的水环境质量，从而保证了农业用水的安全。

参考文献

[1]胡智锋, 叶红玉, 孔令为,等. 农村生活污水治理设施运营管理对策研究[J]. 环境与可持续发展, 2016(1):3.

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[1]安全保改为终端