智能水厂的实现

　　

图1 Wolfgang Babel博士 科隆德国KROHNE Water Solution GmbH 咨询顾问，二十余年水分析仪表行业经验

　　编者按：智能化已经进入了我们生产生活的各个领域，那么被人类视为“生命之源”的水行业智能化的现状如何？水工业领域的企业对于自动化仪器仪表的应用情况怎样？有哪些亟待解决的问题？本期“智能水厂”的专题中，我们特别邀请了关注水行业的自动化仪器仪表企业，共同探讨如何帮助企业实现“智能化水厂”。

　　目前中国水处理领域的自动化技术应用情况如何？有哪些亟待解决的问题？

　　科隆公司*：因为不同的国家有不同的仪表标准，所以不同的国家有不同自动化水平。我们认为中国整体的分析仪表的自动化水平还处在中等偏下的水平。

　　1.仪表使用上的问题。

　　有些水厂/污水厂几乎没有任何仪表，所有的处理都只是依靠经验和惯例在进行。有的水厂装了很多自动化的仪表，但是这些仪表经常出错，显示错误的测量值。

　　究其原因，通常是因为：

　　（1） 探头或测量回路没有正确维护，比如探头经常被绿藻等覆盖，而得不到及时的清洁。再例如湿式化学法分析仪经常会遇到试剂用完而没有及时补充的情况。再或者转换器没有得到足够的防护，受到过多的高温日晒或低温冷冻。

　　（2） 还有很多仪表的安装位置是不合适的甚至是错误的。例如将溶解氧探头安装在曝气池的角落，没有足够的流量来接触探头。有时候探头的安装还会出现另一个问题：就是安装的角度或沉入的深度不够，导致测量会受水流表面气泡的干扰。同样不合适的安装还会受到外界光线的干扰，比如日光。

　　

　　图2 Thomas Roemer 科隆德国KROHNE Water Solution GmbH 产品经理，十年仪表行业经验

　　2.仪表设计和选型的问题。

　　在仪表选型时，同样也要根据所需的精度和相关规范来进行，比如测量铵氮、硝氮的离子选择性电极法和化学法。还有一个更严重的问题是，很多水厂/污水厂使用的探头表现出来的灵敏性与厂家样本上所描述的相差很多。样本上所体现出来的数据可能是在非常理想的状态下测试出来的。而真正用户现场的条件却没有被测试过。另外一些转换器和附件的设计也稍显多余。试想，在一个特定的处理流程中，一个单独的测量点（如曝气池、二沉池、出口、进口等）怎么会需要一个可以连接16个探头的转换器呢？

　　3.各个不同的供应商的产品协调问题。

　　各个供应商的仪表操作界面差异很大，仪表的连接也各不相同，缺少通用性和标准化。另一方面，真正水工业市场上通用的总线连接形式却很少。仪表厂家通常有厂家专用的总线，如IQ网和不同的Modbus协议。4~20mA、HART、Profibus DP、以太网等是非常通用的连接。但是没有任何一个供应商可以提供一个带完整的开放的标准协议的产品系列。每一个转换器都只是一个孤立的回路。给操作者的使用带来了很大的不便。

　　针对上述问题，我们认为可行的解决办法主要有如下几个：

　　1. 在污水处理厂/水厂里面的分析仪表测量需求各不相同。因此根据客户理化性质测量的需求来合理的安装测量探头是十分重要的。同时保证测量回路的稳定性和一致性也是非常重要的，因为如果仅仅为了使用仪表而安装一个仪表，那么只会对水处理过程带来干扰而不是帮助。操作人员应当对仪表的使用接受相关的培训，尤其是日常维护，维修和备件更换方面。学习如何使用自动化仪表的知识是现阶段急需解决的，否则仅仅花钱买仪表，而不进行维护，是不负责的花钱方式。

　　2. 仪表连接到PLC或DCS上应当有一个通用的通信策略，这是非常有必要的，因为对于化学分析的参数来说，有那么多不同的参数需要测量和监控，上传数据的稳定性必须得到保证。而其他的工业行业都有重要的通信指导方针。不同供应商产品的人机操作界面应该遵循一个标准的规则，这样对于实际操作者来说可以减少操作这些仪表时带来的困扰和困难。

　　3. 样本和广告中产品的性能和精度的表述应该严肃认真地对待，不应该出现误导客户的情况。

　　陈凯：中国水处理行业领域的自动化技术应用还处于起步阶段。现在行业中领先的清一色都是进口品牌和欧美的设备集成商。中国集成商要想进入高端市场还需要在系统稳定性和工艺上进一步提高。否则仅仅以价格优势只能在低端市场徘徊。

　　樊慧芳：现在新建的水厂都采用SCADA/DCS系统，分散控制，集中管理的方案。在现有SCADA/DCS的基础上，针对水处理行业的特点，不同的工艺流程，集成计算机技术、信息技术、自动化技术、网络技术的方案，极大地促进了污水处理厂运行管理效率，污水处理效率，大大降低运行费用。

　　您如何看待水处理领域智能化的发展趋势及自动化技术的市场前景？

　　科隆公司：水行业中的仪表市场的需求在未来会不断增长，因为节能的需要和最优化的处理流程的需要，量身定做的仪表是水行业必须的。同样由于污染不断加重，出于保护环境的目的，所以我们需要细心地保护我们的资源。

　　水资源是未来最重要的资源之一，已经成为全世界和全行业都关注的重点。有效地进行水处理需要先进的仪表来检测，因此分析仪表的需求会随时间的增长而成比例地增长。之所以分析仪表的增长将会超过物理参数测量仪表（如流量，压力），是因为物理参数测量仪表的市场已经趋于饱和了。水厂/污水厂的工作人员若想提升工厂处理流程的效率，必定选择使用在线分析仪表来进行检测。

　　

　　图3 陈凯 欧智博德仪器仪表（上海）有限公司总经理

　　另外对所有用户和代理商的培训也是必须的，他们需要了解仪表的原理和操作，因为毕竟仪表供应链的最后一步是操作者，只有操作者才能控制所有的高科技产品。如果最终用户不懂原理或者不会进行控制，那么无论再高端的技术都是一文不值的。

　　综上所述，未来的自动化市场必定是分析仪表高速发展的市场，也是水行业最终用户的技术水平突飞猛进的一个时期。

　　陈凯： 随着国家节能减排的政策力度越来越强，水处理行业对于自动化控制技术的需求正迅速提升。

　　在吸取国外先进理念和技术的同时，国内的企业不断研发具有自主知识产权的系统设备，在控制成本的同时更加放眼于系统的稳定和高效。中国水处理的智能化发展已近在眼前。通过通信协议和无线通信实现的无人值守模式将是发展趋势。

　　樊慧芳：水处理行业智能化的趋势是必然的，这不仅提高水厂运行的效率，同时智能设备的自诊断功能，能实现系统故障的快速定位，给及时排除问题提供了条件，大大降低了维护的成本。

　　水务局对于水厂和相关泵站的信息需要统一监测，这就需要将水厂及供水管网的监控信息统一到一个平台下。随着信息技术的不断集成，整个水厂以及无人值守的泵站，不再有信息的孤岛，现场设备的信息都能集成到统一的信息平台下。在这个统一的信息平台下，不仅在PC上可以实现网页的发布，在控制器上也能实现简单网页的发布，计算机、智能手机都能通过INTRANET/INERNET随时访问到网页服务器发布的信息和数据。

　　贵公司有哪些产品可以应用于水处理行业，为企业解决哪些实际问题？

　　科隆公司：科隆公司现在可以给水行业和污水行业提供一个完整的产品线。其中包含了一款通用型的转换器MAC100，它是一款科隆标准的转换器，与科隆的流量和液位产品有着相同外观，相同的操作平台，相同的人机界面，相同的服务概念和相同的通信方式，如HART 4~20mA，Profibus DP，FF，PA和Modbus。所以那些熟悉科隆流量仪表的客户使用科隆的分析仪表时就会觉得非常熟悉，容易上手。因此前面提到的一些问题就已经迎刃而解了。

　　在水行业我们可以提供：用于监控过滤情况和出厂水情况的浊度仪；用来检测饮用水消毒效果的余氯测量系统；检测水质的pH/ ORP电极；电导率测量——包括感应电导率和接触式电导率测量；其他消毒参数，例如：二氧化氯、臭氧、过氧化氢等。

　　在水厂的任何一个处理流程，进口、反应池、沉淀池、砂滤池、臭氧化或氯化消毒和出口，我们都能提供相应的分析测量系统，包括探头，安装支架，和高性价比的转换器。

　　

　　图4 樊慧芳 贝加莱工业自动化（上海）有限公司PA技术部经理

　　在污水处理厂中我们可以提供：进口处的pH和电导率检测；耐污染的pH探头用于工业污水的中和；二沉池中光学法污泥液位计，测量不受漂浮层影响，使污泥处理更高效；在出口，可测量pH值，并且可用90°散射光法测量出厂水浊度，符合ISO和EPA标准。曝气池中我们可以提供：光学法和极谱法的溶解氧探头，同时探头可以再生；180°吸收光测量原理的固体悬浮物探头，测量不受污泥颜色影响；曝气池中铵氮和硝氮的测量，用于减少能耗，优化污泥质量。我们还可以提供精确的电导率探头用于冷却水测量，ORP测量用于反渗透的质量控制。

　　科隆提供的测量仪表的优势包括：最优化的拥有成本；自清洁作用可以显著的延长维护周期（余氯AAM1100，浊度OAM1050，固体悬浮物探头，溶解氧探头等）；电极寿命极长（如无膜的余氯探头寿命最长可达3年）；用户的维护成本减少；流量仪表和分析仪表采用一样的设计理念，使用户在使用、维护时更加简便；在节约成本和保护健康的前提下，提供方便而安全的校验，如浊度仪OAM1050的校验标准瓶可重复使用；减少能源消耗，使生产成本节省最优化；保护环境，减少试剂消耗；一站式购物，减少中间环节和多个供应商。

　　陈凯：我们的平齐式压力变送器DMP331P，各类LMK/LMP系列的投入式液位计以及经济型压力变送器26.600G都可以在水处理行业中的前处理、罐体液位测量、开放水域液位监控等多种工况下应用。稳定的产品性能、高性价比受到行业用户的一致好评。

　　樊慧芳：贝加莱公司提供的自控系统整体的解决方案：从生产工艺流程和工艺环节来考虑，全厂自控系统由取水自控子系统、配投药自控子系统、沉淀排泥自控子系统、滤池自控子系统、消毒自控子系统、送水泵房自控子系统、高低压配电监控子系统、水厂中心控制室等子系统组成。

　　现场的水处理设备越来越智能，与这些设备的互连，不是简单通过数字量信号，模拟量信号来交互，往往这些智能设备需要通过开放的现场总线互连，贝加莱产品的开放性在这方面应用得游刃有余，主流的现场现线，如MODBUS，CAN，DEVICENET，PROFIBUS DP，自由的通信接口RS232/RS485，主流的工业实时以太网总线，如POWERLINK，MODBUS UDP/TCP，ETHERNET IP等，都能很方便灵活地接入贝加莱的控制系统中。

　　在取水泵机组、回收泵机组、提升泵机组采用变频的控制方式，大大降低了能耗，加入了流量的调节，也大大提高了不同水处理工艺的控制要求和水处理的效率。