德國廢水管理4.0|污水處理用泵的五大趨勢

所謂來自于未來的挑戰(zhàn)，其實(shí)早已通過嚴(yán)苛的條件和環(huán)境形式來到現(xiàn)今污水泵站的規(guī)劃和運(yùn)營中，這就使得廢水處理系統(tǒng)從規(guī)劃到運(yùn)行，從運(yùn)行到維護(hù)，以及完整的系統(tǒng)生命周期管理成為一項(xiàng)要求越來越高的艱巨任務(wù)。

| 編譯：李偉   肖倫   戴娜丹

嚴(yán)峻的四大挑戰(zhàn)（污水水質(zhì)、極端天氣、兼容性和專業(yè)人士短缺）要求當(dāng)今的廢水管理需要有全新的解決方案來做應(yīng)對(duì)。其實(shí)這些挑戰(zhàn)本身并不是什么新鮮事，然而它們快速的發(fā)展速度卻引起了人們?cè)絹碓礁叩年P(guān)注。因此我們現(xiàn)在應(yīng)更詳細(xì)地研究這些問題，并通過更加智能互聯(lián)的水泵技術(shù)做出應(yīng)對(duì)。

污水水質(zhì)：污水中的固體含量不斷增加。我們尚不知道其背后的真正原因，但目前我們還無法對(duì)纖維殘留物進(jìn)行有效分離。例如，由于濕紙巾使用量的增加和大量無紡布被直接扔進(jìn)馬桶中，以及由于節(jié)水措施而相應(yīng)降低的水流量，都可能使污水輸送流速變慢、水質(zhì)更復(fù)雜，處理難度也隨之加大。在整個(gè)歐洲，每年有超過38萬噸的濕紙巾丟棄方式不當(dāng)，尤其是許多老舊的廢水處理系統(tǒng)即將達(dá)到極限，在此環(huán)境下水泵的故障和失效無法避免。這就直接導(dǎo)致了維護(hù)成本的升高、系統(tǒng)能效降低、水泵產(chǎn)品故障頻發(fā)直至系統(tǒng)最終的崩潰。

極端天氣：以前從未遇到過的極端天氣狀況也會(huì)對(duì)廢水管理帶來全新的挑戰(zhàn)，目前廢水處理系統(tǒng)的通用設(shè)計(jì)并不足以應(yīng)對(duì)這一問題。這包括長時(shí)間的干旱期，在此期間，可用于輸送的水流太少；同時(shí)也會(huì)遭遇到暴雨期，突然出現(xiàn)的暴雨也需要能夠被可靠地轉(zhuǎn)運(yùn)和泵送。比如在德國北萊茵-威斯特法倫州，州政府提到自1950年以來強(qiáng)降雨事件的發(fā)生頻次正在不斷增加，由于降水?dāng)?shù)據(jù)的高波動(dòng)性特征，這種情況并沒有被歸類為重大威脅。盡管如此，在2016年的“Konzept Starkregen”（“強(qiáng)降雨概念”）中，相關(guān)部門均認(rèn)為此類事件實(shí)際上正在日益加?。骸案鶕?jù)我們對(duì)現(xiàn)今至2050年的氣候預(yù)測，這種趨勢在未來可能會(huì)愈演愈烈?！?/span>

兼容性：一些污水泵站已經(jīng)存在并運(yùn)行了超過百年。在如此長的運(yùn)行期間，各種技術(shù)和系統(tǒng)部件都經(jīng)歷了擴(kuò)建、升級(jí)改造或維修更換的過程，多種系統(tǒng)或部件被安裝并連接在了一起。單個(gè)部件通常每五到十五年需要更換一次，這取決于它們的用途以及實(shí)際運(yùn)行情況。由于現(xiàn)今新品開發(fā)周期的縮短，新的技術(shù)總是不斷地進(jìn)入泵站的系統(tǒng)之中。因此，大量不同的技術(shù)及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)并存，并隨著時(shí)間的推移而不斷發(fā)展。這常常使得將新的解決方案有效集成于其中成為一項(xiàng)復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

專業(yè)人士短缺：廢水處理系統(tǒng)的操作以及維護(hù)、維修方面的專業(yè)要求在不斷升高，可由于專業(yè)人士的短缺直接導(dǎo)致了這些任務(wù)和可靠的維護(hù)計(jì)劃及更有效的預(yù)防流程創(chuàng)建都無法得到充分的執(zhí)行，且這種情況今后可能會(huì)變得更糟。德國工商協(xié)會(huì)在其《2019年勞動(dòng)力市場報(bào)告》中指出，49%的受訪污水管理公司正遭遇技術(shù)工人短缺的問題，它們無法找到合適的員工，而其中71%的公司認(rèn)為，專業(yè)人士短缺的原因是缺乏應(yīng)聘者。根據(jù)針對(duì)雇主的調(diào)查顯示，造成這種情況的原因是應(yīng)聘者的專業(yè)資格不夠，或其對(duì)工資的要求過高，或者工作所在地對(duì)他們沒有足夠的吸引力。

上述的問題和環(huán)境條件無法得到自行解決，而這也將影響到污水管理的現(xiàn)狀和未來。這就是為什么我們迫切需要新的解決方案的原因所在。下面，就讓我們從水泵的技術(shù)發(fā)展趨勢來嘗試找出“致勝之匙”。

“廢水管理4.0”衍生出的多種解決方案，可根據(jù)以下五種趨勢來進(jìn)行定義。

新增需求：更多的電子設(shè)備及傳感裝置，更高的自動(dòng)化水平

“廢水管理4.0”通過新的智能傳感器技術(shù)展現(xiàn)出它的巨大潛力。到2022年，全球連接到物聯(lián)網(wǎng)的傳感器和設(shè)備的總數(shù)預(yù)計(jì)將增加到500億個(gè)以上。如今各個(gè)領(lǐng)域都希望記錄、分析和實(shí)現(xiàn)更多、更精確的控制，現(xiàn)在的水泵產(chǎn)品對(duì)于泄漏、震動(dòng)以及軸承和繞組溫度等數(shù)據(jù)，都可以做到有效的監(jiān)控?？商峁顟B(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的水泵將有助于降低人員的工作量和水泵的生命周期成本。這包括提高能效、降低磨損、減少維護(hù)要求和縮短因維修導(dǎo)致的停泵時(shí)間。根據(jù)威樂集團(tuán)的客戶調(diào)查顯示，復(fù)雜和易受影響的電子設(shè)備及系統(tǒng)是水務(wù)管理運(yùn)營商正面臨的主要問題之一。監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性至關(guān)重要，這還包括防止網(wǎng)絡(luò)黑客攻擊的安全性問題。

基于需求的有效控制

根據(jù)德國聯(lián)邦統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2016年德國產(chǎn)生的污水量超過96億立方米，且這一數(shù)字仍呈上升趨勢，安全處置對(duì)密集的泵站網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。即使是小型水務(wù)公司也有許多泵站要進(jìn)行管理，這些泵站必須根據(jù)各自的規(guī)格和要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。僅憑借先進(jìn)的傳感器技術(shù)，現(xiàn)在就可以對(duì)泵站運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和管控。例如，傳感器及云技術(shù)可以更徹底地分析污水處理廠的水質(zhì)，以及精確地控制哪些藥劑必須添加到水中，或者添加多少藥劑才能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)水質(zhì)。

配置了Nexos 智能系統(tǒng)的Wilo-Rexa SOLID-Q，可實(shí)現(xiàn)簡單直觀的水泵控制

在控制領(lǐng)域，水泵正在不斷進(jìn)行信息化和自動(dòng)化的升級(jí)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的水泵已經(jīng)應(yīng)運(yùn)而生。如配備了Nexos智能方案的Wilo-Rexa SOLID-Q水泵，可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況而自動(dòng)調(diào)整到適合的最佳轉(zhuǎn)速。由于水泵是系統(tǒng)中的能耗大戶，這也就意味著水泵的升級(jí)可以帶來顯著的節(jié)能。這樣無論是大雨或者干旱，水量都可以得到更有效的處理，且相應(yīng)的能耗也顯著降低。

因此，電子智能技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備相結(jié)合，將是行業(yè)發(fā)展的明顯趨勢。

設(shè)備的高集成性讓操作變得簡單

更多的傳感器技術(shù)為提高系統(tǒng)效率鋪平了道路，同時(shí)其劣勢也顯而易見，系統(tǒng)將相應(yīng)地需要集成更多的組件，包括電子設(shè)備及布線。現(xiàn)在對(duì)于控制柜中的每個(gè)傳感器，仍然需要以傳統(tǒng)的方式進(jìn)行單獨(dú)布線，這也就造成了監(jiān)控系統(tǒng)復(fù)雜性的大大增加。

以太網(wǎng)連接，不再被雜亂的線纜所擾

不難想象業(yè)界對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的簡化有著強(qiáng)烈的需求。我們?cè)囅胍幌?，如果所有的傳感器都能用一根電纜有效連接起來，那會(huì)有多好？這就是威樂正在走的道路：威樂水泵中集成的以太網(wǎng)接口，可有效輸出水泵的所有信息，使當(dāng)前傳感器技術(shù)的全部潛力得以充分利用，同時(shí)大大減少了安裝工作量。由于接口的標(biāo)準(zhǔn)化，水泵可以直接與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接。

一個(gè)具體的應(yīng)用示例是配置了Nexos智能系統(tǒng)的Wilo-Rexa SOLID-Q水泵產(chǎn)品。該泵通過以太網(wǎng)接口來集中傳輸所有傳感器的數(shù)據(jù)和水泵信息，大大提升了泵的監(jiān)測效率。同時(shí)水泵內(nèi)部集成了控制功能，因此泵站不再需要單獨(dú)的控制模塊。在系統(tǒng)主/備用的配置中，還可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)泵站的整體控制（最多四臺(tái)水泵）。

連接性和兼容性

盡管水泵本身可實(shí)現(xiàn)智能化，但創(chuàng)建一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行的整體系統(tǒng)也同樣需要智能連接，目前，廢水處理運(yùn)營商要求的正是這樣的完整解決方案。盡量避免“孤立的解決方案”，這需通過不斷開放接口標(biāo)準(zhǔn)用以滿足用戶需求。很長一段時(shí)間以來，威樂一直在與制造商合作，使各個(gè)系統(tǒng)組件有效連接到一起，因?yàn)檫@樣它們就可以成為整體智能系統(tǒng)的一部分。目前的障礙在于：不同制造商的系統(tǒng)需要結(jié)合不同的連接標(biāo)準(zhǔn)，這只能通過開放接口來予以有效解決。

遠(yuǎn)程監(jiān)控代替現(xiàn)場使用

通過更具兼容性的技術(shù)和方案，水泵的運(yùn)行信息可以傳輸?shù)娇蛻衄F(xiàn)有系統(tǒng)中。操作員可以有效連接到Wilo-Rexa SOLID-Q這樣的水泵產(chǎn)品并檢索所有的相關(guān)信息。通過這種方式，監(jiān)測系統(tǒng)提供了有關(guān)水泵的振動(dòng)、沖洗周期和清潔頻率等數(shù)據(jù)。而水泵的故障也以信息形式主動(dòng)顯示，并帶有相應(yīng)的說明，必要時(shí)還可以遠(yuǎn)程重置，這樣可以節(jié)約大量的時(shí)間和操作成本。鑒于技術(shù)工人短缺這一現(xiàn)狀，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上是一項(xiàng)非常可行的投資。同時(shí)，配置Nexos 智能技術(shù)的Wilo-Rexa SOLID-Q水泵可以有效防止未經(jīng)授權(quán)的系統(tǒng)訪問。

采用Nexos智能技術(shù)的Wilo-Rexa SOLID-Q水泵

通過集成了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的Wilo-DDI系統(tǒng)，可以方便地對(duì)水泵進(jìn)行操作和監(jiān)控，節(jié)省資源，甚至可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操控。根據(jù)威樂集團(tuán)進(jìn)行的客戶調(diào)研，數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)敏感度和易操作性、及時(shí)關(guān)閉功能、遠(yuǎn)程控制和控制設(shè)備的可移動(dòng)性等問題都是行業(yè)客戶最為關(guān)切的。這些問題可以通過靈活的連接方案來解決，客戶可以決定是否將水泵連接到現(xiàn)有的接口。根據(jù)自身的安全要求，系統(tǒng)也可以在現(xiàn)場就地手動(dòng)操作。采用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議進(jìn)行連接，將水泵便捷地嵌入現(xiàn)有結(jié)構(gòu)（VPN或云系統(tǒng)）。為了安全考慮，基于云的系統(tǒng)是以這樣一種方式構(gòu)建的，即通信與控制是分開的——在您訪問水泵的控制功能之前，您必須通過一個(gè)網(wǎng)關(guān)。

集中式與分散式智能污水管網(wǎng)

目前，有兩種相反的趨勢：一方面，許多中小型污水處理廠被關(guān)閉，取而代之的是可以提供更大處理能力的大型污水處理廠。與此同時(shí)，自給自足的小型污水處理設(shè)備正越來越多地投入使用，其規(guī)模從建筑到小型片區(qū)。尤其是連接到所謂“智能污水管網(wǎng)”的能力發(fā)揮著重要作用，因?yàn)樵S多小系統(tǒng)必須連接在一起才能形成大系統(tǒng)，這使得具有開放接口和高兼容性的系統(tǒng)及組件成為經(jīng)得起未來考驗(yàn)的基礎(chǔ)。威樂為行業(yè)提供了易于集成的解決方案，并已為行業(yè)中出現(xiàn)的新需求做好了準(zhǔn)備?？梢哉f，像采用Nexos智能技術(shù)的Wilo-Rexa SOLID-Q水泵，已經(jīng)為智能污水管網(wǎng)好了準(zhǔn)備，也就是為網(wǎng)絡(luò)化的未來做好了準(zhǔn)備。

預(yù)測性廢水管理

數(shù)據(jù)的采集也可以在水務(wù)管理領(lǐng)域的許多方面得到應(yīng)用。這些數(shù)據(jù)可用于預(yù)測性維護(hù)和維修，例如，通過水泵的噪音信號(hào)來判斷水泵的工作狀況。這里的系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括日志數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)。畢馬威公司進(jìn)行的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)公司的決策過程有86%的影響。有了適當(dāng)?shù)膫鞲衅骷夹g(shù)，智能網(wǎng)絡(luò)不僅可以檢測和評(píng)估水泵的實(shí)際運(yùn)行情況，甚至可以對(duì)污水泵站進(jìn)行預(yù)測性操作。這不僅僅包括預(yù)測性維護(hù)，即：智能預(yù)測備品備件、維護(hù)措施、清潔工作等的到期時(shí)間，同時(shí)也包括啟動(dòng)適當(dāng)?shù)膽?yīng)急措施。

根據(jù)天氣預(yù)報(bào)來調(diào)整泵房的容積

展望未來，智能技術(shù)也有助于預(yù)測極端天氣條件下的泵站管理。例如，通過雨水泵站與天氣數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)，水泵可以接收到大雨預(yù)警信息，并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施來降低降雨的影響。這樣可以在降水到來前，水泵就啟動(dòng)進(jìn)行排空，以預(yù)留出泵房和管網(wǎng)的調(diào)蓄空間迎戰(zhàn)大雨。在此過程中，一個(gè)最重要的先決條件就是智能互聯(lián)的水泵系統(tǒng)技術(shù)，而位于德國柏林的KURAS項(xiàng)目非常值得我們借鑒。

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