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基于农村污水连片治理的智慧化运行系统设计研究

2024-10-21 39 上传者：管理员

摘要：文章提出了一种基于农村污水连片治理的智慧化运行系统。通过分析农村污水特性和现有处理模式，结合物联网（Io T）、大数据分析和智能控制技术，创新设计了智能预测与维护、实时报警与应急响应、数据共享与透明化管理等功能。该系统旨在实现成百上千个农村污水处理站的高效、低成本、稳定运行，提升用户体验和系统实用性。

关键词：
农村污水
功能创新
智慧化运行系统
污水处理
连片治理
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1、引言

农村污水连片治理是解决农村地区污水处理难题的重要举措，涉及大量分散的污水处理站点。然而，现有管理模式仍沿用传统污水处理厂运营模式以人工巡查、运营为主，导致人力资源浪费、运行效率低下、运营成本高等问题。有些项目甚至因运营资金不足而成为“晒太阳工程”。因此，迫切需要设计并推广适用于农村污水连片治理的智慧化运行技术，以减少人工需求，降低成本，提高运营质量。

1.1 农村污水连片治理及运营现状

农村污水连片治理是将多个相邻村庄的污水处理作为一个整体进行规划和管理，这种方法可以有效整合资源，降低单位处理成本，提高处理效率。通过集中建设和管理污水处理设施，可以实现规模经济，并便于采用先进的技术和管理模式，提高污水处理的整体水平。

近年来，中国农村污水治理技术得到快速发展和推广，污水处理设施建设取得了显著进展。然而，运行管理环节相对薄弱。据统计，某市共有3757个自然村，截至2022年9月底，已完成3434个自然村的污水处理设施建设，覆盖率达到91.5%，但正常运营的设施仅有2231个，占比65%。主要原因是项目收益有限，无法配置足够的巡检人员，多数设施现场问题未能及时发现。

因此，运营问题成为提升农村污水治理效果的关键，需要在连片治理的基础上发展智慧化运行系统，通过智慧化运行系统，降低对人工的依赖，解决污水处理设施的运行效率问题。

1.2 智慧化运行系统

智慧化运行系统是运用现代信息技术（如物联网、云计算、大数据分析等）对污水处理过程进行实时监控、智能分析和自动调节的综合管理系统。该系统旨在通过技术手段提高污水处理的效率、稳定性和管理水平，实现资源的优化配置和环境的可持续发展。

智慧化运行系统的设计遵循以下原则：①用户中心：以用户需求为导向，提供友好的用户界面和操作体验。②可扩展性：系统架构应具备良好的可扩展性，以适应未来技术的发展和应用需求的变化。③可靠性与安全性：系统应保证稳定运行，并采取有效的安全措施保护数据和设备不受攻击。④经济性：在保证性能的前提下，考虑成本效益，确保项目的经济效益。⑤环保性：系统设计应符合环保要求，减少能耗和排放，促进绿色可持续发展。

2、农村污水连片治理智慧化运行系统设计

2.1 系统架构设计

针对农村污水连片治理，本智慧化运行系统从全局和整体层面进行设计，主要由智能互联设施、智能化运维管理云平台和展示层三部分组成，形成一套基于智慧水务的完整污水处理系统。系统的总体架构如图1所示。

图1 农村污水治理系统架构设计图

2.1.1 智能互联设施

智能互联设施是指部署了物联网监控单元的农村生活污水治理设施。通过在各环节集成现场监控单元（包括智能终端、电磁流量计、视频或图像传感器、在线水质监测仪、动力设备状态监测终端、电子工牌、安防传感器等），使传统的水处理设施成为智能互联设施，直接与云平台互通，实时感知设施运行工况，并可远程或自动调节运行参数。

2.1.2 智能化运维管理云平台

智能化运维管理云平台为整个农村生活污水治理设施提供智能化、规范化协同管理与辅助。平台建立资产档案基础信息库，通过与智能互联设施连接，实现对设施运行状态的远程监控及报警预警，并建立以工作圈为核心的运维协同管理系统、科学的考核评价系统、高效的宣传沟通系统和基于大数据的分析系统。结合移动端软件，帮助管理者构建规划、运营、优化的闭环服务体系。

2.1.3 展示层

展示层包括移动端、PC端、监控大屏等各类型的展示与应用访问端。不同角色的用户均可通过各类终端访问平台。监控大屏可配置在运维监控中心，对全区域设施运行情况和运维情况进行整体监控，并为应急指挥、任务调度、大数据分析展示等提供必要的场所及工作条件。不同角色的管理人员和技术专家可利用PC电脑与移动端软件实现日常监控与运维管理操作。现场运维人员可通过移动端方便地监控设施运行，处理日常运维事务。

2.2 功能创新设计

此次设计的创新型功能包括：智能预测与维护、实时报警与应急响应、数据共享与透明化管理、用户培训与技术支持、智能能耗管理与节能优化、多维度数据可视化分析、自动化报表生成与定制、智能供应链管理与设备维护、远程教育与技能培训平台、社区参与与公众互动平台等十项，详细介绍如下：

1）智能预测与维护

系统利用大数据分析，实现对设备运行状态和性能的实时监测和预测。通过预测设备的维护需求，系统提前发现潜在故障，并生成维护计划和优化建议，帮助管理人员合理安排维护工作，降低停机时间和维护成本。

2）实时报警与应急响应

系统设定了智能化的报警机制，一旦监测到水质异常或设备故障，系统即时发出警报通知相关责任人员，并提供详细的异常信息和处理建议。管理人员可以快速响应并采取必要的紧急措施，保障污水处理的连续性和稳定性。

3）数据共享与透明化管理

系统通过区块链技术，确保污水处理过程中关键数据的安全性和透明性。所有的数据交易和信息流动都经过加密处理，防止数据篡改和信息泄露，提升数据的可信度和可追溯性，增强系统的管理效能和公众信任度。

4）用户培训与技术支持

系统提供全面的用户培训和技术支持服务，帮助管理人员和操作人员熟悉系统操作流程和应对策略。定期组织培训课程和技术交流会，提升用户对系统功能的理解和应用能力，确保系统的持续稳定运行和最大化效益。

5）智能能耗管理与节能优化

系统通过实时监测能耗数据和运行效率，利用机器学习算法预测能耗波动趋势，优化设备运行参数和时间安排，实现最佳的节能效果。管理人员可根据系统建议调整设备运行模式，降低能耗成本。

6）多维度数据可视化分析

应用层提供多维度的数据可视化界面，支持用户对污水处理站点运行数据进行实时监控和分析。用户可以自定义数据展示的时间段和参数，快速识别潜在问题并采取相应措施，提高决策效率和操作灵活性。

7）自动化报表生成与定制

系统自动化生成日常运行报表和月度综合分析报告，展示各个处理站点的关键运行指标和趋势分析。管理人员可以根据需要定制报表内容和格式，方便地与监管部门和社会公众分享系统运行情况，提升透明度和信任度。

8）智能供应链管理与设备维护

系统通过智能化算法分析设备耗材消耗和库存情况，实现智能供应链管理。系统根据预测的维护需求和耗材消耗量，自动化生成采购计划和供应商推荐，确保设备维护和运行的连续性和稳定性。

9）远程教育与技能培训平台

系统集成远程教育和技能培训平台，提供在线培训课程和虚拟实验室，帮助操作人员熟悉系统功能和操作流程。通过实时互动和远程学习，提升操作人员的技能水平和应急响应能力，确保系统长期稳定运行。

10）社区参与与公众互动平台

应用层设计了社区参与和公众互动平台，向公众展示污水处理站点的运行效果和环境影响。公众可以通过应用平台提交反馈和建议，参与环境保护监督和社会责任共建，增强系统的社会认同感和可持续发展支持。

3、系统实施与应用

在实施阶段，首先进行充分的技术准备，包括选择合适的传感器和设备、建立稳定的数据传输网络、开发高效的数据处理算法和用户友好的交互界面等；其次，对现有的污水处理设施进行必要的升级改造；最后，将系统成功应用于现有污水处理项目的运营，进行调试和测试。

本智慧化运行系统被成功应用于广东省某市连片农村污水治理项目，据统计，该市农村污水处理站总共有1600余个，在使用智慧化巡行系统后，巡检人员数量由原来的172名降低到95名，污水处理站点的运营正常率从75%提升到97%，管理人员的工作强度大幅减轻，整体运行效率和稳定性得到了显著提升。系统运行稳定性和用户体验均获得积极评价。

4、结语

本论文提出的基于农村污水连片治理的智慧化运行系统，通过物联网、云计算、大数据分析等技术的结合，实现了农村污水处理的智能预测与维护、实时报警与应急响应、数据共享与透明化管理等功能。实现了对农村污水处理过程的实时监控、智能分析和自动化管理，提高了农村污水治理系统的运行效率和管理水平。

通过系统的设计与实施，实现了区域内农村污水处理设施的自动化控制、协同管理、科学决策和主动服务目标，对当地具有显著的经济效益、环境效益和社会效益，也为其他地区提供了借鉴。未来将进一步推广应用，为提高农村生态环境、提升农民生活质量作出更大贡献。

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