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宋頡（1963-）
    女，教授級高級工程師，注冊電氣工程師，畢業(yè)于天津大學自動化儀表專業(yè)，現(xiàn)任中國市政工程華北設計研究總院第九設計院自控專業(yè)副總工程師，主要從事各行業(yè)特別是水處理行業(yè)工業(yè)過程控制和自動化系統(tǒng)的工程設計、控制編程、設備成套、調試安裝、現(xiàn)場施工指導以及儀器、儀表的研制、開發(fā)等工作。曾主持過多項大型水處理廠的自控系統(tǒng)的設計，主持完成國家科技部863課題示范工程“市污水處理與資源化技術研究示范工程”自控系統(tǒng)的施工圖方案設計。       
       
《自動化博覽》：我國市政水處理行業(yè)目前發(fā)展現(xiàn)狀如何？環(huán)境問題當前倍受關注，國家對于水處理行業(yè)的未來發(fā)展有何規(guī)劃？

    宋頡：我國是一個水資源貧乏的國家，人均水資源量只有世界人均占有量的四分之一，而且在空間的分布上又極為不均，全國近700座城市中有400多座城市缺水。隨著近年來經(jīng)濟飛速發(fā)展，人民生活水平的提高，對生態(tài)環(huán)境的要求也日益提高，要求城鎮(zhèn)的污水處理后達標排放，目前在全國的城鎮(zhèn)已興建了1100余座污水處理廠，年處理污水總量256億m3，在建和立項籌建的城鎮(zhèn)污水處理廠項目還有近千座，各項供排水設施60年累計投資達6600億元。同時近幾年來小城鎮(zhèn)建設得到迅猛發(fā)展，新城鎮(zhèn)的快速增長帶來了生活污水和工業(yè)廢水的增加，在全國正在興建及待建的日處理量小于1萬m3污水廠日益增多，預計在排水方面后30年的投資將達3700億元。我國的城鎮(zhèn)化水平1949年為10.6%，1978年為18%，到2008年增加到45%。隨著城市人口的增長，對城市供排水等基礎設施的需求也在不斷的增長。為保證城鎮(zhèn)正常的需求和發(fā)展需要，加快各項設施的建設就成為必然的選擇，因此，城鎮(zhèn)供水包括水源、輸水、水廠、配水管網(wǎng)等設施；排水包括雨污水管網(wǎng)、泵站、污水處理廠及防汛排澇設施等供排水工程及配套設施的建設，以及相關的水質檢測、儀器儀表、自動控制、信息化等方面都得到了空前的發(fā)展。另一方面，根據(jù)環(huán)境保護部的城鎮(zhèn)污水排放標準要求，已建成的城鎮(zhèn)污水處理廠普遍存在升級改造的需求，新的一輪對建成污水處理廠為達到一級A標或深度處理中水回用的工程也在興起立項和建設的高潮。我國城鎮(zhèn)供排水事業(yè)的發(fā)展面臨著前所未有的機遇，同時也面臨諸多的挑戰(zhàn)。為此，黨和國家把水資源問題同糧食、石油一起作為國家的重要戰(zhàn)略資源，提出了“全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、標本兼治、綜合治理”，“興利除害相結合，開源節(jié)流并重，防洪抗旱并舉”，“開源節(jié)流并重，把節(jié)約放在突出位置，以提高用水效率為核心，全面推行各種節(jié)水技術和措施，發(fā)展節(jié)水型產(chǎn)業(yè)，建立節(jié)水型社會”，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用等一系列水利建設的方針政策。

《自動化博覽》：當前我國水處理行業(yè)在運行和監(jiān)控中主要應用了哪些自動化技術？近年來，在自動化技術應用方面有何創(chuàng)新或突破？

    宋頡：自動化技術廣泛的應用于水處理行業(yè)，首先是水處理廠各工段的過程控制，采用了以PLC或DCS為硬件的集散型控制系統(tǒng)，即集中管理和監(jiān)視、分散控制的計算機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由中央控制室微機和現(xiàn)場終端二級組成。它集計算機技術、控制技術、通訊技術以及顯示技術于一體，通過通訊網(wǎng)絡將中央級監(jiān)控站和若干現(xiàn)場子站連接起來，實現(xiàn)集中監(jiān)測管理和分散控制。對于一些帶有管網(wǎng)的大型水處理廠，控制系統(tǒng)采用SCADA系統(tǒng)，SCADA在國外首先是在電力系統(tǒng)先使用的，指對遠程設備的監(jiān)控。SCADA系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)最重要的區(qū)別是它的通訊系統(tǒng)。在現(xiàn)場控制級，關鍵工段的控制算法不僅采用傳統(tǒng)的PID閉環(huán)調節(jié)，而且引入了模糊控制和專家系統(tǒng)，起到一定的節(jié)能降耗的作用。

    近幾年國家環(huán)保局對污水廠的達標排放控制加強，要求所有污水廠出水必須設在線水質監(jiān)測系統(tǒng)，對出水的流量、PH、COD、總磷、NH4-N在線監(jiān)測，并通過有線或無線通訊傳輸?shù)疆數(shù)氐沫h(huán)保部門，使管理部門及時了解污水廠的運行情況和水質達標情況。

    總之，自動化的冗余技術、現(xiàn)場總線、光纖通訊、無線通訊、儀表檢測系統(tǒng)等均用于水處理行業(yè)。

    第二是水處理廠的安防系統(tǒng)，包括閉路監(jiān)控系統(tǒng)、圍墻的周邊報警系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)?；趯拵ЬW(wǎng)絡傳輸?shù)木W(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術，為用戶提供視頻、圖片、聲音、數(shù)據(jù)的采集、傳輸、儲存、處理的一種全新視頻監(jiān)控管理平臺，同時隨著寬帶網(wǎng)和光纖技術的發(fā)展，100/1000Mbit/s網(wǎng)絡的成熟，網(wǎng)絡系統(tǒng)采用集工控、管理、閉路監(jiān)控于一體的光纖以太網(wǎng)通訊，并組成光纖環(huán)網(wǎng)提高系統(tǒng)可靠性，同時通過軟件實現(xiàn)設備的彈性分組，使處于網(wǎng)絡任意位置的設備，根據(jù)不同功能分別處于同一物理區(qū)段，實現(xiàn)雙網(wǎng)合一，達到了共用同一個網(wǎng)絡，傳輸工控信號和聲音、圖像信號的目的。

    第三是水廠的管理信息化系統(tǒng)，應用成熟的運行財務等管理軟件，以及數(shù)據(jù)庫軟件，實現(xiàn)辦公的自動化。
 目前隨著通訊技術的發(fā)展，電信行業(yè)形成了移動、電信、聯(lián)通三大運營商，水處理廠以及水廠間、管網(wǎng)的數(shù)據(jù)通訊不再局限于局域網(wǎng)，而是利用公共資源，實現(xiàn)了工業(yè)設備與民用設備的完全兼容，通過ADSL、GPRS等有線或無線通訊實現(xiàn)遠距離的數(shù)據(jù)交換，降低了運行成本。

《自動化博覽》：污水處理行業(yè)對于節(jié)能的需求如何？主要采用哪些產(chǎn)品和技術在哪些方面來實現(xiàn)節(jié)能？

    宋頡：隨著人民生活水平的不斷提高和城市化進程的日益加快，隨著GDP的迅速增長，我國城市污水及工業(yè)污水的排放量持續(xù)增長。造成了環(huán)境污染壓力增大?，F(xiàn)行的污水處理技術多數(shù)面臨高額資金投入的難題，如何將污水達標處理，使其對環(huán)境的污染降到最低，達到污水的循環(huán)再利用，同時又降低污水處理的成本。經(jīng)濟有效地處理污水，降低能耗、提高功效引起了政府部門的極大關注，成為一個亟待解決的問題。

    目前無論是地方政府、建設單位、運行單位、還是設計方都對節(jié)能降耗高度重視，在建設污水廠的招標期間就明確的將節(jié)能作為一項重要指標，要求設計方提出更好的解決方案。一般從以下幾方面降低能耗。

    （1）從城市污水管網(wǎng)的規(guī)劃上降低能耗：大多數(shù)大中型城市普遍采用集中處理污水的方式（市政污水）。一座城市建幾座污水廠，通過城市管網(wǎng)和提升泵站收集污水并將其分別輸送到污水處理廠，提升泵是主要耗電設備，它的電耗是十分可觀的，規(guī)劃部門應結合城市地理情況，利用好水自身的勢能，合理設計管網(wǎng)的坡度和埋深，降低提升泵的揚程，從而達到減小提升泵的功率，降低能耗。

    （2）從工藝流程上降低能耗：污水處理工藝包括一級處理、二級處理、深度處理。一級處理包括提升泵站、格柵、沉砂池等，二級處理包括生化池、沉淀池等。在污水廠的設計中，合理利用水的重力勢能，準確進行水利計算，充分了解進水水質、水量，合理選擇進水提升泵、鼓風機、脫水機等大功率設備，使其功率最小，運行在高效區(qū)。

    （3）采用先進技術和設備降低能耗：① 從電源入手，通過提高用電設備的電磁感應效率，降低能源消耗，也降低了由電源污染造成的鐵損、銅損，使各項電源質量技術指標均得到改善，保護了用電設備，提高了設備的運行穩(wěn)定性、降低了故障率、延長了設備的使用壽命，并降低了維修費用。② 采用變頻設備，變頻器已廣泛的應用于污水廠的泵、鼓風機、離心脫水機等設備，通過改變電機的轉速、降低無功功率、減小啟動電流降低能耗。③ BINDER公司的VACOMASS系統(tǒng)單元對生物曝氣池的耗氧量進行控制：污水的生化處理階段，曝氣量不足生化過程無法完成，造成出水不能達標，反之，如果曝氣過量引起能耗增加，導致污水廠能源的浪費。VACOMASS系統(tǒng)單元由氣體流量計、菱形控制閥門、手動調節(jié)閥、主控制器組成，該系統(tǒng)根據(jù)實際的污染值與氧氣的需求對氣體進行精確的測量、控制、分配，優(yōu)化控制過程，有效降低能耗。④ ChemTrac聚合物控制系統(tǒng)（在線）通過檢測污泥脫水后的壓濾水的流動電流值，經(jīng)過控制器的數(shù)學模型運算，控制絮凝劑的投加量，使動電荷（離子電荷與膠體電荷）維持在一個理想值。該系統(tǒng)直接監(jiān)控污泥過程變化、自動控制絮凝劑的投加量、減少絮凝劑成本、提高泥餅干燥度、降低污泥處理費用、提高工作效率、減少操作和維護費用。據(jù)生產(chǎn)廠統(tǒng)計系統(tǒng)可節(jié)省絮凝劑20~40%。

《自動化博覽》：當前我國水處理行業(yè)與國外發(fā)達地區(qū)相比，在自動化技術應用方面還存在哪些差距？

    宋頡：當前我國水處理行業(yè)與國外發(fā)達國家（如美國、德國等）相比在常規(guī)的控制方面相差無幾，上個世紀我國從國外引進了大量的污水處理技術和設備，包括自動化設備，經(jīng)過幾年的消化、吸收，已完全可以國產(chǎn)化，完全可以用我國自己的技術和設備建設現(xiàn)代化水平很高的污水廠，同時我國的污水技術和設備已邁出國門。但差距還是存在的，有些監(jiān)測設備的質量與國外產(chǎn)品相比無論在工藝加工、還是精度、使用壽命上都有差距， 在新產(chǎn)品的研發(fā)方面往往步人家后塵，到目前為止國內的水處理廠從監(jiān)測儀表、PLC系統(tǒng)、計算機硬件系統(tǒng)到軟件系統(tǒng)，進口產(chǎn)品的比例超過50%。

    節(jié)能降耗風靡全球，國際水質協(xié)會（IAWQ）提出了ICA技術概念，即儀器化（Instrumentation）、控制化（Control）和自動化（Automation），許多國外廠家紛紛研制出節(jié)能的產(chǎn)品推向市場，例如：美國Hach公司與兩家系統(tǒng)集成商合作，基于ICA技術，對英國的一座早期的污水廠進行改造，ICA技術的核心是監(jiān)測儀器、數(shù)學模型和過程控制系統(tǒng)，所有可靠優(yōu)化的控制策略多是基于有效準確的檢測值。通過水質分析儀器的檢測，能夠實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的過程優(yōu)化控制。改造方案的控制策略是：根據(jù)不同工段的溶解氧、氨氮、硝氮、污泥濃度的檢測值，建立相應的數(shù)學模型，控制生化池的曝氣量和加藥量，達到節(jié)能降耗目的。

    氨氮、硝氮在線分析儀器往往購置、維護成本高，結構復雜，德國WTW公司最新研制的離子選擇電極法在線氨氮、硝氮測定儀，它可同時測兩個參數(shù)降低了成本。

《自動化博覽》：對于自動化技術在污水處理行業(yè)的未來發(fā)展趨勢，您有何見解？

    宋頡：目前中國污水處理行業(yè)仍處于發(fā)展的初級階段，目前的污水處理能力尚跟不上用水規(guī)模的迅速擴張，而全國城鎮(zhèn)污水處理率不高，我國仍有一半的城鎮(zhèn)沒有污水處理廠。 隨著國家對污水處理行業(yè)的重視程度日益提高，污水處理市場的市場潛力也不斷增加。到2010年，中國的污水處理率要達到70%。以此計算，中國未來的污水處理率每年將提高3.6個百分點。達到此目標，將需要大量資金進行管網(wǎng)建設、污水處理廠的建設，污水處理設施的采購。另據(jù)國家建設部估計，“十一五”期間，在污水處理方面的投資將達到3000多億元。其中，城市污水改造工程共涉及投資836億元。污水處理市場十分巨大，污水處理行業(yè)發(fā)展已進入快車道。如何利用綠色能源、降低二次污染，減少資金投入，是污水廠建設中亟待解決的問題，自動化技術的發(fā)展為此提供了可能性。

幾點建議：

    （1）一些國外公司如GE、Hach、BioCHEM都推出了生物工藝智能優(yōu)化控制系統(tǒng)，目的是降低能耗，但是往往設備本身的投資很高，使建設單位難以承受，我國自動化行業(yè)應結合水處理的實際情況，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的過程控制產(chǎn)品，掌握核心技術，降低成本。
    （2）針對目前.環(huán)境與污染源監(jiān)測的要求，開發(fā)國產(chǎn)的儀器、儀表及自動監(jiān)測系統(tǒng)，適應各種水質情況。加強儀器、儀表行業(yè)的系統(tǒng)集成能力，進一步拓展儀器儀表的應用領域。
    （3）利用太陽能這一綠色能源，開發(fā)出更多的自控產(chǎn)品，目前應用最多的是太陽能電池，如何將此產(chǎn)品的儲能量更大、體積更小、應用更廣泛是今后有待研究的。

—— 源自：《自動化博覽》