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宋頡（1963-）
    女，教授級(jí)高級(jí)工程師，注冊(cè)電氣工程師，畢業(yè)于天津大學(xué)自動(dòng)化儀表專業(yè)，現(xiàn)任中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院第九設(shè)計(jì)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(dòng)化系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)、控制編程、設(shè)備成套、調(diào)試安裝、現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)以及儀器、儀表的研制、開發(fā)等工作。曾主持過多項(xiàng)大型水處理廠的自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(shù)研究示范工程”自控系統(tǒng)的施工圖方案設(shè)計(jì)。       
       
《自動(dòng)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(dāng)前倍受關(guān)注，國家對(duì)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(gè)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(jì)飛速發(fā)展，人民生活水平的提高，對(duì)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(dá)標(biāo)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(xiàng)籌建的城鎮(zhèn)污水處理廠項(xiàng)目還有近千座，各項(xiàng)供排水設(shè)施60年累計(jì)投資達(dá)6600億元。同時(shí)近幾年來小城鎮(zhèn)建設(shè)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(yù)計(jì)在排水方面后30年的投資將達(dá)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(duì)城市供排水等基礎(chǔ)設(shè)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(xiàng)設(shè)施的建設(shè)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(shè)施；排水包括雨污水管網(wǎng)、泵站、污水處理廠及防汛排澇設(shè)施等供排水工程及配套設(shè)施的建設(shè)，以及相關(guān)的水質(zhì)檢測(cè)、儀器儀表、自動(dòng)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(hù)部的城鎮(zhèn)污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求，已建成的城鎮(zhèn)污水處理廠普遍存在升級(jí)改造的需求，新的一輪對(duì)建成污水處理廠為達(dá)到一級(jí)A標(biāo)或深度處理中水回用的工程也在興起立項(xiàng)和建設(shè)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(jī)遇，同時(shí)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(biāo)本兼治、綜合治理”，“興利除害相結(jié)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(shù)和措施，發(fā)展節(jié)水型產(chǎn)業(yè)，建立節(jié)水型社會(huì)”，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用等一系列水利建設(shè)的方針政策。

《自動(dòng)化博覽》：當(dāng)前我國水處理行業(yè)在運(yùn)行和監(jiān)控中主要應(yīng)用了哪些自動(dòng)化技術(shù)？近年來，在自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用方面有何創(chuàng)新或突破？

    宋頡：自動(dòng)化技術(shù)廣泛的應(yīng)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由中央控制室微機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)終端二級(jí)組成。它集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)以及顯示技術(shù)于一體，通過通訊網(wǎng)絡(luò)將中央級(jí)監(jiān)控站和若干現(xiàn)場(chǎng)子站連接起來，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)管理和分散控制。對(duì)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(duì)遠(yuǎn)程設(shè)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(chǎng)控制級(jí)，關(guān)鍵工段的控制算法不僅采用傳統(tǒng)的PID閉環(huán)調(diào)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(duì)污水廠的達(dá)標(biāo)排放控制加強(qiáng)，要求所有污水廠出水必須設(shè)在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)出水的流量、PH、COD、總磷、NH4-N在線監(jiān)測(cè)，并通過有線或無線通訊傳輸?shù)疆?dāng)?shù)氐沫h(huán)保部門，使管理部門及時(shí)了解污水廠的運(yùn)行情況和水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況。

    總之，自動(dòng)化的冗余技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線、光纖通訊、無線通訊、儀表檢測(cè)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(bào)警系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)。基于寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)，為用戶提供視頻、圖片、聲音、數(shù)據(jù)的采集、傳輸、儲(chǔ)存、處理的一種全新視頻監(jiān)控管理平臺(tái)，同時(shí)隨著寬帶網(wǎng)和光纖技術(shù)的發(fā)展，100/1000Mbit/s網(wǎng)絡(luò)的成熟，網(wǎng)絡(luò)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(shí)通過軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)備的彈性分組，使處于網(wǎng)絡(luò)任意位置的設(shè)備，根據(jù)不同功能分別處于同一物理區(qū)段，實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)合一，達(dá)到了共用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，傳輸工控信號(hào)和聲音、圖像信號(hào)的目的。

    第三是水廠的管理信息化系統(tǒng)，應(yīng)用成熟的運(yùn)行財(cái)務(wù)等管理軟件，以及數(shù)據(jù)庫軟件，實(shí)現(xiàn)辦公的自動(dòng)化。
 目前隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，電信行業(yè)形成了移動(dòng)、電信、聯(lián)通三大運(yùn)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(shí)現(xiàn)了工業(yè)設(shè)備與民用設(shè)備的完全兼容，通過ADSL、GPRS等有線或無線通訊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)交換，降低了運(yùn)行成本。

《自動(dòng)化博覽》：污水處理行業(yè)對(duì)于節(jié)能的需求如何？主要采用哪些產(chǎn)品和技術(shù)在哪些方面來實(shí)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(jìn)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。現(xiàn)行的污水處理技術(shù)多數(shù)面臨高額資金投入的難題，如何將污水達(dá)標(biāo)處理，使其對(duì)環(huán)境的污染降到最低，達(dá)到污水的循環(huán)再利用，同時(shí)又降低污水處理的成本。經(jīng)濟(jì)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(guān)注，成為一個(gè)亟待解決的問題。

    目前無論是地方政府、建設(shè)單位、運(yùn)行單位、還是設(shè)計(jì)方都對(duì)節(jié)能降耗高度重視，在建設(shè)污水廠的招標(biāo)期間就明確的將節(jié)能作為一項(xiàng)重要指標(biāo)，要求設(shè)計(jì)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(shè)備，它的電耗是十分可觀的，規(guī)劃部門應(yīng)結(jié)合城市地理情況，利用好水自身的勢(shì)能，合理設(shè)計(jì)管網(wǎng)的坡度和埋深，降低提升泵的揚(yáng)程，從而達(dá)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(jí)處理、二級(jí)處理、深度處理。一級(jí)處理包括提升泵站、格柵、沉砂池等，二級(jí)處理包括生化池、沉淀池等。在污水廠的設(shè)計(jì)中，合理利用水的重力勢(shì)能，準(zhǔn)確進(jìn)行水利計(jì)算，充分了解進(jìn)水水質(zhì)、水量，合理選擇進(jìn)水提升泵、鼓風(fēng)機(jī)、脫水機(jī)等大功率設(shè)備，使其功率最小，運(yùn)行在高效區(qū)。

    （3）采用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備降低能耗：① 從電源入手，通過提高用電設(shè)備的電磁感應(yīng)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(xiàng)電源質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)均得到改善，保護(hù)了用電設(shè)備，提高了設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性、降低了故障率、延長了設(shè)備的使用壽命，并降低了維修費(fèi)用。② 采用變頻設(shè)備，變頻器已廣泛的應(yīng)用于污水廠的泵、鼓風(fēng)機(jī)、離心脫水機(jī)等設(shè)備，通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速、降低無功功率、減小啟動(dòng)電流降低能耗。③ BINDER公司的VACOMASS系統(tǒng)單元對(duì)生物曝氣池的耗氧量進(jìn)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(dá)標(biāo)，反之，如果曝氣過量引起能耗增加，導(dǎo)致污水廠能源的浪費(fèi)。VACOMASS系統(tǒng)單元由氣體流量計(jì)、菱形控制閥門、手動(dòng)調(diào)節(jié)閥、主控制器組成，該系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際的污染值與氧氣的需求對(duì)氣體進(jìn)行精確的測(cè)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(cè)污泥脫水后的壓濾水的流動(dòng)電流值，經(jīng)過控制器的數(shù)學(xué)模型運(yùn)算，控制絮凝劑的投加量，使動(dòng)電荷（離子電荷與膠體電荷）維持在一個(gè)理想值。該系統(tǒng)直接監(jiān)控污泥過程變化、自動(dòng)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(fèi)用、提高工作效率、減少操作和維護(hù)費(fèi)用。據(jù)生產(chǎn)廠統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)可節(jié)省絮凝劑20~40%。

《自動(dòng)化博覽》：當(dāng)前我國水處理行業(yè)與國外發(fā)達(dá)地區(qū)相比，在自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用方面還存在哪些差距？

    宋頡：當(dāng)前我國水處理行業(yè)與國外發(fā)達(dá)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(gè)世紀(jì)我國從國外引進(jìn)了大量的污水處理技術(shù)和設(shè)備，包括自動(dòng)化設(shè)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(shù)和設(shè)備建設(shè)現(xiàn)代化水平很高的污水廠，同時(shí)我國的污水技術(shù)和設(shè)備已邁出國門。但差距還是存在的，有些監(jiān)測(cè)設(shè)備的質(zhì)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(nèi)的水處理廠從監(jiān)測(cè)儀表、PLC系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)到軟件系統(tǒng)，進(jìn)口產(chǎn)品的比例超過50%。

    節(jié)能降耗風(fēng)靡全球，國際水質(zhì)協(xié)會(huì)（IAWQ）提出了ICA技術(shù)概念，即儀器化（Instrumentation）、控制化（Control）和自動(dòng)化（Automation），許多國外廠家紛紛研制出節(jié)能的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，例如：美國Hach公司與兩家系統(tǒng)集成商合作，基于ICA技術(shù)，對(duì)英國的一座早期的污水廠進(jìn)行改造，ICA技術(shù)的核心是監(jiān)測(cè)儀器、數(shù)學(xué)模型和過程控制系統(tǒng)，所有可靠?jī)?yōu)化的控制策略多是基于有效準(zhǔn)確的檢測(cè)值。通過水質(zhì)分析儀器的檢測(cè)，能夠?qū)崿F(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(cè)值，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，控制生化池的曝氣量和加藥量，達(dá)到節(jié)能降耗目的。

    氨氮、硝氮在線分析儀器往往購置、維護(hù)成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)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(cè)定儀，它可同時(shí)測(cè)兩個(gè)參數(shù)降低了成本。

《自動(dòng)化博覽》：對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)在污水處理行業(yè)的未來發(fā)展趨勢(shì)，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(jí)階段，目前的污水處理能力尚跟不上用水規(guī)模的迅速擴(kuò)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(duì)污水處理行業(yè)的重視程度日益提高，污水處理市場(chǎng)的市場(chǎng)潛力也不斷增加。到2010年，中國的污水處理率要達(dá)到70%。以此計(jì)算，中國未來的污水處理率每年將提高3.6個(gè)百分點(diǎn)。達(dá)到此目標(biāo)，將需要大量資金進(jìn)行管網(wǎng)建設(shè)、污水處理廠的建設(shè)，污水處理設(shè)施的采購。另據(jù)國家建設(shè)部估計(jì)，“十一五”期間，在污水處理方面的投資將達(dá)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(chǎng)十分巨大，污水處理行業(yè)發(fā)展已進(jìn)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(shè)中亟待解決的問題，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展為此提供了可能性。

幾點(diǎn)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(shè)備本身的投資很高，使建設(shè)單位難以承受，我國自動(dòng)化行業(yè)應(yīng)結(jié)合水處理的實(shí)際情況，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的過程控制產(chǎn)品，掌握核心技術(shù)，降低成本。
    （2）針對(duì)目前.環(huán)境與污染源監(jiān)測(cè)的要求，開發(fā)國產(chǎn)的儀器、儀表及自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，適應(yīng)各種水質(zhì)情況。加強(qiáng)儀器、儀表行業(yè)的系統(tǒng)集成能力，進(jìn)一步拓展儀器儀表的應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用最多的是太陽能電池，如何將此產(chǎn)品的儲(chǔ)能量更大、體積更小、應(yīng)用更廣泛是今后有待研究的。

—— 源自：《自動(dòng)化博覽》