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宋頡（1963-）
    女，教授級高級工程師，注冊電氣工程師，畢業于天津大學自動化儀表專業，現任中國市政工程華北設計研究總院第九設計院自控專業副總工程師，主要從事各行業特別是水處理行業工業過程控制和自動化系統的工程設計、控制編程、設備成套、調試安裝、現場施工指導以及儀器、儀表的研制、開發等工作。曾主持過多項大型水處理廠的自控系統的設計，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”自控系統的施工圖方案設計。       
       
《自動化博覽》：我國市政水處理行業目前發展現狀如何？環境問題當前倍受關注，國家對于水處理行業的未來發展有何規劃？

    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。隨著近年來經濟飛速發展，人民生活水平的提高，對生態環境的要求也日益提高，要求城鎮的污水處理后達標排放，目前在全國的城鎮已興建了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建設得到迅猛發展，新城鎮的快速增長帶來了生活污水和工業廢水的增加，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。為保證城鎮正常的需求和發展需要，加快各項設施的建設就成為必然的選擇，因此，城鎮供水包括水源、輸水、水廠、配水管網等設施；排水包括雨污水管網、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展。另一方面，根據環境保護部的城鎮污水排放標準要求，已建成的城鎮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。我國城鎮供排水事業的發展面臨著前所未有的機遇，同時也面臨諸多的挑戰。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略資源，提出了“全面規劃、統籌兼顧、標本兼治、綜合治理”，“興利除害相結合，開源節流并重，防洪抗旱并舉”，“開源節流并重，把節約放在突出位置，以提高用水效率為核心，全面推行各種節水技術和措施，發展節水型產業，建立節水型社會”，實現水資源的可持續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在運行和監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新或突破？

    宋頡：自動化技術廣泛的應用于水處理行業，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，即集中管理和監視、分散控制的計算機控制系統。該系統由中央控制室微機和現場終端二級組成。它集計算機技術、控制技術、通訊技術以及顯示技術于一體，通過通訊網絡將中央級監控站和若干現場子站連接起來，實現集中監測管理和分散控制。對于一些帶有管網的大型水處理廠，控制系統采用SCADA系統，SCADA在國外首先是在電力系統先使用的，指對遠程設備的監控。SCADA系統與PLC系統最重要的區別是它的通訊系統。在現場控制級，關鍵工段的控制算法不僅采用傳統的PID閉環調節，而且引入了模糊控制和專家系統，起到一定的節能降耗的作用。

    近幾年國家環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測系統，對出水的流量、PH、COD、總磷、NH4-N在線監測，并通過有線或無線通訊傳輸到當地的環保部門，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、現場總線、光纖通訊、無線通訊、儀表檢測系統等均用于水處理行業。

    第二是水處理廠的安防系統，包括閉路監控系統、圍墻的周邊報警系統和門禁系統。基于寬帶網絡傳輸的網絡視頻監控技術，為用戶提供視頻、圖片、聲音、數據的采集、傳輸、儲存、處理的一種全新視頻監控管理平臺，同時隨著寬帶網和光纖技術的發展，100/1000Mbit/s網絡的成熟，網絡系統采用集工控、管理、閉路監控于一體的光纖以太網通訊，并組成光纖環網提高系統可靠性，同時通過軟件實現設備的彈性分組，使處于網絡任意位置的設備，根據不同功能分別處于同一物理區段，實現雙網合一，達到了共用同一個網絡，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，應用成熟的運行財務等管理軟件，以及數據庫軟件，實現辦公的自動化。
 目前隨著通訊技術的發展，電信行業形成了移動、電信、聯通三大運營商，水處理廠以及水廠間、管網的數據通訊不再局限于局域網，而是利用公共資源，實現了工業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遠距離的數據交換，降低了運行成本。

《自動化博覽》：污水處理行業對于節能的需求如何？主要采用哪些產品和技術在哪些方面來實現節能？

    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污水的排放量持續增長。造成了環境污染壓力增大。現行的污水處理技術多數面臨高額資金投入的難題，如何將污水達標處理，使其對環境的污染降到最低，達到污水的循環再利用，同時又降低污水處理的成本。經濟有效地處理污水，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、還是設計方都對節能降耗高度重視，在建設污水廠的招標期間就明確的將節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）從城市污水管網的規劃上降低能耗：大多數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。

    （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系統單元由氣體流量計、菱形控制閥門、手動調節閥、主控制器組成，該系統根據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，優化控制過程，有效降低能耗。④ ChemTrac聚合物控制系統（在線）通過檢測污泥脫水后的壓濾水的流動電流值，經過控制器的數學模型運算，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。該系統直接監控污泥過程變化、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。據生產廠統計系統可節省絮凝劑20~40%。

《自動化博覽》：當前我國水處理行業與國外發達地區相比，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與國外發達國家（如美國、德國等）相比在常規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，經過幾年的消化、吸收，已完全可以國產化，完全可以用我國自己的技術和設備建設現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，有些監測設備的質量與國外產品相比無論在工藝加工、還是精度、使用壽命上都有差距， 在新產品的研發方面往往步人家后塵，到目前為止國內的水處理廠從監測儀表、PLC系統、計算機硬件系統到軟件系統，進口產品的比例超過50%。

    節能降耗風靡全球，國際水質協會（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能的產品推向市場，例如：美國Hach公司與兩家系統集成商合作，基于ICA技術，對英國的一座早期的污水廠進行改造，ICA技術的核心是監測儀器、數學模型和過程控制系統，所有可靠優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，能夠實現污水處理系統的過程優化控制。改造方案的控制策略是：根據不同工段的溶解氧、氨氮、硝氮、污泥濃度的檢測值，建立相應的數學模型，控制生化池的曝氣量和加藥量，達到節能降耗目的。

    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降低了成本。

《自動化博覽》：對于自動化技術在污水處理行業的未來發展趨勢，您有何見解？

    宋頡：目前中國污水處理行業仍處于發展的初級階段，目前的污水處理能力尚跟不上用水規模的迅速擴張，而全國城鎮污水處理率不高，我國仍有一半的城鎮沒有污水處理廠。 隨著國家對污水處理行業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建設、污水處理廠的建設，污水處理設施的采購。另據國家建設部估計，“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，污水處理行業發展已進入快車道。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化控制系統，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，我國自動化行業應結合水處理的實際情況，開發具有自主知識產權的過程控制產品，掌握核心技術，降低成本。
    （2）針對目前.環境與污染源監測的要求，開發國產的儀器、儀表及自動監測系統，適應各種水質情況。加強儀器、儀表行業的系統集成能力，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，開發出更多的自控產品，目前應用最多的是太陽能電池，如何將此產品的儲能量更大、體積更小、應用更廣泛是今后有待研究的。

—— 源自：《自動化博覽》