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(xué)自動(dòng)化儀表專(zhuān)業(yè)，現任中國市政工程華北設計研究總院第九設計院自控專(zhuān)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(guò)程控制和自動(dòng)化系統的工程設計、控制編程、設備成套、調試安裝、現場(chǎng)施工指導以及儀器、儀表的研制、開(kāi)發(fā)等工作。曾主持過(guò)多項大型水處理廠(chǎng)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(shù)研究示范工程”自控系統的施工圖方案設計。       
       
《自動(dòng)化博覽》：我國市政水處理行業(yè)目前發(fā)展現狀如何？環(huán)境問(wèn)題當前倍受關(guān)注，國家對于水處理行業(yè)的未來(lái)發(fā)展有何規劃？

    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(zhù)近年來(lái)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(chǎng)，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(chǎng)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(shí)近幾年來(lái)小城鎮建設得到迅猛發(fā)展，新城鎮的快速增長(cháng)帶來(lái)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(wàn)m3污水廠(chǎng)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(zhù)城市人口的增長(cháng)，對城市供排水等基礎設施的需求也在不斷的增長(cháng)。為保證城鎮正常的需求和發(fā)展需要，加快各項設施的建設就成為必然的選擇，因此，城鎮供水包括水源、輸水、水廠(chǎng)、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(chǎng)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(guān)的水質(zhì)檢測、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，根據環(huán)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(chǎng)普遍存在升級改造的需求，新的一輪對建成污水處理廠(chǎng)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(yè)的發(fā)展面臨著(zhù)前所未有的機遇，同時(shí)也面臨諸多的挑戰。為此，黨和國家把水資源問(wèn)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(kāi)源節流并重，防洪抗旱并舉”，“開(kāi)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(shù)和措施，發(fā)展節水型產(chǎn)業(yè)，建立節水型社會(huì )”，實(shí)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(dòng)化博覽》：當前我國水處理行業(yè)在運行和監控中主要應用了哪些自動(dòng)化技術(shù)？近年來(lái)，在自動(dòng)化技術(shù)應用方面有何創(chuàng )新或突破？

    宋頡：自動(dòng)化技術(shù)廣泛的應用于水處理行業(yè)，首先是水處理廠(chǎng)各工段的過(guò)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(chǎng)終端二級組成。它集計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)以及顯示技術(shù)于一體，通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò )將中央級監控站和若干現場(chǎng)子站連接起來(lái)，實(shí)現集中監測管理和分散控制。對于一些帶有管網(wǎng)的大型水處理廠(chǎng)，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(chǎng)控制級，關(guān)鍵工段的控制算法不僅采用傳統的PID閉環(huán)調節，而且引入了模糊控制和專(zhuān)家系統，起到一定的節能降耗的作用。

    近幾年國家環(huán)保局對污水廠(chǎng)的達標排放控制加強，要求所有污水廠(chǎng)出水必須設在線(xiàn)水質(zhì)監測系統，對出水的流量、PH、COD、總磷、NH4-N在線(xiàn)監測，并通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通訊傳輸到當地的環(huán)保部門(mén)，使管理部門(mén)及時(shí)了解污水廠(chǎng)的運行情況和水質(zhì)達標情況。

    總之，自動(dòng)化的冗余技術(shù)、現場(chǎng)總線(xiàn)、光纖通訊、無(wú)線(xiàn)通訊、儀表檢測系統等均用于水處理行業(yè)。

    第二是水處理廠(chǎng)的安防系統，包括閉路監控系統、圍墻的周邊報警系統和門(mén)禁系統?；趯拵ЬW(wǎng)絡(luò )傳輸的網(wǎng)絡(luò )視頻監控技術(shù)，為用戶(hù)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(shí)隨著(zhù)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 )系統采用集工控、管理、閉路監控于一體的光纖以太網(wǎng)通訊，并組成光纖環(huán)網(wǎng)提高系統可靠性，同時(shí)通過(guò)軟件實(shí)現設備的彈性分組，使處于網(wǎng)絡(luò )任意位置的設備，根據不同功能分別處于同一物理區段，實(shí)現雙網(wǎng)合一，達到了共用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，傳輸工控信號和聲音、圖像信號的目的。

    第三是水廠(chǎng)的管理信息化系統，應用成熟的運行財務(wù)等管理軟件，以及數據庫軟件，實(shí)現辦公的自動(dòng)化。
 目前隨著(zhù)通訊技術(shù)的發(fā)展，電信行業(yè)形成了移動(dòng)、電信、聯(lián)通三大運營(yíng)商，水處理廠(chǎng)以及水廠(chǎng)間、管網(wǎng)的數據通訊不再局限于局域網(wǎng)，而是利用公共資源，實(shí)現了工業(yè)設備與民用設備的完全兼容，通過(guò)ADSL、GPRS等有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通訊實(shí)現遠距離的數據交換，降低了運行成本。

《自動(dòng)化博覽》：污水處理行業(yè)對于節能的需求如何？主要采用哪些產(chǎn)品和技術(shù)在哪些方面來(lái)實(shí)現節能？

    宋頡：隨著(zhù)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(zhù)GDP的迅速增長(cháng)，我國城市污水及工業(yè)污水的排放量持續增長(cháng)。造成了環(huán)境污染壓力增大?，F行的污水處理技術(shù)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(huán)境的污染降到最低，達到污水的循環(huán)再利用，同時(shí)又降低污水處理的成本。經(jīng)濟有效地處理污水，降低能耗、提高功效引起了政府部門(mén)的極大關(guān)注，成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

    目前無(wú)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(chǎng)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(wǎng)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(chǎng)，通過(guò)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(chǎng)，提升泵是主要耗電設備，它的電耗是十分可觀(guān)的，規劃部門(mén)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(chǎng)的設計中，合理利用水的重力勢能，準確進(jìn)行水利計算，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、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(jìn)技術(shù)和設備降低能耗：① 從電源入手，通過(guò)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(zhì)量技術(shù)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(cháng)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(chǎng)的泵、鼓風(fēng)機、離心脫水機等設備，通過(guò)改變電機的轉速、降低無(wú)功功率、減小啟動(dòng)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(jìn)行控制：污水的生化處理階段，曝氣量不足生化過(guò)程無(wú)法完成，造成出水不能達標，反之，如果曝氣過(guò)量引起能耗增加，導致污水廠(chǎng)能源的浪費。VACOMASS系統單元由氣體流量計、菱形控制閥門(mén)、手動(dòng)調節閥、主控制器組成，該系統根據實(shí)際的污染值與氧氣的需求對氣體進(jìn)行精確的測量、控制、分配，優(yōu)化控制過(guò)程，有效降低能耗。④ ChemTrac聚合物控制系統（在線(xiàn)）通過(guò)檢測污泥脫水后的壓濾水的流動(dòng)電流值，經(jīng)過(guò)控制器的數學(xué)模型運算，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。該系統直接監控污泥過(guò)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、降低污泥處理費用、提高工作效率、減少操作和維護費用。據生產(chǎn)廠(chǎng)統計系統可節省絮凝劑20~40%。

《自動(dòng)化博覽》：當前我國水處理行業(yè)與國外發(fā)達地區相比，在自動(dòng)化技術(shù)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）相比在常規的控制方面相差無(wú)幾，上個(gè)世紀我國從國外引進(jìn)了大量的污水處理技術(shù)和設備，包括自動(dòng)化設備，經(jīng)過(guò)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)和設備建設現代化水平很高的污水廠(chǎng)，同時(shí)我國的污水技術(shù)和設備已邁出國門(mén)。但差距還是存在的，有些監測設備的質(zhì)量與國外產(chǎn)品相比無(wú)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(chǎng)從監測儀表、PLC系統、計算機硬件系統到軟件系統，進(jìn)口產(chǎn)品的比例超過(guò)50%。

    節能降耗風(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(chǎng)家紛紛研制出節能的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，例如：美國Hach公司與兩家系統集成商合作，基于ICA技術(shù)，對英國的一座早期的污水廠(chǎng)進(jìn)行改造，ICA技術(shù)的核心是監測儀器、數學(xué)模型和過(guò)程控制系統，所有可靠?jì)?yōu)化的控制策略多是基于有效準確的檢測值。通過(guò)水質(zhì)分析儀器的檢測，能夠實(shí)現污水處理系統的過(guò)程優(yōu)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(xué)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(xiàn)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(xiàn)氨氮、硝氮測定儀，它可同時(shí)測兩個(gè)參數降低了成本。

《自動(dòng)化博覽》：對于自動(dòng)化技術(shù)在污水處理行業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢，您有何見(jiàn)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(méi)有污水處理廠(chǎng)。 隨著(zhù)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(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到70%。以此計算，中國未來(lái)的污水處理率每年將提高3.6個(gè)百分點(diǎn)。達到此目標，將需要大量資金進(jìn)行管網(wǎng)建設、污水處理廠(chǎng)的建設，污水處理設施的采購。另?yè)医ㄔO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(chǎng)十分巨大，污水處理行業(yè)發(fā)展已進(jìn)入快車(chē)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(chǎng)建設中亟待解決的問(wèn)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，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(dòng)化行業(yè)應結合水處理的實(shí)際情況，開(kāi)發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的過(guò)程控制產(chǎn)品，掌握核心技術(shù)，降低成本。
    （2）針對目前.環(huán)境與污染源監測的要求，開(kāi)發(fā)國產(chǎn)的儀器、儀表及自動(dòng)監測系統，適應各種水質(zhì)情況。加強儀器、儀表行業(yè)的系統集成能力，進(jìn)一步拓展儀器儀表的應用領(lǐng)域。
    （3）利用太陽(yáng)能這一綠色能源，開(kāi)發(fā)出更多的自控產(chǎn)品，目前應用最多的是太陽(yáng)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(dòng)化博覽》