分散式农村生活污水处理设施远程监控系统及其应用

分散式农村生活污水处理设施远程监控系统及其应用

分散式农村生活污水处理设施点多面广，运行管理难度较大。针对上述难题，阐述了以物联网技术和网络通信技术为核心的分布式远程监控系统的原理、结构与功能，通过应用案例分析，探讨了远程监控系统在分散式农村生活污水处理设施日常运行和管理中的特点。实践表明，远程监控系统为设施的长效运行和有效监管提供了技术保障，并降低了运行、维护和监管的成本，具有良好的发展前景。

0 引言

由于农居分散，来水水量不稳定，如采用集中处理模式，排水管网及配套的处理设施投资及运行费用较高且管理难度大。与逐年提高的城市污水处理率相比，农村污水治理工作任重道远。我国50%污染水量来源于农村生活污水。治理工作不仅是兴建污水处理设施，提高已建设施的运行管理水平，而且将关系到设施是否可以持续发挥污染物减排的作用。

因此，本文分析了我国农村生活污水处理模式，针对分散式农村生活污水处理设施运行管理中暴露的突出问题，利用物联网和网络通讯技术开发农村生活污水远程监控管理系统，以提高运营管理效率，减少运行成本，有效保障设施的正常运行和出水水质的稳定达标。

1 农村生活污水的处理模式

就排水体制而言，许多农村地区尚无排水系统，雨水和污水沿道路边沟或路面排至附近水体。建有排水系统或管道的地区，除小部分经济条件较好的村镇实行雨污分流制外，大部分地区采用的是合流制排水系统。

研究表明，对于分散的农村生活污水，小型处理设施是一种综合效益尚佳的选择分散式农村生活污水处理设施远程监控系统及其应用，是国内外常用的技术手段。和城镇污水处理厂一样，分散式污水处理设施也有发生故障的风险，直接影响出水水质。农村生活污水处理设施由于位置分散，技术、设备、人力和资金方面无法得到保证，无法派驻足够的人力去监控这些站点的水质及运行情况，更无法及时抢修站点的突发事故，容易出现农村偏远地带污水处理设施出水水质不达标的情况，使得农村生活污水处理设施在实际运行中的效果并不理想。

在电力、交通、化工、航空航天等领域农村生活污水分散式处理技术及应用，广泛应用分布式远程监控系统解决分散式设施的管理问题。在环保领域，我国目前成熟的污水处理监控技术，主要是集中式污水处理厂的污水处理过程的实时监控和调度管理，其应用可从简单的逻辑控制到复杂的分散化控制。而针对农村分散式生活污水处理设施的监控技术，尚处于起步阶段。一方面，农村生活污水处理工艺多样，设施的标准化、自动化、一体化水平不高，限制了监控系统的应用;另一方面，远程监控系统的开发程度、技术水平也参差不齐，进而影响到以远程监控系统为平台的长效管理模式与机制研究，不利于各类技术的推广应用和政府监督管理。

在这种背景下，本文梳理了我国农村生活污水的处理模式以及适用范围。针对分散式处理设施的运行和管理难题，通过分析物联网技术的原理和功能，探讨远程监控系统在分散式农村生活污水处理设施中的应用及其特点，为设施的长效运行和有效监管提供技术保障，并降低了运行、维护和监管的成本。

2 农村生活污水分散式处理设施远程监控系统的特点与应用

为了应对上述分散式污水处理设施管理难题和运营风险，避免处理设施“重建设轻管护”的现象，以物联网技术和网络通信技术为核心的远程监控技术显示了良好的应用前景，可以极大地提高管理效率。

2.1分布式远程监控系统的原理与功能

计算机监控技术主要适用于对处于分散状态的生产过程进行集中监视、控制与统计管理，包括集中式、分散式和分布式3种。当生产或采集现场地理位置比较偏僻、气候和其他一些条件比较恶劣时，就无法在生产或数据采集现场建立计算机监控系统，这时就需要建立分布式远程监控系统，通过通信网络系统对现场的控制系统进行监测控制。目前，常用的通信网络是GPRS与网络。在GPRS与网络平台上构建监控系统，可以实现相关设备数据的无线传输，具有可充分利用现有网络、缩短建设周期、降低建设成本等优点，而且设备安装方便、维护简单，是目前国内污水处理领域远程监控系统的主要通信传输手段。远程监控系统有2种类型，一种是现场控制和远程监控并存，远程监控系统一般只具有监督功能，利用现场控制系统处理过的数据进行生产过程分析、预测、归纳总结，以便提出新的生产计划;另一种是生产现场没有监控系统，将采集的数据送到远程计算机进行处理，这种远程监控系统必须很好地处理远程调用中数据在网络上的可靠传送和实时性问题。随着GPRS通信方式的出现，第二种类型的远程监控系统更加符合分散式污水处理设施的集中管理需求、适应现场条件。

基于第二种类型的远程监控系统的原理如下：现场监测层采集的监控数据，通过无线通讯网络传输至监控管理服务器，服务器对数据进行解析，将正确合理的数据存入数据库。终端(计算机或者移动设备)从数据库取出数据，获得现场设备的当前状态，并根据管理要求对这些监控状态数据进行处理分散式农村生活污水处理设施远程监控系统及其应用，实现对设备的监视与控制。或者也可以将解析后的数据直接传输到终端计算机，获得实时状态数据，而不经过数据库的存储，这样可以提高系统的实时性。与一般的计算机控制系统相比，分布式控制系统具有高可靠性、开放性、灵活性、协调性、易于维护、控制功能齐全等特点。

该系统的硬件组成结构见图1，其中安装在现场的硬件设备主要是设备运行状态监察仪和数据采集仪，远程监控管理中心的主要硬件设备是服务器和终端设备(计算机或移动设备)。

远程监控系统的解决方案主要是分散式污水处理设施的采集控制方案、设施的采集控制GPRS组网方案和软件监控方案。对于分散式污水处理设施的采集控制方案，主要由设备的控制器、GPRS数据采集仪以及采集监控点构成。对于设施的采集控制GPRS组网方案，主要由接受侧和发送侧构成。在发送侧农村生活污水分散式处理技术及应用，由现场设备控制器(PLC，  Logic  )采集设备状态量，数据采集处理单元通过PLC协议解析，获得采集量数据，通过数据传输单元(DTU)向无线公网IP发送GPRS数据包或向手机号码终端发送短信，从而实现设备侧数据采集与发送功能。在接受侧，可以通过手机短信服务网络接受状态量数据，也可以将上述数据发送至远程监控中心内部网络服务器农村生活污水分散式处理技术及应用，外部网络通过防火墙VPN技术可以在授权情况下通过Web浏览器查看内部服务器中显示的各个处理站点的设备状态，并进行相应的管理操作。上述的GPRS组网方案可用图2表示。对于软件监控方案，主要是指系统的功能，目前市场上常见的远程监控系统产品几乎都包含了以下功能：①利用GPS或GIS系统快速定位污水处理站点位置，准确展现每个站点的瞬时数据;②对污水处理站点的数据进行采集、记录、监测、计算、报警;③可以实现远程查看，实时监控站点。