宋颉（1963-）
    女，教授级高级工程师，注册电气工程师，毕业于天津大学自动化仪表专业，现任中国市政工程华北设计研究总院第九设计院自控专业副总工程师，主要从事各行业特别是水处理行业工业过程控制和自动化系统的工程设计、控制编程、设备成套、调试安装、现场施工指导以及仪器、仪表的研制、开发等工作。曾主持过多项大型水处理厂的自控系统的设计，主持完成国家科技部863课题示范工程“市污水处理与资源化技术研究示范工程”自控系统的施工图方案设计。       
       
《自动化博览》：我国市政水处理行业目前发展现状如何？环境问题当前倍受关注，国家对于水处理行业的未来发展有何规划？

    宋颉：我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源量只有世界人均占有量的四分之一，而且在空间的分布上又极为不均，全国近700座城市中有400多座城市缺水。随着近年来经济飞速发展，人民生活水平的提高，对生态环境的要求也日益提高，要求城镇的污水处理后达标排放，目前在全国的城镇已兴建了1100余座污水处理厂，年处理污水总量256亿m3，在建和立项筹建的城镇污水处理厂项目还有近千座，各项供排水设施60年累计投资达6600亿元。同时近几年来小城镇建设得到迅猛发展，新城镇的快速增长带来了生活污水和工业废水的增加，在全国正在兴建及待建的日处理量小于1万m3污水厂日益增多，预计在排水方面后30年的投资将达3700亿元。我国的城镇化水平1949年为10.6%，1978年为18%，到2008年增加到45%。随着城市人口的增长，对城市供排水等基础设施的需求也在不断的增长。为保证城镇正常的需求和发展需要，加快各项设施的建设就成为必然的选择，因此，城镇供水包括水源、输水、水厂、配水管网等设施；排水包括雨污水管网、泵站、污水处理厂及防汛排涝设施等供排水工程及配套设施的建设，以及相关的水质检测、仪器仪表、自动控制、信息化等方面都得到了空前的发展。另一方面，根据环境保护部的城镇污水排放标准要求，已建成的城镇污水处理厂普遍存在升级改造的需求，新的一轮对建成污水处理厂为达到一级A标或深度处理中水回用的工程也在兴起立项和建设的高潮。我国城镇供排水事业的发展面临着前所未有的机遇，同时也面临诸多的挑战。为此，党和国家把水资源问题同粮食、石油一起作为国家的重要战略资源，提出了“全面规划、统筹兼顾、标本兼治、综合治理”，“兴利除害相结合，开源节流并重，防洪抗旱并举”，“开源节流并重，把节约放在突出位置，以提高用水效率为核心，全面推行各种节水技术和措施，发展节水型产业，建立节水型社会”，实现水资源的可持续利用等一系列水利建设的方针政策。

《自动化博览》：当前我国水处理行业在运行和监控中主要应用了哪些自动化技术？近年来，在自动化技术应用方面有何创新或突破？

    宋颉：自动化技术广泛的应用于水处理行业，首先是水处理厂各工段的过程控制，采用了以PLC或DCS为硬件的集散型控制系统，即集中管理和监视、分散控制的计算机控制系统。该系统由中央控制室微机和现场终端二级组成。它集计算机技术、控制技术、通讯技术以及显示技术于一体，通过通讯网络将中央级监控站和若干现场子站连接起来，实现集中监测管理和分散控制。对于一些带有管网的大型水处理厂，控制系统采用SCADA系统，SCADA在国外首先是在电力系统先使用的，指对远程设备的监控。SCADA系统与PLC系统最重要的区别是它的通讯系统。在现场控制级，关键工段的控制算法不仅采用传统的PID闭环调节，而且引入了模糊控制和专家系统，起到一定的节能降耗的作用。

    近几年国家环保局对污水厂的达标排放控制加强，要求所有污水厂出水必须设在线水质监测系统，对出水的流量、PH、COD、总磷、NH4-N在线监测，并通过有线或无线通讯传输到当地的环保部门，使管理部门及时了解污水厂的运行情况和水质达标情况。

    总之，自动化的冗余技术、现场总线、光纤通讯、无线通讯、仪表检测系统等均用于水处理行业。

    第二是水处理厂的安防系统，包括闭路监控系统、围墙的周边报警系统和门禁系统。基于宽带网络传输的网络视频监控技术，为用户提供视频、图片、声音、数据的采集、传输、储存、处理的一种全新视频监控管理平台，同时随着宽带网和光纤技术的发展，100/1000Mbit/s网络的成熟，网络系统采用集工控、管理、闭路监控于一体的光纤以太网通讯，并组成光纤环网提高系统可靠性，同时通过软件实现设备的弹性分组，使处于网络任意位置的设备，根据不同功能分别处于同一物理区段，实现双网合一，达到了共用同一个网络，传输工控信号和声音、图像信号的目的。

    第三是水厂的管理信息化系统，应用成熟的运行财务等管理软件，以及数据库软件，实现办公的自动化。
 目前随着通讯技术的发展，电信行业形成了移动、电信、联通三大运营商，水处理厂以及水厂间、管网的数据通讯不再局限于局域网，而是利用公共资源，实现了工业设备与民用设备的完全兼容，通过ADSL、GPRS等有线或无线通讯实现远距离的数据交换，降低了运行成本。

《自动化博览》：污水处理行业对于节能的需求如何？主要采用哪些产品和技术在哪些方面来实现节能？

    宋颉：随着人民生活水平的不断提高和城市化进程的日益加快，随着GDP的迅速增长，我国城市污水及工业污水的排放量持续增长。造成了环境污染压力增大。现行的污水处理技术多数面临高额资金投入的难题，如何将污水达标处理，使其对环境的污染降到最低，达到污水的循环再利用，同时又降低污水处理的成本。经济有效地处理污水，降低能耗、提高功效引起了政府部门的极大关注，成为一个亟待解决的问题。

    目前无论是地方政府、建设单位、运行单位、还是设计方都对节能降耗高度重视，在建设污水厂的招标期间就明确的将节能作为一项重要指标，要求设计方提出更好的解决方案。一般从以下几方面降低能耗。

    （1）从城市污水管网的规划上降低能耗：大多数大中型城市普遍采用集中处理污水的方式（市政污水）。一座城市建几座污水厂，通过城市管网和提升泵站收集污水并将其分别输送到污水处理厂，提升泵是主要耗电设备，它的电耗是十分可观的，规划部门应结合城市地理情况，利用好水自身的势能，合理设计管网的坡度和埋深，降低提升泵的扬程，从而达到减小提升泵的功率，降低能耗。

    （2）从工艺流程上降低能耗：污水处理工艺包括一级处理、二级处理、深度处理。一级处理包括提升泵站、格栅、沉砂池等，二级处理包括生化池、沉淀池等。在污水厂的设计中，合理利用水的重力势能，准确进行水利计算，充分了解进水水质、水量，合理选择进水提升泵、鼓风机、脱水机等大功率设备，使其功率最小，运行在高效区。

    （3）采用先进技术和设备降低能耗：① 从电源入手，通过提高用电设备的电磁感应效率，降低能源消耗，也降低了由电源污染造成的铁损、铜损，使各项电源质量技术指标均得到改善，保护了用电设备，提高了设备的运行稳定性、降低了故障率、延长了设备的使用寿命，并降低了维修费用。② 采用变频设备，变频器已广泛的应用于污水厂的泵、鼓风机、离心脱水机等设备，通过改变电机的转速、降低无功功率、减小启动电流降低能耗。③ BINDER公司的VACOMASS系统单元对生物曝气池的耗氧量进行控制：污水的生化处理阶段，曝气量不足生化过程无法完成，造成出水不能达标，反之，如果曝气过量引起能耗增加，导致污水厂能源的浪费。VACOMASS系统单元由气体流量计、菱形控制阀门、手动调节阀、主控制器组成，该系统根据实际的污染值与氧气的需求对气体进行精确的测量、控制、分配，优化控制过程，有效降低能耗。④ ChemTrac聚合物控制系统（在线）通过检测污泥脱水后的压滤水的流动电流值，经过控制器的数学模型运算，控制絮凝剂的投加量，使动电荷（离子电荷与胶体电荷）维持在一个理想值。该系统直接监控污泥过程变化、自动控制絮凝剂的投加量、减少絮凝剂成本、提高泥饼干燥度、降低污泥处理费用、提高工作效率、减少操作和维护费用。据生产厂统计系统可节省絮凝剂20~40%。

《自动化博览》：当前我国水处理行业与国外发达地区相比，在自动化技术应用方面还存在哪些差距？

    宋颉：当前我国水处理行业与国外发达国家（如美国、德国等）相比在常规的控制方面相差无几，上个世纪我国从国外引进了大量的污水处理技术和设备，包括自动化设备，经过几年的消化、吸收，已完全可以国产化，完全可以用我国自己的技术和设备建设现代化水平很高的污水厂，同时我国的污水技术和设备已迈出国门。但差距还是存在的，有些监测设备的质量与国外产品相比无论在工艺加工、还是精度、使用寿命上都有差距， 在新产品的研发方面往往步人家后尘，到目前为止国内的水处理厂从监测仪表、PLC系统、计算机硬件系统到软件系统，进口产品的比例超过50%。

    节能降耗风靡全球，国际水质协会（IAWQ）提出了ICA技术概念，即仪器化（Instrumentation）、控制化（Control）和自动化（Automation），许多国外厂家纷纷研制出节能的产品推向市场，例如：美国Hach公司与两家系统集成商合作，基于ICA技术，对英国的一座早期的污水厂进行改造，ICA技术的核心是监测仪器、数学模型和过程控制系统，所有可靠优化的控制策略多是基于有效准确的检测值。通过水质分析仪器的检测，能够实现污水处理系统的过程优化控制。改造方案的控制策略是：根据不同工段的溶解氧、氨氮、硝氮、污泥浓度的检测值，建立相应的数学模型，控制生化池的曝气量和加药量，达到节能降耗目的。

    氨氮、硝氮在线分析仪器往往购置、维护成本高，结构复杂，德国WTW公司最新研制的离子选择电极法在线氨氮、硝氮测定仪，它可同时测两个参数降低了成本。

《自动化博览》：对于自动化技术在污水处理行业的未来发展趋势，您有何见解？

    宋颉：目前中国污水处理行业仍处于发展的初级阶段，目前的污水处理能力尚跟不上用水规模的迅速扩张，而全国城镇污水处理率不高，我国仍有一半的城镇没有污水处理厂。 随着国家对污水处理行业的重视程度日益提高，污水处理市场的市场潜力也不断增加。到2010年，中国的污水处理率要达到70%。以此计算，中国未来的污水处理率每年将提高3.6个百分点。达到此目标，将需要大量资金进行管网建设、污水处理厂的建设，污水处理设施的采购。另据国家建设部估计，“十一五”期间，在污水处理方面的投资将达到3000多亿元。其中，城市污水改造工程共涉及投资836亿元。污水处理市场十分巨大，污水处理行业发展已进入快车道。如何利用绿色能源、降低二次污染，减少资金投入，是污水厂建设中亟待解决的问题，自动化技术的发展为此提供了可能性。

几点建议：

    （1）一些国外公司如GE、Hach、BioCHEM都推出了生物工艺智能优化控制系统，目的是降低能耗，但是往往设备本身的投资很高，使建设单位难以承受，我国自动化行业应结合水处理的实际情况，开发具有自主知识产权的过程控制产品，掌握核心技术，降低成本。
    （2）针对目前.环境与污染源监测的要求，开发国产的仪器、仪表及自动监测系统，适应各种水质情况。加强仪器、仪表行业的系统集成能力，进一步拓展仪器仪表的应用领域。
    （3）利用太阳能这一绿色能源，开发出更多的自控产品，目前应用最多的是太阳能电池，如何将此产品的储能量更大、体积更小、应用更广泛是今后有待研究的。

—— 源自：《自动化博览》