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德国废水管理4.0|污水处理用泵的五大趋势

来源:威乐
泵友圈法律顾问
北京市京师律师事务所 王璠律师/公司法律顾问

所谓来自于未来的挑战,其实早已通过严苛的条件和环境形式来到现今污水泵站的规划和运营中,这就使得废水处理系统从规划到运行,从运行到维护,以及完整的系统生命周期管理成为一项要求越来越高的艰巨任务。


| 编译:李伟   肖伦   戴娜丹


严峻的四大挑战(污水水质、极端天气、兼容性和专业人士短缺)要求当今的废水管理需要有全新的解决方案来做应对。其实这些挑战本身并不是什么新鲜事,然而它们快速的发展速度却引起了人们越来越高的关注。因此我们现在应更详细地研究这些问题,并通过更加智能互联的水泵技术做出应对。


污水水质:污水中的固体含量不断增加。我们尚不知道其背后的真正原因,但目前我们还无法对纤维残留物进行有效分离。例如,由于湿纸巾使用量的增加和大量无纺布被直接扔进马桶中,以及由于节水措施而相应降低的水流量,都可能使污水输送流速变慢、水质更复杂,处理难度也随之加大。在整个欧洲,每年有超过38万吨的湿纸巾丢弃方式不当,尤其是许多老旧的废水处理系统即将达到极限,在此环境下水泵的故障和失效无法避免。这就直接导致了维护成本的升高、系统能效降低、水泵产品故障频发直至系统最终的崩溃。


极端天气:以前从未遇到过的极端天气状况也会对废水管理带来全新的挑战,目前废水处理系统的通用设计并不足以应对这一问题。这包括长时间的干旱期,在此期间,可用于输送的水流太少;同时也会遭遇到暴雨期,突然出现的暴雨也需要能够被可靠地转运和泵送。比如在德国北莱茵-威斯特法伦州,州政府提到自1950年以来强降雨事件的发生频次正在不断增加,由于降水数据的高波动性特征,这种情况并没有被归类为重大威胁。尽管如此,在2016年的“Konzept Starkregen”(“强降雨概念”)中,相关部门均认为此类事件实际上正在日益加剧:“根据我们对现今至2050年的气候预测,这种趋势在未来可能会愈演愈烈。”


兼容性:一些污水泵站已经存在并运行了超过百年。在如此长的运行期间,各种技术和系统部件都经历了扩建、升级改造或维修更换的过程,多种系统或部件被安装并连接在了一起。单个部件通常每五到十五年需要更换一次,这取决于它们的用途以及实际运行情况。由于现今新品开发周期的缩短,新的技术总是不断地进入泵站的系统之中。因此,大量不同的技术及产品标准并存,并随着时间的推移而不断发展。这常常使得将新的解决方案有效集成于其中成为一项复杂的挑战。


专业人士短缺:废水处理系统的操作以及维护、维修方面的专业要求在不断升高,可由于专业人士的短缺直接导致了这些任务和可靠的维护计划及更有效的预防流程创建都无法得到充分的执行,且这种情况今后可能会变得更糟。德国工商协会在其《2019年劳动力市场报告》中指出,49%的受访污水管理公司正遭遇技术工人短缺的问题,它们无法找到合适的员工,而其中71%的公司认为,专业人士短缺的原因是缺乏应聘者。根据针对雇主的调查显示,造成这种情况的原因是应聘者的专业资格不够,或其对工资的要求过高,或者工作所在地对他们没有足够的吸引力。


上述的问题和环境条件无法得到自行解决,而这也将影响到污水管理的现状和未来。这就是为什么我们迫切需要新的解决方案的原因所在。下面,就让我们从水泵的技术发展趋势来尝试找出“致胜之匙”。


“废水管理4.0”衍生出的多种解决方案,可根据以下五种趋势来进行定义。





趋势一


新增需求:更多的电子设备及传感装置,更高的自动化水平


“废水管理4.0”通过新的智能传感器技术展现出它的巨大潜力。到2022年,全球连接到物联网的传感器和设备的总数预计将增加到500亿个以上。如今各个领域都希望记录、分析和实现更多、更精确的控制,现在的水泵产品对于泄漏、震动以及轴承和绕组温度等数据,都可以做到有效的监控。可提供状态实时数据的水泵将有助于降低人员的工作量和水泵的生命周期成本。这包括提高能效、降低磨损、减少维护要求和缩短因维修导致的停泵时间。根据威乐集团的客户调查显示,复杂和易受影响的电子设备及系统是水务管理运营商正面临的主要问题之一。监控系统运行的可靠性至关重要,这还包括防止网络黑客攻击的安全性问题。



基于需求的有效控制


根据德国联邦统计局数据显示,2016年德国产生的污水量超过96亿立方米,且这一数字仍呈上升趋势,安全处置对密集的泵站网络至关重要。即使是小型水务公司也有许多泵站要进行管理,这些泵站必须根据各自的规格和要求进行设计。仅凭借先进的传感器技术,现在就可以对泵站运行进行实时记录和管控。例如,传感器及云技术可以更彻底地分析污水处理厂的水质,以及精确地控制哪些药剂必须添加到水中,或者添加多少药剂才能达到预期的目标水质。


配置了Nexos 智能系统的Wilo-Rexa SOLID-Q,可实现简单直观的水泵控制


在控制领域,水泵正在不断进行信息化和自动化的升级,可自动调节转速的水泵已经应运而生。如配备了Nexos智能方案的Wilo-Rexa SOLID-Q水泵,可以根据系统运行情况而自动调整到适合的最佳转速。由于水泵是系统中的能耗大户,这也就意味着水泵的升级可以带来显著的节能。这样无论是大雨或者干旱,水量都可以得到更有效的处理,且相应的能耗也显著降低。


因此,电子智能技术与传统的机械设备相结合,将是行业发展的明显趋势。





趋势二


设备的高集成性让操作变得简单


更多的传感器技术为提高系统效率铺平了道路,同时其劣势也显而易见,系统将相应地需要集成更多的组件,包括电子设备及布线。现在对于控制柜中的每个传感器,仍然需要以传统的方式进行单独布线,这也就造成了监控系统复杂性的大大增加。


以太网连接,不再被杂乱的线缆所扰


不难想象业界对监控系统的简化有着强烈的需求。我们试想一下,如果所有的传感器都能用一根电缆有效连接起来,那会有多好?这就是威乐正在走的道路:威乐水泵中集成的以太网接口,可有效输出水泵的所有信息,使当前传感器技术的全部潜力得以充分利用,同时大大减少了安装工作量。由于接口的标准化,水泵可以直接与现有的网络实现连接。


一个具体的应用示例是配置了Nexos智能系统的Wilo-Rexa SOLID-Q水泵产品。该泵通过以太网接口来集中传输所有传感器的数据和水泵信息,大大提升了泵的监测效率。同时水泵内部集成了控制功能,因此泵站不再需要单独的控制模块。在系统主/备用的配置中,还可以实现一个泵站的整体控制(最多四台水泵)。





趋势三


连接性和兼容性


尽管水泵本身可实现智能化,但创建一个稳定运行的整体系统也同样需要智能连接,目前,废水处理运营商要求的正是这样的完整解决方案。尽量避免“孤立的解决方案”,这需通过不断开放接口标准用以满足用户需求。很长一段时间以来,威乐一直在与制造商合作,使各个系统组件有效连接到一起,因为这样它们就可以成为整体智能系统的一部分。目前的障碍在于:不同制造商的系统需要结合不同的连接标准,这只能通过开放接口来予以有效解决。


远程监控代替现场使用


通过更具兼容性的技术和方案,水泵的运行信息可以传输到客户现有系统中。操作员可以有效连接到Wilo-Rexa SOLID-Q这样的水泵产品并检索所有的相关信息。通过这种方式,监测系统提供了有关水泵的振动、冲洗周期和清洁频率等数据。而水泵的故障也以信息形式主动显示,并带有相应的说明,必要时还可以远程重置,这样可以节约大量的时间和操作成本。鉴于技术工人短缺这一现状,远程监控技术在经济上是一项非常可行的投资。同时,配置Nexos 智能技术的Wilo-Rexa SOLID-Q水泵可以有效防止未经授权的系统访问。


采用Nexos智能技术的Wilo-Rexa SOLID-Q水泵


通过集成了网络服务器的Wilo-DDI系统,可以方便地对水泵进行操作和监控,节省资源,甚至可以实现远距离操控。根据威乐集团进行的客户调研,数据安全、系统敏感度和易操作性、及时关闭功能、远程控制和控制设备的可移动性等问题都是行业客户最为关切的。这些问题可以通过灵活的连接方案来解决,客户可以决定是否将水泵连接到现有的接口。根据自身的安全要求,系统也可以在现场就地手动操作。采用标准化协议进行连接,将水泵便捷地嵌入现有结构(VPN或云系统)。为了安全考虑,基于云的系统是以这样一种方式构建的,即通信与控制是分开的——在您访问水泵的控制功能之前,您必须通过一个网关。





趋势四


集中式与分散式智能污水管网


目前,有两种相反的趋势:一方面,许多中小型污水处理厂被关闭,取而代之的是可以提供更大处理能力的大型污水处理厂。与此同时,自给自足的小型污水处理设备正越来越多地投入使用,其规模从建筑到小型片区。尤其是连接到所谓“智能污水管网”的能力发挥着重要作用,因为许多小系统必须连接在一起才能形成大系统,这使得具有开放接口和高兼容性的系统及组件成为经得起未来考验的基础。威乐为行业提供了易于集成的解决方案,并已为行业中出现的新需求做好了准备。可以说,像采用Nexos智能技术的Wilo-Rexa SOLID-Q水泵,已经为智能污水管网好了准备,也就是为网络化的未来做好了准备。





趋势五


预测性废水管理


数据的采集也可以在水务管理领域的许多方面得到应用。这些数据可用于预测性维护和维修,例如,通过水泵的噪音信号来判断水泵的工作状况。这里的系统数据包括日志数据和传感器数据。毕马威公司进行的调查数据显示,系统数据对公司的决策过程有86%的影响。有了适当的传感器技术,智能网络不仅可以检测和评估水泵的实际运行情况,甚至可以对污水泵站进行预测性操作。这不仅仅包括预测性维护,即:智能预测备品备件、维护措施、清洁工作等的到期时间,同时也包括启动适当的应急措施。


根据天气预报来调整泵房的容积


展望未来,智能技术也有助于预测极端天气条件下的泵站管理。例如,通过雨水泵站与天气数据的联动,水泵可以接收到大雨预警信息,并采取相应的应急措施来降低降雨的影响。这样可以在降水到来前,水泵就启动进行排空,以预留出泵房和管网的调蓄空间迎战大雨。在此过程中,一个最重要的先决条件就是智能互联的水泵系统技术,而位于德国柏林的KURAS项目非常值得我们借鉴。



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