付 興，杜樹新

（湖州師范學院，浙江 湖州 313000）

0 引 言

近年來，隨著地區(qū)經濟和社會發(fā)展越來越快，工業(yè)化和現代化進程也更加迅速，但是同時也帶來了許多環(huán)境問題，促使大量污水處理廠被不斷建設，包括生產污水處理廠和生活污水處理廠等。據資料顯示，截至2020 年，全國僅城市污水處理廠的數量已達到2 618 座[1]。污水處理站點不僅數量繁多，而且建設極為分散，造成了污水處理的信息不同步、不及時、決策難、高度依賴勞動力、運營效率和管理效率低下等問題。

隨著移動端技術和互聯網的發(fā)展，通過將污水處理與互聯網相結合，使污水處理過程信息化、智能化的方式越來越受青睞，成為實現污水處理智能化運行的熱點方式之一[2]。如中國市政工程華北設計研究總院研究了基于Internet 網絡平臺對污水處理廠工藝生產數據的采集、污水處理運行的生產監(jiān)控，解決了污水處理過程中各環(huán)節(jié)信息獲取延遲、廠站運營和管理流程復雜等問題[3]。雖然這在一定程度上實現了對污水處理的信息化，但PC 端操作地點的局限性、數據的滯后性也成為急需解決的問題。Baumann 等[4]研究開發(fā)了監(jiān)測供水系統(tǒng)氟化物濃度的APP，實現了在手機上隨時隨地對供水系統(tǒng)中的氟化物濃度進行監(jiān)測。

對污水處理流程進行實時觀測尤為重要，對于一些關鍵設備在發(fā)現問題時也需要進行及時的控制，以確保設備在安全的情況下運行，提高對廠站和人員的安全性保障。實現移動端的污水處理系統(tǒng)可以有效地解決這些問題，可以讓操作人員在網絡連接良好的環(huán)境中隨時隨地對工廠污水數據進行觀測和分析，實時地掌握污水處理進度，對污水處理過程進行全面掌控[5]。由于現在手機已經成為每個人隨身攜帶的電子產品，所以相比于PC 端平臺，移動端具有能夠隨時隨地進行監(jiān)測的優(yōu)勢?；诖耍疚牟捎胾ni-app 技術，結合云服務器、工業(yè)控制、后端開發(fā)等技術，設計出一套完整實用的掌上污水處理廠系統(tǒng)，實現對廠區(qū)污水處理的全方位、多角度、跨區(qū)域的管理。

1 總體方案

1.1 典型污水處理工藝

典型的污水處理工藝主要包括預處理、物理處理、生化處理、深度加工和其他工藝過程[6]。

預處理過程主要是通過格柵和沉砂池等去除和過濾污水中的石塊和砂石等，為處理污水做預先準備。物理處理主要是通過物理方式，將工業(yè)和生活污水中的不溶性懸浮污染物從水中分離出來。生化處理主要是使用AO 法[7]這一工藝處理污水，可有效清除污水有機污染物，如磷、氮等元素。深度加工是將殘余污染物從污水中去除，可以使用活性炭進行吸附、通過消毒等操作進行凈化[8]，從而避免因污水中存在雜質而不達標排放的問題。大致處理工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程

1.2 系統(tǒng)架構設計

掌上污水處理系統(tǒng)包括客戶端、服務器、傳輸模塊、PLC 和現場設備五部分?？蛻舳耸怯苫趗ni-app 開發(fā)的APP 組成，其面向污水廠站的操作人員和管理人員，用來從手機端對污水處理的各個工藝流程的數據和設備進行實時監(jiān)測和控制。服務器部分主要負責對數據進行存儲和分析，并通過接口進行數據獲取。PLC 負責將現場采集設備通過工業(yè)智能網關、交換機等傳輸設備組成的傳輸模塊進行數據通信，并統(tǒng)一上傳[9]?，F場設備部分主要由各類儀器儀表組成，如液位計、流量計等儀表[10]。系統(tǒng)總體架構如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構

2 總體實現

2.1 關鍵技術

（1）uni-app

在手機上實現掌上污水處理系統(tǒng)需要同時支持Android系統(tǒng)和iOS 系統(tǒng)；并且根據不同的廠站需求，還需要實現小程序端的開發(fā)。因此采用uni-app 技術，uni-app 是一款基于vue.js 開發(fā)的移動端框架，主要特點是可以進行混合開發(fā)，開發(fā)人員只需進行單次開發(fā)即可實現對Android 端、iOS 端和小程序端的適配，從而降低開發(fā)成本[11]。

（2）后端主動推送技術

要實現對數據的實時監(jiān)測，需要在界面上進行數據的實時更新，這就要求后端將廠站采集到的并上傳到服務器中的數據及時地進行主動推送，頁面才可以進行數據的更新，從而實現對數據的實時展示。

2.2 功能模塊

掌上污水處理系統(tǒng)主要包括設備管理模塊、運營數據模塊、數據監(jiān)測模塊和視頻監(jiān)控模塊等多個模塊。

（1）設備管理模塊

設備管理模塊的主要功能包括設備巡檢、設備維修、設備保養(yǎng)和設備報廢等。不同廠站的不同設備分別具有各自的獨有編號，將設備編號作為唯一主鍵存儲在數據庫中，并將設備編號生成二維碼。當巡檢人員進行巡檢操作時，無需輸入設備的編號，只需掃描設備的機身二維碼即可識別設備進行巡檢操作，避免了因輸入編號錯誤導致設備信息混亂。

巡檢生成的巡檢任務需要巡檢人員在手機端進行操作，巡檢人員登錄掌上污水處理系統(tǒng)獲取當前定位信息，上傳巡檢照片，用以完成巡檢任務。其中巡檢照片的上傳要求巡檢人員只能進行拍照上傳，不能從手機相冊進行上傳操作，避免了巡檢人員上傳相冊內舊照片的作弊操作。在超過當前周期的時間范圍內沒有按時完成的巡檢任務則會進入漏檢列表。掃描后會跳轉到設備詳情界面，操作人員可以填寫設備相應的信息上傳完成對設備的巡檢操作。設備維修、保養(yǎng)和報廢的操作與上述操作流程相似。巡檢人員的巡檢操作流程如圖3 所示。

圖3 巡檢操作流程

（2）運營數據模塊

運營數據模塊主要分為生產數據查詢和廠站報表查詢兩部分。

生產數據查詢部分的主要功能是對入庫、物料庫存調整單、產出品質量等數據進行查詢和錄入。

廠站報表查詢部分是將廠站中采集的各種數據，通過PLC 傳輸到服務器的數據庫中，包括CN-、Cr6+、TNi、TCu、TCr、TZn、pH、COD、氨氮和TP 等數據，并且保存相應的采集時間。用戶可以通過對廠站、數據和時間的選擇，生成相應的數據分析圖。數據分析圖的生成使用了Apache的 ECharts 圖形庫。

（3）數據監(jiān)測模塊

數據監(jiān)測模塊主要使用了后臺數據主動推送的技術，當PLC 采集到數據傳輸到后臺的服務器后，手機移動端APP 客戶端與服務器之間的通信都是基于TCP/IP 協議，以Socket 套接字接口方式來實現最常見的客戶/服務器模式。數據庫保存數據的同時實現了立即將新的數據推送給前端，前端在頁面進行數據的更新并顯示新的數據。如此便做到了對采集數據的及時傳輸，使得用戶能夠對污水處理過程中的各種數據進行實時監(jiān)測，對污水處理的進度有更及時確切的把握。

（4）視頻監(jiān)控模塊

視頻監(jiān)控模塊結合了?？低曁峁┑木C合安防管理平臺（iSecure Center）的SDK。在污水處理廠站的關鍵位置安裝攝像頭，在數據庫中錄入了各個監(jiān)控的位置信息和設備編號，將設備編號與攝像頭的位置相對應。手機端通過點擊廠站位置獲取相應的視頻流地址，視頻傳輸的主流協議有RTSP 和HLS 兩種。相比于RTSP 協議，HLS 協議官方建議是請求到3 個片之后才開始播放，延遲高、實時性差。因此，本系統(tǒng)的視頻傳輸主要采用RTSP 流格式的視頻地址，RTSP 可以是雙向發(fā)出請求的，更能保證監(jiān)控的流暢性。

3 系統(tǒng)的應用

掌上污水處理系統(tǒng)已在浙江杭州一污水處理廠正式投入使用。具體應用效果如下。

（1）用戶通過用戶名和密碼登錄系統(tǒng)首頁，可以直觀地看到系統(tǒng)的所有功能模塊，如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)首頁

（2）解決了數據滯后性的問題，實現對污水處理過程中數據的實時監(jiān)測，可以通過選擇廠站不同位置的設備查看設備的實時數據參數，同時也可以對污水的水質數據含量信息進行實時查詢和監(jiān)測。污水排放量實時監(jiān)測數據如圖5 所示。

圖5 實時監(jiān)測數據

（3）實現數據圖表化，可以將現有數據和歷史數據結合起來對工藝變量參數進行在線圖表分析。通過對這些數據的整理和篩選生成直觀的折線圖或柱狀圖。用戶可以根據廠站名稱、指標項、采樣點、采樣時間等字段進行范圍規(guī)范，生成水質采集圖、產出品同期對比圖、物料噸耗圖、物料成本圖、藥劑純度、藥劑單價圖和水質對比圖等，方便用戶對數據的統(tǒng)計與觀察。以水質對比圖為例，生成相應的對比圖如圖6 所示。

圖6 水質對比

系統(tǒng)也可以對藥劑單價進行圖形化展示，如石灰、次鈉、氧化劑、焦鈉、硫酸、鹽酸、硫化鈉、片堿、PAC 等藥劑。通過對廠站名稱、物料名稱和供貨廠家的選擇，將時間選擇控制在相應的時間段內，從而針對多個廠站的不同藥劑單價呈現出圖形化的比較，如圖7 所示，這對于控制藥劑成本可以起到重要作用。

圖7 藥劑單價

（4）實現了對廠站的實時監(jiān)控，根據廠站的不同地址可以進行實時監(jiān)控。用戶可以在手機上查看廠站各個區(qū)域的實況。當廠站設備出現問題或操作工人在現場操作錯誤，用戶能夠及時獲悉并采取相應的措施，如圖8 所示。

圖8 實況監(jiān)控

4 結 語

本文設計的掌上污水廠處理系統(tǒng)將移動端技術、互聯網技術與污水處理技術相結合，實現了可以兼容Android 系統(tǒng)、iOS 系統(tǒng)和小程序的手機端應用，將污水處理流程可視化，并且在手機上就能隨時隨地監(jiān)測污水的處理情況，在提高污水處理廠站運作安全性的同時也提高了工作效率。