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竹东水资源回收中心导入工研院智能水务方案

紧邻新竹头前溪的竹东水资源回收中心,因为地处自来水水质水量保护区内,对排放水的标准又比一般水资源回收中心更为严苛。

工研院(技术转移予研华子公司环研物联)与新竹县政府合作进行水资源回收中心智能水务操作验证,根据污水量和水质状况,弹性调整设备的运转量能,不只让水质净化效率最大化,还能搜集与汇整现场相关数据,作为未来发展更多数据化、智能化管理应用的基础。

水是生活中相当重要的元素,除了睡觉时间以外,人们几乎无时无刻都在用水,而这些用过的民生污水如果直接排放到溪流或河川中,势必会造成环境污染,所以政府在各地广设水资源回收中心,负责分解民生污水中的污染物质,再排放到溪水中。

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管理仪表板不只显示重要参数,还能设定警戒值,若超出警戒值就会用声音或讯息的方式发出警示,提醒操作人员注意。更重要的是,所有历史数据都能完整保留下来,日后若要查询、检讨决策或进行数据分析都相当方便。

其中,紧邻新竹头前溪的水资源回收中心,因为地处自来水水质水量保护区内,对排放水的标准又比一般水资源回收中心更为严苛,每公升的氨氮浓度不得超过10 ppm、总氮在15 ppm、总磷则是2 ppm以内,为了有效管控排放水的水质标准,水资源回收中心在工研院的协助下,于2018年导入智能水务操作系统,根据污水量和水质状况,弹性调整设备的运转量能,不只让水质净化效率最大化,还能搜集与汇整现场相关数据,作为未来发展更多智能化管理应用的基础。

从自动化走向智能化,第一步是确保数据搜集准确性

负责开发该技术的罗英维(工研院资深研究员),目前用来净化水质的方式有很多种,水资源回收中心使用的是A2O生物处理系统,该系统包含厌氧、缺氧及好氧生物反应槽三个阶段,污水依序经过这三个池槽的处理、符合排放水标准后,才能排入溪中。

而在污水净化处理过程中,水资源回收中心的操作人员必须随时观察安装在三个池槽中水质监控传感器的数据,并根据数据决定要下一步要如何操作,例如:调整鼓风机曝气量、污泥回流量、内部硝化液回流量、活性污泥浓度及废弃污泥等。

该厂之前的做法经常出现两个问题,第一是数据准确性,水质监控传感器安装在池槽中,操作人员维护、保养及校正相当不方便,间接影响相关作业的执行频率,导致传感器所收集到的数据准确度有待商确。第二是造成操作人员很大的精神压力,必须时时刻刻紧盯著监控屏幕,再决定何时要改变系统控制参数、及该如何改变操作参数。

因此,在协助水资源回收中心转型智能化管理过程中,第一步做的是设置离槽式监测设备,并将传感器安装在离槽式监测设备上,藉此搜集三个池槽的实时数据,由于离槽式监测方便操作人员清洗维护水质分析仪器,提高数据准确性和可靠度,以利于实时掌握水处理过程中的各项生化反应,再经过智能化软件运算得到最佳控制参数,并将参数回传到三个池槽的控制盘PLC,透过变频器对机械设备进行智能化控制。

智能化三大效益:数据搜集准确度、提升效率及降低能源成本

同时,在现场PLC电盘内安装研华无线远程智能采集终端设备ADAM-3600,从PLC撷取污水处理水质及设备操作状态的实时数据,并传送至WebAccess,再透过WISE-PaaS工业物联网云平台转化成管理仪表板(Dashboard),将数据用图象化、可视化的方式呈现出来,管理阶层就能快速做出判断与决策。

张力夫(环研物联;市场开发经理)指出,管理仪表板不只显示重要参数,还能设定警戒值,若超出警戒值就会用声音或讯息的方式发出警示,提醒操作人员注意。更重要的是,所有历史数据都能完整保留下来,日后若要查询、检讨决策或进行数据分析都相当方便。

整体而言,在导入智能水务操作方案后,竹东水资源处理中心所排放的水质更为稳定,且因为由数据决定设备运转量能,不仅可以优化操作程序,还能避免操作不足或过当的情况发生,提升处理效率及减少不必要的能源浪费,导入智能化控制后,减少曝气能源使用达30%及回流泵能源使用达20%,长期操作下来,将可节省庞大的能源开支,也能相对减少碳排放量,实践对环境友善的责任。

更重要的是,可以藉此建立产业数据搜集的典范。过往水处理产业的数据搜集流程其实很凌乱,数据容易失误和失真,而且没有系统化,管理者只能从Excel表格去查找数据,相当不方便。如今透过系统自动化搜集,可以很真实且实时地记载数据,及每一个时间点的设备操作状态,不只提高数据完整性,更降低水质异排放的风险。

与研华携手,从市场教育走向抢攻绿色商机

张力夫认为,水处理由自动化走向智能化,是一个很新的领域,世界各地几乎都还在教育市场的阶段,环研物联为此也相当努力,希望让操作人员了解,导入IT不是要取代既有的OT和人力,而是为了辅助OT、使其进行得更顺畅。而在教育市场过程中,如果有一个具口碑、知名度高且产品质量稳定的合作伙伴,可以加快及加大市场接受的力道。

综观目前IoT市场,研华无论从企业精神、市场规模、物联网发展策略等面向来看,都是很好的合作对象,因此2017年,工研院便已经开始与研华进行技术合作,如今研华与工研院更进一步合作成立环研物联,为的就是将研华IoT技术与工研院水处理技术结合为系统化服务,加速推动水处理服务智能化的发展。

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