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竹東水資源回收中心導入工研院智慧水務方案

緊鄰新竹頭前溪的竹東水資源回收中心,因為地處自來水水質水量保護區內,對排放水的標準又比一般水資源回收中心更為嚴苛。

工研院(技術轉移予研華子公司環研物聯)與新竹縣政府合作進行水資源回收中心智慧水務操作驗證,根據污水量和水質狀況,彈性調整設備的運轉量能,不只讓水質淨化效率最大化,還能蒐集與彙整現場相關數據,作為未來發展更多數據化、智慧化管理應用的基礎。

水是生活中相當重要的元素,除了睡覺時間以外,人們幾乎無時無刻都在用水,而這些用過的民生污水如果直接排放到溪流或河川中,勢必會造成環境污染,所以政府在各地廣設水資源回收中心,負責分解民生污水中的污染物質,再排放到溪水中。

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管理儀表板不只顯示重要參數,還能設定警戒值,若超出警戒值就會用聲音或訊息的方式發出警示,提醒操作人員注意。更重要的是,所有歷史數據都能完整保留下來,日後若要查詢、檢討決策或進行數據分析都相當方便。

其中,緊鄰新竹頭前溪的水資源回收中心,因為地處自來水水質水量保護區內,對排放水的標準又比一般水資源回收中心更為嚴苛,每公升的氨氮濃度不得超過10 ppm、總氮在15 ppm、總磷則是2 ppm以內,為了有效管控排放水的水質標準,水資源回收中心在工研院的協助下,於2018年導入智慧水務操作系統,根據污水量和水質狀況,彈性調整設備的運轉量能,不只讓水質淨化效率最大化,還能蒐集與彙整現場相關數據,作為未來發展更多智慧化管理應用的基礎。

從自動化走向智慧化,第一步是確保數據蒐集準確性

負責開發該技術的羅英維(工研院資深研究員),目前用來淨化水質的方式有很多種,水資源回收中心使用的是A2O生物處理系統,該系統包含厭氧、缺氧及好氧生物反應槽三個階段,污水依序經過這三個池槽的處理、符合排放水標準後,才能排入溪中。

而在污水淨化處理過程中,水資源回收中心的操作人員必須隨時觀察安裝在三個池槽中水質監控感測器的數據,並根據數據決定要下一步要如何操作,例如:調整鼓風機曝氣量、污泥迴流量、內部硝化液迴流量、活性污泥濃度及廢棄污泥等。

該廠之前的做法經常出現兩個問題,第一是數據準確性,水質監控感測器安裝在池槽中,操作人員維護、保養及校正相當不方便,間接影響相關作業的執行頻率,導致感測器所收集到的數據準確度有待商確。第二是造成操作人員很大的精神壓力,必須時時刻刻緊盯著監控螢幕,再決定何時要改變系統控制參數、及該如何改變操作參數。

因此,在協助水資源回收中心轉型智慧化管理過程中,第一步做的是設置離槽式監測設備,並將感測器安裝在離槽式監測設備上,藉此蒐集三個池槽的即時數據,由於離槽式監測方便操作人員清洗維護水質分析儀器,提高數據準確性和可靠度,以利於即時掌握水處理過程中的各項生化反應,再經過智能化軟體運算得到最佳控制參數,並將參數回傳到三個池槽的控制盤PLC,透過變頻器對機械設備進行智能化控制。

智能化三大效益:數據蒐集準確度、提升效率及降低能源成本

同時,在現場PLC電盤內安裝研華無線遠程智能採集終端設備ADAM-3600,從PLC擷取污水處理水質及設備操作狀態的即時數據,並傳送至WebAccess,再透過WISE-PaaS工業物聯網雲平台轉化成管理儀表板(Dashboard),將數據用圖像化、可視化的方式呈現出來,管理階層就能快速做出判斷與決策。

張力夫(環研物聯;市場開發經理)指出,管理儀表板不只顯示重要參數,還能設定警戒值,若超出警戒值就會用聲音或訊息的方式發出警示,提醒操作人員注意。更重要的是,所有歷史數據都能完整保留下來,日後若要查詢、檢討決策或進行數據分析都相當方便。

整體而言,在導入智慧水務操作方案後,竹東水資源處理中心所排放的水質更為穩定,且因為由數據決定設備運轉量能,不僅可以優化操作程序,還能避免操作不足或過當的情況發生,提升處理效率及減少不必要的能源浪費,導入智能化控制後,減少曝氣能源使用達30%及迴流泵能源使用達20%,長期操作下來,將可節省龐大的能源開支,也能相對減少碳排放量,實踐對環境友善的責任。

更重要的是,可以藉此建立產業數據蒐集的典範。過往水處理產業的數據蒐集流程其實很凌亂,數據容易失誤和失真,而且沒有系統化,管理者只能從Excel表格去搜尋數據,相當不方便。如今透過系統自動化蒐集,可以很真實且即時地記載數據,及每一個時間點的設備操作狀態,不只提高數據完整性,更降低水質異排放的風險。

與研華攜手,從市場教育走向搶攻綠色商機

張力夫認為,水處理由自動化走向智慧化,是一個很新的領域,世界各地幾乎都還在教育市場的階段,環研物聯為此也相當努力,希望讓操作人員瞭解,導入IT不是要取代既有的OT和人力,而是為了輔助OT、使其進行得更順暢。而在教育市場過程中,如果有一個具口碑、知名度高且產品品質穩定的合作夥伴,可以加快及加大市場接受的力道。

綜觀目前IoT市場,研華無論從企業精神、市場規模、物聯網發展策略等面向來看,都是很好的合作對象,因此2017年,工研院便已經開始與研華進行技術合作,如今研華與工研院更進一步合作成立環研物聯,為的就是將研華IoT技術與工研院水處理技術結合為系統化服務,加速推動水處理服務智能化的發展。

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