1.1 起源

“智慧水網(wǎng)”來(lái)源于“智慧城市”，起源于市政公用領(lǐng)域?！爸腔鬯W(wǎng)”通過(guò)信息化、自動(dòng)化和智能化將海量水務(wù)信息進(jìn)行及時(shí)分析與處理，并做出相應(yīng)的處理結(jié)果輔助決策建議，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理水務(wù)系統(tǒng)的整個(gè)生產(chǎn)和服務(wù)流程，從而達(dá)到“智慧”的狀態(tài)。

工業(yè)是用水大戶，水資源對(duì)于工業(yè)企業(yè)有著極其重要的意義，同時(shí)水資源缺乏和水環(huán)境保護(hù)也成為限制工業(yè)企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。工業(yè)水系統(tǒng)作為重要的生產(chǎn)輔助設(shè)施，不僅要能更好地為主工藝服務(wù)，滿足生產(chǎn)要求，同時(shí)其自身也要追求高效、節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保。工業(yè)水系統(tǒng)會(huì)朝著更為精細(xì)化、高度自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。由城市“智慧水網(wǎng)”的理念結(jié)合工業(yè)轉(zhuǎn)型、智能制造、產(chǎn)業(yè)升級(jí)的需求提出了“工業(yè)智慧水網(wǎng)”。

1.2 定義

“工業(yè)智慧水網(wǎng)”是基于互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的新型工業(yè)水務(wù)生產(chǎn)管理系統(tǒng)。它是運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)把工廠內(nèi)的所有工業(yè)水用戶、廢水排放設(shè)施、各種給水設(shè)施、排水設(shè)施、循環(huán)水設(shè)施、水處理設(shè)施以及各種管網(wǎng)系統(tǒng)的智能化控制傳感器、自動(dòng)化控制設(shè)備和閥門連接起來(lái)，真正實(shí)現(xiàn)資源高效利用、按需供水、節(jié)能減排。“工業(yè)智慧水網(wǎng)”的核心思想便是從供給側(cè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)水務(wù)系統(tǒng)的改進(jìn)和創(chuàng)新。

1.3 組成

“工業(yè)智慧水網(wǎng)”以現(xiàn)代化通訊技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)為手段，以互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，以軟件模型為載體，基于生產(chǎn)大數(shù)據(jù)，貫穿工業(yè)水系統(tǒng)整個(gè)流程，結(jié)合給排水技術(shù)和水處理技術(shù)，以能量平衡、水量平衡、水質(zhì)平衡為核心，服務(wù)生產(chǎn)用戶。

“工業(yè)智慧水網(wǎng)”由硬件、軟件以及使用者組成。硬件包括了各種給排水和水處理設(shè)施、設(shè)備以及通訊設(shè)備、控制設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)設(shè)施等;軟件包括了各種控制系統(tǒng)、水務(wù)模型等;使用者指的是工業(yè)企業(yè)從事工業(yè)水系統(tǒng)管理的各級(jí)人員。

2 “工業(yè)智慧水網(wǎng)”的功能

“工業(yè)智慧水網(wǎng)”將從根本上改變我國(guó)以往傳統(tǒng)的粗放型工業(yè)用水模式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)高效的新型水務(wù)管理模式。“工業(yè)智慧水網(wǎng)”的主要功能：(1)全廠水的資源化;(2)智慧環(huán)保;(3)數(shù)字節(jié)能;(4)精細(xì)化、智能化供水。

2.1 信息化實(shí)現(xiàn)全廠水的資源化

工業(yè)企業(yè)內(nèi)部的生活水、工業(yè)水、軟水、純水、循環(huán)水、生活污水、各種生產(chǎn)廢水(包括處理前和處理后的廢水)、雨水都是寶貴的資源，“工業(yè)智慧水網(wǎng)”要通過(guò)信息化將整個(gè)工廠水統(tǒng)一管理，根據(jù)各類水資源特點(diǎn)和用戶需求進(jìn)行調(diào)節(jié)與分配，真正實(shí)現(xiàn)全廠水的資源化，這也是工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排的基礎(chǔ)。

當(dāng)前，“海綿城市”的概念非常流行，由“海綿城市”提出“海綿工廠”的概念。“海綿工廠”是指工廠能夠像海綿一樣，主動(dòng)適應(yīng)外部生產(chǎn)條件的變化，靈活地吸納某工序的廢棄物，將其適當(dāng)處理后作為新的生產(chǎn)資料在需要時(shí)向其他工序供應(yīng)?！肮I(yè)智慧水網(wǎng)”將成為未來(lái)“海綿工廠”的重要組成部分，它使工業(yè)水系統(tǒng)也具備象海綿一樣的特征，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間向需要的用戶提供適合的水源，收集、儲(chǔ)存、處理其排出的水資源。

2.2 全流程水污染管控實(shí)現(xiàn)智慧環(huán)保

目前的水污染治理往往都是末端治理，一般是等污染產(chǎn)生后再用相應(yīng)的工藝和設(shè)備去治理污染。這種末端治理模式不僅導(dǎo)致了環(huán)保的高成本，也使得污染控制和治理工作的難度加大，同時(shí)增加了工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中造成環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。

在“工業(yè)智慧水網(wǎng)”的協(xié)助下，整個(gè)工業(yè)水流程將被管理，水污染源將被監(jiān)控，污染的過(guò)程將被監(jiān)督，污染治理就可以更加緊密地與制造污染、污染擴(kuò)散、污染物輸送的環(huán)節(jié)結(jié)合，并幫助工業(yè)企業(yè)從源頭減少污染、控制污染。

在全流程水污染控制的基礎(chǔ)上，再結(jié)合全廠水資源的統(tǒng)一管理、調(diào)節(jié)與分配，還可以優(yōu)化、簡(jiǎn)化工廠內(nèi)部各水處理系統(tǒng)的工藝和流程。水處理的工藝越簡(jiǎn)單，流程越簡(jiǎn)單，目標(biāo)污染物越明確，治理污染的效率就越高?！肮I(yè)智慧水網(wǎng)”將直接幫助企業(yè)控制污染，減少?gòu)U水最終的處理量和排放量，減少環(huán)保成本，減輕環(huán)保壓力。

2.3 全流程水系統(tǒng)能耗管控實(shí)現(xiàn)數(shù)字節(jié)能

新水系統(tǒng)、軟水系統(tǒng)、純水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、回用水系統(tǒng)以及各種生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)有大量的能耗。能耗通常由以下幾部分組成：水量能耗、水壓能耗、熱量能耗、水質(zhì)能耗等。“工業(yè)智慧水網(wǎng)”可通過(guò)各水系統(tǒng)的全流程的能耗監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，對(duì)各個(gè)能耗環(huán)節(jié)的各種能耗進(jìn)行分析，從整體能量平衡角度出發(fā)，優(yōu)化水的流程，最終實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)綜合能耗的最小化。“工業(yè)智慧水網(wǎng)”將直接幫助企業(yè)減少水系統(tǒng)運(yùn)行能耗，降低生產(chǎn)成本。

2.4 精細(xì)化、智能化供水，保障生產(chǎn)

在工業(yè)企業(yè)內(nèi)，水作為重要的生產(chǎn)資源，其最重要的功能是服務(wù)于主工藝生產(chǎn)。隨著生產(chǎn)主工藝的改進(jìn)、技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于供水提出了更多、更嚴(yán)格的要求，比如供水和排水的水量、水質(zhì)、水溫、水壓、時(shí)間都要隨著主工藝的要求而變化，這就使得工業(yè)供水和排水系統(tǒng)必須走精細(xì)化、智能化的道路，只有這樣，才能更好地滿足生產(chǎn)要求。“工業(yè)智慧水網(wǎng)”就是要從供給側(cè)動(dòng)態(tài)滿足工業(yè)企業(yè)對(duì)水的需求。

3 “工業(yè)智慧水網(wǎng)”的具體構(gòu)架

3.1 構(gòu)架工業(yè)企業(yè)水資源基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

構(gòu)架工業(yè)企業(yè)水資源基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是建設(shè)“工業(yè)智慧水網(wǎng)”的基礎(chǔ)，其具體步驟：水資源和用戶信息化→水網(wǎng)和用戶分級(jí)→水資源分配→水資源調(diào)節(jié)。

3.1.1 水資源和用戶信息化

“工業(yè)智慧水網(wǎng)”首先將全廠各種水質(zhì)的水源、所有的用戶以及各種管網(wǎng)均納入水資源網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，做好信息化工作。具體如下：

(1)做好工業(yè)用水信息化工作，包括確定用戶的地理位置、用水時(shí)間、用水水量、水質(zhì)、用水制度等。

(2)做好工業(yè)廢水信息化工作，包括確定各生產(chǎn)區(qū)域、各工序段、各生產(chǎn)線所產(chǎn)生的廢水排放地理位置、排放時(shí)間、廢水水量、水質(zhì)、排水制度、污染特點(diǎn)等。

(3)做好不同種類工業(yè)水管網(wǎng)信息化工作，包括確定各種給水、排水、各級(jí)中水回用管網(wǎng)的管網(wǎng)布置、管徑、標(biāo)高以及切換閥門等。

3.1.2 水網(wǎng)和用戶分級(jí)

“工業(yè)智慧水網(wǎng)”要對(duì)用戶按其水質(zhì)需求進(jìn)行分級(jí)，對(duì)供水水質(zhì)要求高的位于水網(wǎng)的高級(jí)，對(duì)供水水質(zhì)要求低的位于水網(wǎng)的低級(jí)。

“工業(yè)智慧水網(wǎng)”要對(duì)各種水質(zhì)的水網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行分級(jí)，水質(zhì)較好的水網(wǎng)系統(tǒng)位于水網(wǎng)的高級(jí)，水質(zhì)較差的水網(wǎng)系統(tǒng)位于水網(wǎng)的低級(jí)。在水網(wǎng)分級(jí)時(shí)還須兼顧考慮水量的大小和供水的可靠性。

3.1.3 水資源分配

“工業(yè)智慧水網(wǎng)”實(shí)現(xiàn)水資源分配，具體就是對(duì)不同級(jí)別的管網(wǎng)和用戶進(jìn)行匹配。水資源的分配重點(diǎn)是結(jié)合用水戶、排水戶和管網(wǎng)信息，確定廢水分級(jí)和串級(jí)使用的路線，在確定主工藝路線時(shí)還要考慮備用路線。廢水分級(jí)和串級(jí)使用的前提是廢水必須有用戶。