生态修复技术的内涵外延及其应用

1、论河流生物生态修复技术的内涵、外延及其应用何谓“生物 - 生态修复”，它的内涵和外延应该如何确定，以及 不同技术措施的作用、效果和联系如何，等等。回答这些问题对推进 和实施河流生物 - 生态修复工作具有重要意义。1.1 河流生物修复生物系指有生命的物体。一般指动物、植物和微生物。有时 专指微生物，如生物制剂、 生物制品等等。污水生物处理和河流生物 修复中的“生物”，一般专指“微生物”，不包括“植物”和“动物” 广义的生物修复也包括“动物”和“植物”修复。生物修复是指利用微生物的生命代谢活动减少存于环境中 有毒有害物质的浓度或使其完全无害化， 使污染了的环境能部分或完 全恢复到原始状态的过程。它

2、包括：污染土壤的生物修复；污染 河流的生物修复； 污染湖泊的生物修复； 污染地下水的生物修复； 污染海洋的生物修复； 污染大气的生物修复； 固体废物污染的 生物修复等。河流生物修复是指用微生物或微生物菌群来降解河流水体 中的有机物或有毒有害物质，如COD BOD5有机氮或氨氮、石油类、 挥发酚等，或使这类物质变成无毒的、无害的，如二氧化碳、氮气或 水等，从而使河流水质得到改善，河流生态得到恢复或修复。生物修 复已成功应用于土壤、地下水、河道和近海洋面的污染治理。河流生物修复工程是指利用生物修复技术在河道内或河道 傍侧修建或实施的旨在改善河流水质、 治理河流污染的工程或非工程 的技术手段。它包括

3、：河道或水库内， 以及坝、 陂前的增氧曝气工程， 用于改善或处理河流水质的河流傍侧工程、 河流底部工程， 以及直接 向河道内投放特种、 高效菌种或利用特种、 高效菌种直接净化河流水 质的工程技术等。1.2 河流生态修复生态指生物在一定自然环境下生存和发展的状态， 也指生物 的生理特性和生活习性。 此概念下的“生物”，一般不包含“微生物”生态修复是指利用生态工程学或生态平衡、 物质循环的原理 和技术方法或手段，对受污染或受破坏、受胁迫环境下的生物（包括 生物群体，下同）生存和发展状态的改善、改良或恢复、重现。其中 包含对生物生存物理、化学环境的改善和对生物生存“邻里”、食物 链环境的改善等。河流

4、生态修复措施主要包含：工程措施。如：生态河道、生态 堤岸、人工湿地和人工产卵场、越冬场、育幼场、回游通道，以及河道内增氧曝气等等；生物措施。如：植物生态修复措施，动物生态 修复措施，生物增殖、放流技术等；综合措施。如：微生物修复与 植物、动物修复的结合，微生物修复与生态河道、生态堤岸的结合， 生态、生物修复与保育、管理措施的结合，河道内生态修复与河道外 湿地修复的结合，陆地水土保持、生态修复与河流生态修复的结合， 等等。1.3 河流生物修复与河流生态修复的异同目标和对象不同： 河流生物修复的对象是水质； 目标是改善河流 水生生物生存、生活和繁衍、发展的水质条件。河流生态修复的对象 是水生生物生

5、存和发展的整个环境，包括水量、水质、水位、流速、 水深、水温、水面宽度，涨水、落水时间，以及产卵场、越冬场、育 肥场、回游通道的修复或恢复等等； 目标是为水生生物或特有的生物 种群提供良好的生和发展环境。所采用的技术和手段不同： 生物修复的技术核心是微生物及微生 物使用和利用等。 生态修复的核心技术是生态工程学和生物、 生命科 学等。两者的共同点和不同点： 生态修复可以包含生物修复， 生物修复 可以是生态修复的一个部分或一项主要内容； 两者的共同点或共同目 标都是改善或改良生物的生存和发展环境。 不同点是： 生物修复是针 对水体污染的修复， 生态修复是针对水生生物及其生存环境的整体修 复。对于

6、污染严重，并有产卵场、育幼场、越冬场或回游通道损伤及 破坏的河流， 一般应首先采取生物修复技术恢复河流水质， 然后采取 生态修复措施恢复河流生物栖息地和回游通道等。1.4 河流生物修复工程与城镇污水处理厂的异同相同点和不同点： 河流生物修复是利用微生物净化污水的特点和 规律，对受污染水体（河流）进行净化处理的技术；城镇污水处理厂 是利用微生物净化污水的特点和规律， 对用管道收集到的社区污水进 行净化处理的技术。 城镇污水处理厂的出水可排入河流， 也可用作市 政回用、冲厕、 农灌等等；河流生物修复工程处理过的河水一般必须 重新流入河道。 两者的相同点是技术内涵完全一致， 不同点是工作对 象的来源

7、和工作成果的服务对象。由于污水处理厂工程和生物修复工程所处理或针对的水源不同 和处理后的水量所服务对象不同， 从而导致了污水处理厂工程与河流 生态修复工程在建设地点、规模、工艺流程、产品形态、表现形式等 诸多方面的差别。一般情况下，城市污水处理厂的进水污染物浓度高、 变化小，河流生物修复工程所针对的河水浓度相对较低、变幅很大； 在水量方面，河流生物修复工程面临的变化更大。因而，在工艺设计 中，一般要求河流生物修复工程具有更强的耐冲击能力和防堵塞能力 等。1.5 河流生物修复与河湖污染直接净化和“就地生物处理”的异同除了河流生物 - 生态修复之外，河湖污染直接净化、“就地生物 处理”等词语也经常

8、被有关专家推崇和一些学者 “炒作”。笔者认为： 河湖污染生物修复工程技术与河湖污染生物直接净化工程技术、 河湖 污染“就地生物处理” 工程技术，在内涵和外延方面没有明显的区别， 其实质都是利用生物处理技术就地治理河湖水质污染， 其表现形式也 是相互包含或完全一致的。1.6 河流生态修复与传统河流整治工程的异同河流生态修复工程的目标是： 修复或恢复受到污染、 破坏或工程 胁迫的水生生物的生存和繁衍的物理、 化学和水文环境， 及其“邻里”依存和食物链的关系。传统河流整治工程的目标是：防治洪水决堤、漫溢和确保人类社会、 经济和生命财产安全； 或者是保证河流的航运 能力等经济功能。 两者的直接目的和目

9、标虽然相差甚远， 但其工作的 对象却完全一致， 即都是将工程的措施作用于河流或河道。 因而两者 的设计和实施过程，必然会存在着诸多的不同、对立和矛盾。这种对 立和矛盾必须通过目标分析和不同学科人员之间的沟通、 协调和共同 努力进行解决。因为两者的最终目标都是为了人类自己。为此，从20世纪 70年代开始，发达国家科技界和工程界针对水 利工程对河流生态系统的负面影响， 开发研究了河流生态恢复的理论 和技术。从而， 确立了解决这种矛盾和对立的基本方法和规则。河流 生态工程在德国称为“河流生态自然工程”，日本称为“多自然型建 设工法”，美国称为“自然河道设计技术”。与之相应，一些发达国 家在河道整治工

10、程和堤防工程设计、 施工规范中增加了河流生态建设 的内容，或者颁布了专门的河流生态工程设计导则。 依据这些导则和 方法，河道水利工程在满足防洪、防灾和经济目标的同时，可以兼顾 河流生态修复和恢复需求。2 不同技术措施的适应性评价及其合理使用2.1 对受污染河流的适应性河流污染治理一般应从源头做起。但源头治理能力也是有限的以深圳河（含深圳湾，下同）的污染治理为例，截止 2003 年底，该 流域已建污水处理厂四座，设计污水处理能力为 142万m3/d，比当 年实际污水排放量 125 万 m3/d 高 1 6.6% 。然而，深圳河水质依然黑 臭，常年处于劣V类的状态。通过分析认为：污水截流不彻底和深

11、圳 河纳污能力过小是主要原因， 除此之外， 还有城市面源和部分城区尚 未截流等原因。 一般认为， 对于类似深圳市自然环境和社区经济布局 的城市，污水截流管网健全，城市污水截流率可以达到90%，最高很难超过 95%。深圳市河流枯水期的污水量远远大于径流水量，有10%的未截流污水，加上面源污染等因素，河流依然黑臭，应该是在情理 之中的。除此之外，还有城市污水管网收集不到的边缘村镇污水，以 及城市污水处理厂对氨氮、总氮、总磷的去处能力十分有限等，也是 需要实施河流污染生物 -生态修复的主要原因。河流污染生物 -生态修复与城市污水处理厂相比， 主要优点在于： 不需要占用城区土地或优质耕地； 不需要高于

12、城市污水厂投资数 倍的管道网络及其维护； 距城市居民区一般相对较远， 不扰民或者 较少扰民等。然而，河流污染生物 - 生态修复在治理污染方面，仅仅 是对城市污水处理厂的补充， 而不能代替城市污水处理厂。 因为大量、 高浓度城市污水采用污水处理厂治理比采用河流生物 - 生态修复治理 经济的多。在河流生物 - 生态修复措施中，对于污染相对严重的河流，使用 生物（微生物） 修复比生态修复工程措施要优越得多。在生物修复工 程中，河底工程和河道傍侧工程一般有微生物固定化的措施， 比采用 没有微生物固定化措施的河中曝气或直接投加微生物的效果好得多。 在使用的微生物菌种方面， 使用有针对性的高科技微生物菌种

13、， 比使 用自然微生物菌种的效果好得多。2.2 对富营养化水体的适应性湖泊、水库和河口、海湾、近海的富营养化，是人类社会的一个 难题。城市污水处理厂和河流生物修复的办法， 对有机污染物的治理 效果十分显著，但当有机物被氧化、分解和挥发、无害化之后，总是 仍有相当部分已经无机化的氮、 磷营养物质不能得到去除。 对于无机 磷污染物，采用化学的办法基本可以得到有效；对于无机氮污染物， 目前还没有比较好的处理方法。 这些营养物质进入湖泊、 水库、河口、 海湾、近海等缓流水体后， 在适宜的环境条件下，会使水体中某些藻 类或植物疯长，产生水华、 赤潮和富营养化，从而导致严重的生态灾 难和水生生物死亡，以及

14、造成湖泊水面萎缩、甚至消失等。氮、磷元素是植物生长必需的营养物质。因而，治理氮、磷最好 办法是植物生态处理或植物生态修复。 对于城市而言， 土地是制约植 物生态处理和修复的重要因素。充分利用河滩、湖滩、海滩、海湾及 其它湿地，以及荒地、林地、草地等治理氮、磷污染是重要的。对专门用于治理氮、磷污染的湿地而言，在海滩、海湾、河口和浅海，以 红树林和海带植物比较好；对陆域湿地，以芦苇、茭草、蒲草、茭白 等植物比较好。对河、湖、水库、海湾、海岸进行生态修复，必须满 足防洪、防潮和景观等要求。2.3 对水利工程胁迫的适应性水利工程对河流生态的胁迫主要表现在两方面： 一是河道、 航道 整治使自然河流渠道化

15、， 从而破坏水生生物的产卵场、 栖息地和河流 形态的多样化，以及减弱河流的自然净化能力和破坏岸边生态系统； 二是水坝建设使自然河流非连续化， 从而淹没生物产卵场、 栖息地和 阻断鱼类的回游通道， 以及降低河流的自然净化能力和破坏河流形态 的多样性等等。对此，可采用河道、河型多样化的生态修复措施，设 置人工产卵床，建设人工产卵场、栖息地和回游通道，以及人工放流 等措施缓解。水利工程对河流生态的胁迫主要是生物生境和生态条件 的改变，因而， 修复的措施以河流生态水工学和水生生物增殖、放流 措施为主。3 河流生物修复的技术类型及其应用3.1 河道底部生物处理修复工程以深圳市大沙河河底式生物处理工程为例

16、。该工程坐落在深圳市南山区大沙河大学城河段，设计污水处理能为4000m3/d，设计水流停留时间4.8h。采用的处理技术为日本“自然循环方式水处理系统技术”。该技术的创新特点是利用自然土壤和水田对污水净化的原理， 不使用任何化学药品，通过使用石头、木炭、塑料球以及经过特殊加 工的木炭（生物炭），作为净化过滤材料达到综合净化污水的目的。该工程的主要设施由6个单元组成，分别为污泥储存单元、水量 分流单元、接触沉淀单元、接触曝气单元 1、接触曝气单元2和出水 整理脱色脱臭单元等。通过这几个单元的组合，可以高度去除污水中 的BOD COD SS和LAS （阴离子界面活性物质），同时，也能有效 去除氨态氮

17、。处理效果见表1。表1裸圳大秒河自然循环方式污水河底处理工程监测成果（单位垃肛）项目PHCODBOD乗汎总氮总磷LAS石油类进水水质（吨皿7.0699149 1714.92.051 681.8出水水质6.3216213811?0.830.0730.24世表水HI梵£.9加410.20.20.05世表水¥类暂6-9401020.40.31注：表中数据为平均值 > 监测单位気深圳市环境监测站.3.2河道傍侧生物处理修复工程北京二道河傍侧生物处理与修复工程。 该工程坐落在北京市顺义 区首都机场附近，设计日处理污水量 1.7万m3/d，采用的处理技术 为固定化高效微生物一曝气

18、生物滤池（简称 I-BAF ）。该工程属实验 工程，仅有一个长100m宽6m有效水深5.5m的长条形曝气生物滤 池，有效池容3300m3停留时间4.7h。滤池内填装网状悬浮大孔载 体，载体高度3.2m。工程的前处理部分仅有一个格栅和一个用堆石 坝拦截污水形成的回水区，依次起到稳定取水和沉淀泥沙的目的。 处 理效果见表2。表2北京二道河技术污水就地处理水质监测成果（单位mg/L）顶目CODcr氨氮总氮LAS原水水质42714.2(516.444.78111出水质52.150.410皿0 021去除率E7.8刃293.96P.?9&.1注：表中数据为平均值，监测单位为国家环境分斬测试中心另

19、外，日本江户川支流坂川古崎净化场，韩国汉江支流良才川水 质净化厂等河道傍侧工程的处理效果也很好。3.3河道内曝气和高效微生物处理修复工程河道水体人工曝气复氧是一种有效的河流生物 -生态修复技术。20世纪60年代起，国外已有不少国家应用人工曝气复氧改善河流水 质和生态环境。如，德国的鲁尔河、莱茵河，英国的泰晤士河、特伦 物河，美国的福克斯河、佛博河及威斯康星河等，均有成功的工程范 例。在国内，上海环境科学研究院对苏州河水体进行了实验室研究， 结果表明，即使黑臭程度高的河水，在有氧条件下 20小时后臭味也 可基本去除，水体颜色明显改观，COD BOD浓度大幅下降。微生物作为河流生物修复技术的核心，

20、 国外的开发研究很多。 美 国、英国、加拿大、日本、巴西等国家，已有上百种商品化的微生物 制剂可供选用。根据实验结果，在处理特种废水方面，高效微生物比 普通微生物高几倍到十几倍， 而且还能够处理普通生物法不能处理的 废水。在城市污水方面，使用高效微生物除具有良好的 COD BOD5去 除效果外， 还具有良好的脱氮除鳞效果。 将高效微生物直接用于河流 水质修复，成本较高，容易造成流失和浪费，目前国内使用的不多。 但通过微生物固定化技术或生物滤池技术， 使用高效为生物的实例国 内已有许多。4 河流生态修复的技术类型及其应用4.1 山区河流的生态修复山区河流比降大、水流急，宽深比小，来沙量远远小于挟

21、沙量， 河床往往有大石块和不均匀的麻砂组成。 经过自然发育后， 往往形成 阶梯深潭结构的河道形态。 阶梯深潭结构稳定了河床， 从而稳定 了岸坡，在一定的温度和降雨条件下两岸有发育良好的植被， 河流底 栖动物密度比邻近的具有同样气候水文条件但不发育阶梯 - 深潭结构 的河流高出 1000 多倍，生物多样性指数也大得多。这是由于阶梯 - 深潭创造了多样性的生物栖息地的缘故。目前，德国、日本和我国的台湾等，都在模拟使用阶梯-深潭结构治理山区河流和修复河流生态（上图为典型的山区河流阶梯-深潭结构）4.2生态护岸工程生态护岸的目的在于为野生动物提供栖息地和隐蔽场所， 保障自 然环境和人居环境的和谐统一，

22、对河岸进行加固，防治河道淤积、侵 蚀和下切等。生态护岸材料主要有：石头、木材、多孔混凝土构件和 自然材质制成的柔性结构等等。在设计新材料护岸时，应确保水流作 用下的结构安全，选择能够适应河流长期演变的结构形式， 与河滩地 和丁坝组合在一起保护护岸稳定。（上图为美国某河流上的活木桩及植物纤维垫护岸效果）4.3湿地生态工程日本渡良濑蓄水池位于栃木县，是一座人工挖掘的平原水库，总 库容2640万m3水面面积4.5km2 ,水深6.5m左右。这座蓄水池平 时为茨城县等六县市64万人口供水，日供水量21.6万m3蓄水池 周围是渡良濑川的滞洪区，汛期时洪水由溢流堤流入蓄水池，此时蓄 水池用于调洪，提供调洪

23、库容1000万m3由于上游用水造成生活污水以及含氮、 磷的水流入，致使渡良濑 蓄水池出现霉臭等水质问题。自1993年起在蓄水池一侧滞洪洼地上 建人工湿地，将蓄水池的水引到具有芦苇荡的湿地内，通过吸附、沉 淀及吸收作用，去除水中的氮、磷及浮游植物，达到对水体进行自然 净化的目的。芦苇具有十分好的净化功能，污染物与其茎部接触产生 沉淀作用，芦苇的根部与茎部可吸收某些污染物。另外，附着在茎部 上的微生物可对污染物产生吸附分解作用。 小 I .4（上图为日本渡良濑蓄水池滞洪洼人工湿地）我国深圳市已建人工湿地生态修复与处理工程数座，对COD勺去 除率一般可达70%80%对氨氮的去除率一般可达 50%60

24、%每1m3/d 处理能力的占地面积大约为3m24.4人工产卵场、栖息地和回游通道工程过鱼设施的基本原理是利用鱼类的向流（逆流）行为，人工创造 更大的流速，将鱼诱入进口，让鱼类自行溯游过坝，或运用各种手段 运送过坝，主要有鱼道、鱼闸、升鱼机、集运鱼船等。人工模拟产卵场、栖息地是指在坝下附近的支流或人工渠道内， 模拟产卵场、栖息地要求的环境，让鱼类自行进入产卵场或栖息地（下 图为某河流上的鱼类洄游通道）。4.5人工增殖站和生物放流工程人工繁殖放流是指建立人工产卵场，收集和培育亲鱼，人工催青, 人工孵化育苗，培育鱼种， 将一定规格的幼鱼放入坝下河流，让其下 海生长。目前国内外都十分重视设置人工增殖站

25、，开展人工增殖、放 流工作，用于解决水坝对水生生物的阻隔。水库修建后，营养物质在库内富集，浮游生物迅速生长，如果不 能很好利用，将会自然死亡，恶性循环，从而造成富营养化和水质污 染等。按照生态平衡原理，合理投放食用不同浮游生物的鱼种进库， 进行生态修复，用产品的形式让富营养物质出库，既能清洁水库，又 能收获鱼产，可以做到一举两得。所有这些，都需要有生命科学和生 物、生态技术作为支撑。论述与分析城市污水处理厂自动化系统的结构形式0 前言近数十年来， 自动化技术的应用范围越来越广泛， 应用程度也更 加深入。自动化技术的普遍应用， 极大地把人类从繁杂的体力劳动和 不安全的工作环境中解放出来， 显著地

26、改善了人类的工作环境和提高 了人类的生活质量。不仅如此，自动化技术的应用，还明显地增强了 企业的竞争能力，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。随着计算机技术的快速发展和在各个领域的渗透， 使基于计算机 软硬件技术的自动化技术发展到了一个新的水平， 并展示出了强劲的 生命力和应用前景。 特别是信息时代的到来、 计算机网络技术的成熟 和迅速普及，给自动化技术提出了新的要求和展示了新的应用前景。 可以相信，基于计算机网络技术的自动控制技术将是今天和明天的应 用主流。在总体技术上与其他的西方国家相比， 中国的自动化技术领域是 一个起步较晚、 水平相对落后但发展较快的一个国家。 自动化技术在 我国的应

27、用， 已经产生了巨大的经济效益和社会效益。 为了进一步增 强国家的实力和与发达国家竞争， 我们还必须进一步加强自动化技术 的基础研究和深化应用程度。1 污水处理厂的项目建设总体原则污水处理厂顶上建设总体原则有如下几条：实用性。以解决现实问题为主，坚持为领导决策服务，又为经 营管理服务，为生产建设服务。先进性。采用成熟的技术， 兼顾未来的发展趋势， 及量力而行， 又适当超前，留有发展余地。可扩展性。系统便于扩展，以保护前期投资的有效性和后续投 资的连续性。经济性。以节约成本为基本出发点，建立一个运行可靠、满足公司实际需求的监控系统易用性。系统操作简便、直观，以利于各个层次的人员使用可靠性。确保系

28、统可靠运行，在关键部分应有安全和容错措施。可管理性。系统从设计、器件、设备等的选型都必须考虑到系 统的可管理性和可维护性。开放性。采用符合国际标准的产品， 保证系统具有开放性特点。2 两个城市污水处理厂自动化系统的结构形式2.1 结构形式一中央控制室和厂区三个现场控制站之间以一个冗余的 100Mbps 光纤工业以太网环网组成一个有线数据通信网络系统。 现场控制站在 现场进行工艺检测参数、设备运行工况信号的采集、检测和控制，并 通过该站的人机界面对设备运行操作， 同时向中央控制室进行实时传 送。中央控制室可监视各现场站的全部运行信息， 在中央控制室可通 过上位计算机控制现场设备的启动和停止。现场

29、控制站在与设备自带的 PLC通讯时，采用Profibus_FMS的 方式，其通讯介质为屏蔽双绞线，其通讯速率最大可达 1.5Mbit/s 。现场控制站采用西门子S7 400 PLC, CPU采用4163DP高档CPU 具有运算速度快，资源丰富等优点。-计算机监控软件采用西门子WINCC它具有画面显示、趋势曲线、报警处理、报表处理、数据管理、网上浏览等功能。-整个自控系统体现了西门子全厂一体化的先 进自控理念，并且网络结构完全符合现场总线的国际标准。该模式布置如下所示:J 和匕61 r廿«-J| u- 1匚 Er前匚忌崗冊H恥*冏Wlr針占TlO輛JJiIIi««a

30、r f i P*nft 4丹l*nc tTATElwMIX *i4f4«4JJClff ? UttFMS用 飞»褚腐 2.2结构模式二下面一个系统采用了当前国际先进的计算机技术、自动控制技术，网络通讯技术，实现了污水处理厂的测、控、管、信息一体化'该模式布置如下所示: IR K 値幅 iaii-P尿丟器Ji呱all3城市污水处理厂自动化系统各个部分的分析3.1污水预处理系统/进水泵房该PLC工作站设在厂区进水提升泵房控制室，负责监控污水处理 厂的预处理工段。其主要控制对象为粗格栅间的粗格栅及进水电动闸 门、进水泵房的污水提升泵、沉砂池的排砂装置和砂水分离等设备， 此

31、外，还负责进水水质如pH SS（浊度测量）等参数的在线检测。3.2生物处理系统/配电中心该PLC工作站一般设在全厂的配电中心控制室，负责监控污水生 物处理工段。其主要控制对象为生物池的水下搅拌器、水下推进器和 曝气设备，污泥回流泵房的污泥回流泵、剩余污泥泵，二沉池的刮吸泥机等设备。此外，其还负责生物池 DO ORP MLSS污泥泵房pH MLSS配电中心的电气参数如：电流、电压、有功功率，无功功率、 有功电能、无功电能等参数的在线检测。若污水厂生物池采用鼓风曝气时，在系统中还需增设鼓风机房PLC工作站，一般情况下工作站设在鼓风机房配电间控制室，负责监 控鼓风机及其辅助设备的运行及风量的调节。3

32、.3 污水消毒系统 / 出水泵房该PLC工作站设在出水泵房控制室。其主要控制对象为出水提升 泵、切换井电动阀门以及加氯消毒等设备， 此外其还负责出水水质如： 余氯、COD流量等参数的在线检测。3.4 污泥处理系统 / 脱水车间该PLC工作站一般设在脱水车间配电间控制室，负责监控污泥处 理工段。其主要控制对象为储泥池的搅拌器、电动阀门，脱水车间的 进泥泵、脱水机、浓缩机、加药系统等设备4 层次化管理模式分析4.1 集中监视操作层该层一般设在综合楼或配电中心的中心控制室， 由两台工业控制 计算机和输入 / 输出设备等组成。在中心控制室设置大屏幕投影仪或 模拟屏，以使值班人员更清晰地监视全厂的生产实

33、况。4.2 厂区生产管理层该层由中、高档计算机终端担当的工厂自动化综合服务系统和办 公自动化系统组合而成， 负责有关的生产管理、 成本控制、质量管理、 人事管理、财务管理等方面的综合处理，达到优化组合的目标。为使厂部管理人员更好、 更直接地了解全厂生产情况， 在厂部一 般设置 4 个计算机终端，即厂长办公室、总工程师办公室、化验室和 厂务办公室计算机终端作为厂部生产管理层。4.3 公司调度层公司调度系统负责全区域污水处理厂的生产调度及与其他管理 部门或行政主管部门的联系， 其对内通过对各污水厂的监控来协调各 厂的生产，对外可与其他行业及各级行政主管部门进行通信交换信 息。4.4 网络结构在污水

34、处理厂自动化系统的各层之间、 各PLC工作站之间都是通过计算机网络进行连接的，通过网络的物理介质进行通信及信息交 换。综合比较常用网络的物理结构特点， 结合城市污水厂的实际情况， 一般污水处理厂厂区面积都不是很大，最长的站点距离为 1km左右, 工控网的站点为47个，管理网的站点为35个，同时污水处理厂 都又存在扩建、改造、增加或减少PLC工作站的可能，我们在设计工 控网时采用总线网结构， 其特性能满足工业控制实时性高、 扩展灵活、 方便的要求。 对于管理网由于其实时性要求不高， 同时对其网络中计 算机终端的确切数量及今后的发展无法准确估算， 在设计中管理网络 都采用星型结构以满足灵活性好、扩

35、展维护方便的要求。4.5 三网络通信污水厂自动化系统通常采用三级或四级子网构成复合型网络结 构，要求我们在各级子网中都配置不同的通信协议， 以适应不同的通 信要求。由于现场测量控制层传递过程数据及控制命令， 这种信息很 短，对实时性要求较高，我们采用周期“ I/O ”方式通信。其采用的 主协议大多为塌缩结构，只有物理层、链路层及应用层，而且大多为 各PLC公司的专用协议。在设计时应按选择的PLC型号配置其通信协 议。集中监视操作层主要负责传递监控信息， 信息长度居于过程数据 与管理信息之间， 对实时性要求也比较高， 其通信协议常用令牌方式 控制通信，通信速率为1100Mb/s。在厂部及公司管理

36、层，由于其 需要进行PLC网的互联，PLC网与其他局域网的互联，因此，在这两 层中一般采用开发性能好的通用协议。个人计算机或PLC工作站在加入不同级别的子网时，必须按所连 入的子网配置通信模板， 并且应按该级子网配置的通信协议编制用户 通信程序。4.6 系统软件在网络结构设计、操作和维护方面，网络软件、支撑软件、工具 软件和应用软件起着极其重要的作用， 作为工业控制用软件我们认为 其必须能满足以下的性能和功能方面的要求。污水厂自动化系统软件应是能支持系统资源共享， 适用于不同的 计算机硬件平台，支持实时多任务、多用户、多处理性能，支持中文 字库，支持网络通信和网络服务，具有良好的组态功能和组态方式， 友好的人机界面，支持多种数据库操作和格式化，支持多媒体，支持 系统冗余，有较高的可靠性、 实时性，具有良好的开放性和通用性等。污水处理厂自动化系统软件必须具有以下功能： 数据采集、监控、 信息管理、报表、趋势分析、登录、动态模拟、报警和事件窗口、自 诊断、历史数据处理、在线组态和安全管理功能等。应用软件通常是由系统集成商根据污水处理厂的工艺设计及使 用要求，在系统软件、支撑软件平台上组态完成的程序。其属于非标 产品，直接影响整个系统的可用性、安全性，在某种意义上，应用软 件的好坏将会影响操作人员对工作、网络和组织的感受。4.7