2022年11月，雙百聯(lián)盟在“2022（第十四屆）水業(yè)熱點論壇”發(fā)布了第二期“雙百跨越”污水處理標桿比選活動結果。本次標桿比選活動歷時4個月，來自32家水務企業(yè)的73座污水處理廠進入?yún)^(qū)域評審環(huán)節(jié)，最終25家水務企業(yè)的33座污水廠上榜（33座污水廠上榜，第二期“雙百跨越”標桿污水廠榜單發(fā)布）。

為傳播標桿廠優(yōu)秀建設和運營管理經(jīng)驗，雙百聯(lián)盟將以“精細化-智慧化-資源化-低碳化-生態(tài)化-社會化”評選維度，系統(tǒng)展示第二期標桿廠風采。本文以智慧化標桿廠——中信環(huán)境遼陽市中心區(qū)污水處理廠為案例，向行業(yè)同仁展示該廠的智慧化特征優(yōu)勢，為污水處理廠智慧化建設提供案例支持。

中信環(huán)境遼陽市中心區(qū)污水處理廠在本次標桿比選中，榮獲“智慧化—關鍵環(huán)節(jié)精準控制標桿污水廠”稱號?！半p百跨越”污水處理標桿聯(lián)盟特聘運營評估專員，開平粵海水務有限公司董事長譚綺娜點評道：該廠設立智慧水務大數(shù)據(jù)平臺，使用軟件對大量數(shù)據(jù)分析，得出各個應用系統(tǒng)的參數(shù)，實現(xiàn)從理論數(shù)字到現(xiàn)實生活模型中，具有較強的實用性和創(chuàng)新性。并且對能效建立了分析模型，控制成本，有參考價值。

(資料圖片)

01項目概況

遼陽市中心區(qū)污水處理項目于2001年8月動工興建，2004年10月竣工投產。項目總投資為3.7億元人民幣（其中污水處理廠投資2.5億元人民幣，外圍管網(wǎng)投資1.2億元人民幣），廠區(qū)占地19公頃，受水面積33.7平方公里，服務人口39.5萬人，設計污水處理量為20萬噸/天。項目采用帶前置厭氧段的普通曝氣活性污泥工藝，主要去除污水中COD、BOD、SS、TP等污染物質，中水排放執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）二級排放標準。

2012年，遼陽市中心區(qū)污水處理項目進行工藝升級，通過對生化處理系統(tǒng)進行改造，增加深度處理系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)及化學除磷措施，選用AAO+MBR（膜生物反應器）組合工藝，改造完成后，AAO+二沉池+轉盤濾池工藝污水處理量為12萬噸/天，AAO+MBR工藝污水處理量為8萬噸/天。污泥處理采用板框壓濾機機械脫水，泥餅處置方式為制磚建材利用。2012年9月30日正式通水試運行，2013年9月通過環(huán)保驗收，出水水質達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A排放標準。

圖1 遼陽中心區(qū)污水處理廠全景

02特征優(yōu)勢

開源節(jié)流，以生產創(chuàng)新為導向，持續(xù)改進，全面提升經(jīng)營質量和效益。細節(jié)決定成敗，細節(jié)決定質量，細節(jié)產生效益，在細節(jié)上做文章，挖潛降耗，優(yōu)化管控，以達到節(jié)支增效的目標。

遼陽信環(huán)水處理有限公司中心區(qū)污水處理廠對現(xiàn)存的生產工藝、設備管理等進行琢磨，精益求精，綜合利用集團資源，在關鍵環(huán)節(jié)管控上，采用一平臺+五個應用的智能管控模式。實現(xiàn)遼陽中心廠生產運營的數(shù)字化、精細化。

1. 智慧水務數(shù)字化平臺

平臺核心是大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)作為基底架構，開發(fā)了多個業(yè)務應用系統(tǒng)生產、工單、綜合能耗、高級應用等。每個應用中，根據(jù)不同的管控需求，分別建立多個不同的管控模型、參量庫。智慧水務平臺的核心是“大數(shù)據(jù)系統(tǒng)”，所有的業(yè)務均建立在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的基礎上實現(xiàn)的。首先大數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過多種方式對生產運營中各項基礎數(shù)據(jù)進行自動采集輔助人工數(shù)據(jù)的導入。針對采集的數(shù)據(jù)做自動篩選、歸檔、審批流轉。

該應用的投入，徹底解放了人工數(shù)據(jù)收集低級、乏味的重復性勞動工作，極大的提高了各業(yè)務單位基礎數(shù)據(jù)處理的時效性。通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)對基礎運營數(shù)據(jù)的采集、匯總、歸檔，形成大數(shù)據(jù)庫。不僅可以為上層應用做基礎數(shù)據(jù)支撐，并可以通過數(shù)據(jù)的對比分析，直接賦能一線生產運行。1800多天、50多座水廠數(shù)據(jù)的存儲空間，為以后的工藝調整、技術改造提供強有力的基礎數(shù)據(jù)支撐。

2. 數(shù)字化精細化應用及成效

綜合利用集團資源，結合現(xiàn)場實際情況，遼陽中心區(qū)污水處理廠技術小組自主研發(fā)了五個數(shù)字化藥劑管控系統(tǒng)。

（1）綜合能源管理應用系統(tǒng)

遼陽中心廠通過集團平臺賦能，實現(xiàn)工藝參量的精準控制，能耗降低、全面提升企業(yè)整體運營質量和效益。

通過4/5G無線技術，對重點設備、重點工藝單元的電耗、電能質量實時監(jiān)測、分析、預警。遼陽中心區(qū)污水處理廠利用GPS仿真+大數(shù)據(jù)分析技術，建立標準工藝參數(shù)庫，并結合設備運行電氣原理定義了能效分析監(jiān)測模型，如空氣系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、混合系統(tǒng)等等。曝氣系統(tǒng)評價體系，主要針對曝氣器效率、風機效率進行評價。通過輸入單位時間內進出水數(shù)據(jù)、溶解氧、風機出口升壓、水溫、排泥量、有效水深等參數(shù)，計算理論氣水比、曝氣器氧利用率、堵塞率；通過風機風量、實際功率、背壓等參數(shù)，計算出風機效率。再結合大數(shù)據(jù)平臺與GPS仿真模型，可以輸出空氣系統(tǒng)實際狀態(tài)參數(shù)，同時標定系統(tǒng)最優(yōu)值。以此為控制標準，評價空氣系統(tǒng)是否在最優(yōu)運行狀態(tài)，進而反饋調節(jié)。對于低效運行設備，進一步考慮大修重置。在提升能效的同時，綜合能源管理輔之以諧波監(jiān)測、三相不平衡監(jiān)測、全時段設備負荷分析等手段，進一步提高廠內配電網(wǎng)電能質量、優(yōu)化電費結構，實現(xiàn)整體能源費用下降、設備故障率下降。

系統(tǒng)的投用，遼陽中心區(qū)污水處理廠降耗顯著，噸水電耗由原來的0.24kWh/t降至0.20kWh/t，全流程的能效提升10%，員工的綠色能源意識有較大提升。

圖2 設備能耗分析

遼陽中心區(qū)污水處理廠使用GPS-X軟件進行仿真建模，結合ASM仿真和運行經(jīng)驗制定一廠一策分析模型，通過模型指導合理調整峰平谷時段系統(tǒng)設備運行。

通過重點設備能耗分析模型，合理匹配設備運行模式。通過工藝單元能耗分析模型建立，通過水量、泥量、水質等整體評估單元能耗及效率情況，根據(jù)分析數(shù)據(jù)對設備、工藝運行進行匹配調整，形成整體協(xié)同效應，實現(xiàn)能耗最低化、效率最大化；同時在大數(shù)據(jù)技術的加持之下，通過對大量的、不同條件下的大數(shù)據(jù)分析，及GPS-X的數(shù)學模型分析結果擬合校正；得到各應用系統(tǒng)控制參數(shù)，輸出污泥調理、碳源投加、能源管理等系統(tǒng)的控制邏輯；同時遼陽中心區(qū)污水處理廠基于此控制邏輯，自主設計、編程、安裝，衍生出一系列實踐應用：實現(xiàn)從理論數(shù)學模型到現(xiàn)場“真實”模型的進化。

（2）基于CST為基礎的污泥脫水數(shù)字化投藥系統(tǒng)

遼陽中心區(qū)污水處理廠脫水車間設計采用板框壓濾機進行污泥脫水，藥劑采用石灰+三氯化鐵。受環(huán)保政策影響石灰藥劑采購受限、質量難以把控。設備磨損大，鈣垢導致管路堵塞，生產極不穩(wěn)定，嚴重影響全系統(tǒng)運行。經(jīng)過近2年的試驗、選型、摸索最終選擇聚合硫酸鐵+特型PAM乳液作為污泥脫水藥劑，并采用“CST基礎的污泥脫水數(shù)字化投藥系統(tǒng)”實現(xiàn)了遼陽中心廠脫水車間藥劑投加的數(shù)字化、生產運營精細化、穩(wěn)定化。

圖3 污泥脫水數(shù)字化投藥系統(tǒng)

污水脫水數(shù)字化績效評價：

① 系統(tǒng)投用后降耗十分明顯：PAM單耗同期下降28%。鐵鹽單耗同期下降20%。

② 環(huán)比降耗效果更顯著：PAM單耗降幅最大44%。鐵鹽單耗降幅最高35%。

③ 有機藥劑的應用，消除石灰增重的影響，污泥量下降30%，年節(jié)省處置費102 萬元。

（3）以出水余氯為基礎的數(shù)字化消毒系統(tǒng)

通過平臺賦能，中心廠自主改造了“以出水余氯為基礎的數(shù)字化消毒系統(tǒng)”，利用出水余氯作為反饋基礎，人工監(jiān)測糞大腸指標作為參考，系統(tǒng)實時調節(jié)次氯酸鈉藥劑投加量，在出水穩(wěn)定達標的基礎上，解決了藥劑過渡投加形成浪費，避免余氯過高對下游水體的影響。目前次氯酸鈉加藥量3mg/L，(以有效氯計），降耗10%，年節(jié)省藥劑費13萬元。

圖 4次氯酸鈉消毒邏輯控制圖

（4）碳源數(shù)字化投加系統(tǒng)

通過平臺賦能，中心廠還自主改造了“碳源數(shù)字化投加系統(tǒng)”，碳源是非常規(guī)投加藥劑，系統(tǒng)利用進水碳氮比作為反饋基礎，出水TN、進水流量作為參比數(shù)據(jù)，通過PLC實現(xiàn)的模糊控制。碳源消耗比△C/△N<4。該系統(tǒng)投用極大穩(wěn)定了中心廠出水指標，避免藥劑浪費，消除出水指標控制風險，實現(xiàn)降本增效。

圖5 碳源投加邏輯控制圖

（5）除磷安保投加系統(tǒng)

通過平臺賦能，也自主改造了“除磷安保投加系統(tǒng)”，利用出水總磷作為反饋基礎，PLC實現(xiàn)模糊控制。根據(jù)出水總磷變化趨勢，自動計算是否需要投加除磷藥劑，及除磷藥劑投加量并實現(xiàn)自動控制。系統(tǒng)投用，穩(wěn)定出水總磷指標，解決了藥劑過渡投加造成的浪費及消除出水指標控制風險，實現(xiàn)降本增效。

圖6 化學除磷邏輯控制圖

03企業(yè)榮譽

遼陽信環(huán)水處理有限公司（中信環(huán)境遼陽市中心區(qū)污水處理廠）自2004年運營至今，得到了省市環(huán)保部門及行業(yè)主管部門的高度認可，先后榮獲遼寧省“十一五節(jié)能減排先進單位”，國家環(huán)保部“生活污水運營甲級資質”證書，遼陽市“誠信外資企業(yè)”等光榮稱號，并獲得“2021年度遼寧省級節(jié)水型企業(yè)”榮譽稱號，為遼陽市水污染治理和水環(huán)境保護事業(yè)發(fā)展作出了積極的貢獻。

04未來計劃

智慧信息中心采取1+N的模式，是以智慧水務平臺為基礎，遼陽中心區(qū)污水處理廠為核心，輻射周邊兄弟廠，逐步實現(xiàn)區(qū)域化、集中化的管理模式。形成生產運行的區(qū)域化協(xié)同管理和運營。

關鍵詞：