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(biāo)桿比選活動結(jié)果。本次標(biāo)桿比選活動歷時4個月，來自32家水務(wù)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(wù)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(biāo)桿污水廠榜單發(fā)布）。

(資料圖)

為傳播標(biāo)桿廠優(yōu)秀建設(shè)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(biāo)桿廠風(fēng)采。本文以智慧化標(biāo)桿廠——中環(huán)保水務(wù)投資有限公司湖州東部新區(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(shè)提供案例支持。

中環(huán)保水務(wù)投資有限公司湖州東部新區(qū)污水處理廠在本次標(biāo)桿比選中，榮獲“智慧化—關(guān)鍵環(huán)節(jié)精準(zhǔn)控制標(biāo)桿污水廠”稱號。“雙百跨越”污水處理標(biāo)桿聯(lián)盟顧問專家，中國人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授/博士生導(dǎo)師王洪臣點評道：該廠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)精準(zhǔn)控制方面特征比較鮮明，優(yōu)化了主要環(huán)節(jié)的自動化控制，而在整體的控制邏輯梳理上帶有進一步清晰，追求更科學(xué)合理?！半p百跨越”污水處理標(biāo)桿聯(lián)盟比選專家，中節(jié)能國禎環(huán)?？萍脊煞萦邢薰緦＜椅瘑T會主任王穎哲點評道：該廠采用Intech AquaLogic-模糊邏輯下的工藝優(yōu)化控制系統(tǒng)。信息自動化程度高，實現(xiàn)模糊閉環(huán)控制，具備一定的AI意識，值得現(xiàn)場交流學(xué)習(xí)。

01基本情況

中環(huán)保水務(wù)投資有限公司湖州東部新區(qū)污水處理廠（湖州中環(huán)水務(wù)有限責(zé)任公司）于2004年9月成立，現(xiàn)位于吳興318國道北、葉堤漾路南，義山路和阿祥路之間。東部污水廠規(guī)劃控制用地18.5公頃，污水廠一期用地5.053公頃。污水處理廠尾水通過318國道涵洞直接排入頔塘（長湖申航道），按《浙江省地面水環(huán)境保護功能規(guī)劃》，頔塘執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，排入此類水體應(yīng)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。湖州市東部新區(qū)污水處理廠工程項目分為一期工程（5萬噸/日）和二期工程（10萬噸/日，近期5萬噸/日）。

圖1 湖州東部新區(qū)污水處理廠全景

02特征優(yōu)勢

湖州東部新區(qū)污水處理廠采用智能化工藝控制系統(tǒng)（Intech AQUALOGIC），實現(xiàn)智能曝氣、智能藥劑投加、數(shù)據(jù)實時監(jiān)測等功達到污水處理廠精細化、智能化運行、安全生產(chǎn)和節(jié)能降耗目的。

（一）生物池工藝智能優(yōu)化系統(tǒng)

區(qū)別于傳統(tǒng)人工手動調(diào)整工藝運行的控制方式，湖州市東部新區(qū)污水處理廠在二期擴建項目中投建了智能化工藝控制系統(tǒng)（Intech AQUALOGIC），該系統(tǒng)軟件通過工業(yè)以太網(wǎng)連接在整個網(wǎng)絡(luò)中，能夠利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有自適應(yīng)功能、多變量控制功能；結(jié)合水質(zhì)和水量波動實時動態(tài)地調(diào)節(jié)工藝設(shè)備的運行狀況，對生化系統(tǒng)的曝氣節(jié)能、內(nèi)循環(huán)、碳源投加等進行智能化控制，最終實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)工藝設(shè)備的運行狀況達到如下效果：①藥劑的精確投加及優(yōu)化控制；②生化處理系統(tǒng)運行效果的優(yōu)化控制；③在滿足工藝運行效果的前提下，節(jié)省污水處理設(shè)備的用電量。

（二）核心特征

1. 信息自動化程度高、傳輸效率快

通過OPC服務(wù)器實現(xiàn)了與廠內(nèi)系統(tǒng)和廠內(nèi)PLC的兼容。全天24小時連續(xù)接收和識別污水處理廠內(nèi)在線檢測儀表的實時數(shù)據(jù)，根據(jù)接收數(shù)據(jù)的變化趨勢，生成對工藝設(shè)備的指令并經(jīng)由PLC系統(tǒng)傳達。

圖2 工藝優(yōu)化智能控制系統(tǒng)

2. 模糊閉環(huán)控制，具備AI意識

AQ工藝優(yōu)化智能控制系統(tǒng)應(yīng)用模糊邏輯和閉環(huán)自動控制原理，針對生活污水處理廠復(fù)雜的生物處理過程，可以根據(jù)不同的運行條件（進水量、水質(zhì)變化和環(huán)境溫度等）的變化，來實時調(diào)節(jié)曝氣時長或強度、污泥回流量和加藥量等工藝參數(shù)，使活性污泥對污水中污染物的處理過程始終處于最佳狀態(tài)，因此可以得到穩(wěn)定達標(biāo)的出水，且能耗藥耗等運行成本顯著降低。

圖3  AQUALOGIC 模型閉環(huán)自動控制原理

（三）功能模塊

1. 基礎(chǔ)曝氣模塊

原理：根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)DO值實時調(diào)整電動閥門開度。

實現(xiàn)：自動控制風(fēng)機的曝氣量；有助于出水總氮且穩(wěn)定；穩(wěn)定溶解氧值。

圖4 曝氣控制

2. 節(jié)能模塊

原理：在基礎(chǔ)曝氣模塊基礎(chǔ)上，以好氧段池出口氨氮濃度，進水流量，水溫為輸入?yún)?shù)，自動設(shè)定范圍內(nèi)的目標(biāo)DO設(shè)定值。

實現(xiàn)：按照當(dāng)前污水運行負荷自動設(shè)定溶解氧目標(biāo)值；節(jié)省曝氣能耗。

圖5 曝氣DO控制

3. 內(nèi)循環(huán)模塊

原理：根據(jù)進水流量、缺氧段和好氧段出口的硝基氮指標(biāo)，動態(tài)調(diào)整污水內(nèi)循環(huán)量。

實現(xiàn)：根據(jù)水質(zhì)變化情況，合理調(diào)整反硝化作用，使出水總氮更低且穩(wěn)定。

圖6 出水硝基氮控制

4. 碳源投加模塊

原理：根據(jù)流量，好氧池出口的硝基氮濃度自動控制碳源投加泵投加碳源。

實現(xiàn)：自動投加碳源；節(jié)省藥耗；運行穩(wěn)定性提高。

圖7 碳源投加控制

5. 生化系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)實施監(jiān)測

該系統(tǒng)能實施監(jiān)測生化系統(tǒng)厭氧、缺氧、好樣段的DO、硝態(tài)氮、氨氮、MLSS、ORP、空氣流量、水溫、進水流量等數(shù)據(jù)，并進行實施調(diào)整。

圖8 數(shù)據(jù)實施監(jiān)測

（四）系統(tǒng)優(yōu)勢

通過曝氣控制模塊和節(jié)能模塊實現(xiàn)，運行能耗節(jié)省15%以上；通過混凝劑和碳源投加模塊實現(xiàn)，藥劑消耗節(jié)省5%以上；通過內(nèi)回流、污泥回流、污泥濃度等其他模塊實現(xiàn)，運行更穩(wěn)定、出水水質(zhì)更優(yōu)；提升污水廠運行管理水平，整個系統(tǒng)的綜合效果。

（五）項目成效及分析

1、電耗分析

統(tǒng)手動控制運行階段，廠內(nèi)的溶解氧波動較大，容易出現(xiàn)溶解氧過高、過低的極端情況，且無法準(zhǔn)確實時調(diào)整鼓風(fēng)機風(fēng)量和閥門開度造成能耗浪費。AQ智能控制系統(tǒng)運行之后，這種情況大大被改善。自動控制時噸水電耗降低約29%，顯著降低了鼓風(fēng)機的耗電量。

圖9  風(fēng)機電單耗變化

2、藥耗分析

碳源投加功能模塊于2022年1月開始投用，但由于每年1月、2月的春節(jié)期間由于進水水質(zhì)劇烈變化導(dǎo)致需投加大量的碳源藥劑。除去1月、2月的特殊情況，對比22年的3月-6月和2021年的3月-12月，可以看出碳源精準(zhǔn)投加的功能模塊使用后，每月的藥劑使用量和藥單耗量相對穩(wěn)定且同比所有下降約21.3%。

圖10  藥單耗變化（KG/噸）

（六）單位直接成本分析

2021年7月基礎(chǔ)曝氣和節(jié)能模塊開始投用，22年1月碳源精準(zhǔn)投加模塊開始投用。由于每年1月、2月春節(jié)特殊期的藥劑使用量特別大，因此，對比22年3—6月和21年3—6月期間，可以看出在該AQ智能優(yōu)化工藝控制系統(tǒng)使用后，在風(fēng)機能耗、碳源投加方面發(fā)揮了一定的作用，使用這兩項的單位成本下降了約23%。

03未來計劃

1、持續(xù)發(fā)展科技創(chuàng)新工作

（1）生物填料研究試驗，為打破UBF反硝化濾池進口濾料采購的卡脖子隱患，同時降低采購成本。通過對原濾料的性能分析，燒制一種國產(chǎn)濾料作為替代品；

（2）污泥水解干化研究試驗，進一步降低離心脫水機脫泥后的污泥含稅率。

2、提高中水回用率

未來積極推動與政府合作，將排放水經(jīng)過深處理后可實現(xiàn)中水回用，為污水廠附近范圍內(nèi)提供綠化、辦公生活、工業(yè)生產(chǎn)使用，并使之產(chǎn)生效益。

3、提高精細化管理

湖州中環(huán)水務(wù)將在集團公司和公司總部的領(lǐng)導(dǎo)下，堅持“管理精細化、安全常態(tài)化、服務(wù)人性化、效益最大化”的工作思路，嚴(yán)格落實安全環(huán)保各項責(zé)任，確保安全環(huán)保工作目標(biāo)，全面提高企業(yè)核心競爭力和品牌影響力，積極拓展周邊水務(wù)市場。

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