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(jìn)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）。

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(xì)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(shè)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(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?！半p百跨越”污水處理標(biāo)桿聯(lián)盟特聘運營評估專員，開平粵海水務(wù)有限公司董事長譚綺娜點評道：該廠設(shè)立智慧水務(wù)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(yīng)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(chǎn)。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(wù)人口39.5萬人，設(shè)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(zhì)，中水排放執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

2012年，遼陽市中心區(qū)污水處理項目進(jìn)行工藝升級，通過對生化處理系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加深度處理系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)及化學(xué)除磷措施，選用AAO+MBR（膜生物反應(yīng)器）組合工藝，改造完成后，AAO+二沉池+轉(zhuǎn)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(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

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(chǎn)創(chuàng)新為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)，全面提升經(jīng)營質(zhì)量和效益。細(xì)節(jié)決定成敗，細(xì)節(jié)決定質(zhì)量，細(xì)節(jié)產(chǎn)生效益，在細(xì)節(jié)上做文章，挖潛降耗，優(yōu)化管控，以達(dá)到節(jié)支增效的目標(biāo)。

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(chǎn)工藝、設(shè)備管理等進(jìn)行琢磨，精益求精，綜合利用集團(tuán)資源，在關(guān)鍵環(huán)節(jié)管控上，采用一平臺+五個應(yīng)用的智能管控模式。實現(xiàn)遼陽中心廠生產(chǎn)運營的數(shù)字化、精細(xì)化。

1. 智慧水務(wù)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(gòu)，開發(fā)了多個業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)生產(chǎn)、工單、綜合能耗、高級應(yīng)用等。每個應(yīng)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(wù)平臺的核心是“大數(shù)據(jù)系統(tǒng)”，所有的業(yè)務(wù)均建立在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。首先大數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過多種方式對生產(chǎn)運營中各項基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集輔助人工數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。針對采集的數(shù)據(jù)做自動篩選、歸檔、審批流轉(zhuǎn)。

該應(yīng)用的投入，徹底解放了人工數(shù)據(jù)收集低級、乏味的重復(fù)性勞動工作，極大的提高了各業(yè)務(wù)單位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理的時效性。通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)對基礎(chǔ)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(yīng)用做基礎(chǔ)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(chǎn)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(diào)整、技術(shù)改造提供強有力的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2. 數(shù)字化精細(xì)化應(yīng)用及成效

綜合利用集團(tuán)資源，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，遼陽中心區(qū)污水處理廠技術(shù)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(yīng)用系統(tǒng)

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

通過4/5G無線技術(shù)，對重點設(shè)備、重點工藝單元的電耗、電能質(zhì)量實時監(jiān)測、分析、預(yù)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(shù)，建立標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)庫，并結(jié)合設(shè)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(fēng)機效率進(jìn)行評價。通過輸入單位時間內(nèi)進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)、溶解氧、風(fēng)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(fēng)機風(fēng)量、實際功率、背壓等參數(shù)，計算出風(fēng)機效率。再結(jié)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(biāo)定系統(tǒng)最優(yōu)值。以此為控制標(biāo)準(zhǔn)，評價空氣系統(tǒng)是否在最優(yōu)運行狀態(tài)，進(jìn)而反饋調(diào)節(jié)。對于低效運行設(shè)備，進(jìn)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(shè)備負(fù)荷分析等手段，進(jìn)一步提高廠內(nèi)配電網(wǎng)電能質(zhì)量、優(yōu)化電費結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)整體能源費用下降、設(shè)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(shè)備能耗分析

遼陽中心區(qū)污水處理廠使用GPS-X軟件進(jìn)行仿真建模，結(jié)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(dǎo)合理調(diào)整峰平谷時段系統(tǒng)設(shè)備運行。

通過重點設(shè)備能耗分析模型，合理匹配設(shè)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(zhì)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(shè)備、工藝運行進(jìn)行匹配調(diào)整，形成整體協(xié)同效應(yīng)，實現(xiàn)能耗最低化、效率最大化；同時在大數(shù)據(jù)技術(shù)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(xué)模型分析結(jié)果擬合校正；得到各應(yīng)用系統(tǒng)控制參數(shù)，輸出污泥調(diào)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(shè)計、編程、安裝，衍生出一系列實踐應(yīng)用：實現(xiàn)從理論數(shù)學(xué)模型到現(xiàn)場“真實”模型的進(jìn)化。

（2）基于CST為基礎(chǔ)的污泥脫水?dāng)?shù)字化投藥系統(tǒng)

遼陽中心區(qū)污水處理廠脫水車間設(shè)計采用板框壓濾機進(jìn)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(zhì)量難以把控。設(shè)備磨損大，鈣垢導(dǎo)致管路堵塞，生產(chǎn)極不穩(wěn)定，嚴(yán)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(chǔ)的污泥脫水?dāng)?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(chǎn)運營精細(xì)化、穩(wěn)定化。

圖3 污泥脫水?dāng)?shù)字化投藥系統(tǒng)

污水脫水?dāng)?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(yīng)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(chǔ)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(chǔ)的數(shù)字化消毒系統(tǒng)”，利用出水余氯作為反饋基礎(chǔ)，人工監(jiān)測糞大腸指標(biāo)作為參考，系統(tǒng)實時調(diào)節(jié)次氯酸鈉藥劑投加量，在出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)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(jìn)水碳氮比作為反饋基礎(chǔ)，出水TN、進(jìn)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(biāo)，避免藥劑浪費，消除出水指標(biāo)控制風(fēng)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(chǔ)，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(biāo)，解決了藥劑過渡投加造成的浪費及消除出水指標(biāo)控制風(fēng)險，實現(xiàn)降本增效。

圖6 化學(xué)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(rèn)可，先后榮獲遼寧省“十一五節(jié)能減排先進(jìn)單位”，國家環(huán)保部“生活污水運營甲級資質(zhì)”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(hù)事業(yè)發(fā)展作出了積極的貢獻(xiàn)。

04未來計劃

智慧信息中心采取1+N的模式，是以智慧水務(wù)平臺為基礎(chǔ)，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(chǎn)運行的區(qū)域化協(xié)同管理和運營。

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