2022年11月，雙百聯(lián)盟在“2022（第十四屆）水業(yè)熱點(diǎn)論壇”發(fā)布了第二期“雙百跨越”污水處理標(biāo)桿比選活動(dòng)結(jié)果。本次標(biāo)桿比選活動(dòng)歷時(shí)4個(gè)月，來(lái)自32家水務(wù)企業(yè)的73座污水處理廠進(jìn)入?yún)^(qū)域評(píng)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(yùn)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)，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(huì)化”評(píng)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(shì)，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(chēng)號(hào)?！半p百跨越”污水處理標(biāo)桿聯(lián)盟顧問(wèn)專(zhuān)家，中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授/博士生導(dǎo)師王洪臣點(diǎn)評(píng)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(dòng)化控制，而在整體的控制邏輯梳理上帶有進(jìn)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(zhuān)家，中節(jié)能?chē)?guó)禎環(huán)?？萍脊煞萦邢薰緦?zhuān)家委員會(huì)主任王穎哲點(diǎn)評(píng)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(dòng)化程度高，實(shí)現(xiàn)模糊閉環(huán)控制，具備一定的AI意識(shí)，值得現(xiàn)場(chǎng)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(guó)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(guò)318國(guó)道涵洞直接排入頔塘（長(zhǎng)湖申航道），按《浙江省地面水環(huán)境保護(hù)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(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，排入此類(lèi)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(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。湖州市東部新區(qū)污水處理廠工程項(xiàng)目分為一期工程（5萬(wàn)噸/日）和二期工程（10萬(wàn)噸/日，近期5萬(wàn)噸/日）。

圖1 湖州東部新區(qū)污水處理廠全景

02特征優(yōu)勢(shì)

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(shí)現(xiàn)智能曝氣、智能藥劑投加、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等功達(dá)到污水處理廠精細(xì)化、智能化運(yùn)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(dòng)調(diào)整工藝運(yùn)行的控制方式，湖州市東部新區(qū)污水處理廠在二期擴(kuò)建項(xiàng)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(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接在整個(gè)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(dòng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)工藝設(shè)備的運(yùn)行狀況，對(duì)生化系統(tǒng)的曝氣節(jié)能、內(nèi)循環(huán)、碳源投加等進(jìn)行智能化控制，最終實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)工藝設(shè)備的運(yùn)行狀況達(dá)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(yùn)行效果的優(yōu)化控制；③在滿足工藝運(yùn)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(dòng)化程度高、傳輸效率快

通過(guò)OPC服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了與廠內(nèi)系統(tǒng)和廠內(nèi)PLC的兼容。全天24小時(shí)連續(xù)接收和識(shí)別污水處理廠內(nèi)在線檢測(cè)儀表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)接收數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，生成對(duì)工藝設(shè)備的指令并經(jīng)由PLC系統(tǒng)傳達(dá)。

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(shí)

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(dòng)控制原理，針對(duì)生活污水處理廠復(fù)雜的生物處理過(guò)程，可以根據(jù)不同的運(yùn)行條件（進(jìn)水量、水質(zhì)變化和環(huán)境溫度等）的變化，來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)曝氣時(shí)長(zhǎng)或強(qiáng)度、污泥回流量和加藥量等工藝參數(shù)，使活性污泥對(duì)污水中污染物的處理過(guò)程始終處于最佳狀態(tài)，因此可以得到穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的出水，且能耗藥耗等運(yùn)行成本顯著降低。

圖3  AQUALOGIC 模型閉環(huán)自動(dòng)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(shí)時(shí)調(diào)整電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)度。

實(shí)現(xiàn)：自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)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(jìn)水流量，水溫為輸入?yún)?shù)，自動(dòng)設(shè)定范圍內(nèi)的目標(biāo)DO設(shè)定值。

實(shí)現(xiàn)：按照當(dāng)前污水運(yùn)行負(fù)荷自動(dòng)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(jìn)水流量、缺氧段和好氧段出口的硝基氮指標(biāo)，動(dòng)態(tài)調(diào)整污水內(nèi)循環(huán)量。

實(shí)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(dòng)控制碳源投加泵投加碳源。

實(shí)現(xiàn)：自動(dòng)投加碳源；節(jié)省藥耗；運(yùn)行穩(wěn)定性提高。

圖7 碳源投加控制

5. 生化系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)施監(jiān)測(cè)

該系統(tǒng)能實(shí)施監(jiān)測(cè)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(jìn)水流量等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)施調(diào)整。

圖8 數(shù)據(jù)實(shí)施監(jiān)測(cè)

（四）系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

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

（五）項(xiàng)目成效及分析

1、電耗分析

統(tǒng)手動(dòng)控制運(yùn)行階段，廠內(nèi)的溶解氧波動(dòng)較大，容易出現(xiàn)溶解氧過(guò)高、過(guò)低的極端情況，且無(wú)法準(zhǔn)確實(shí)時(shí)調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量和閥門(mén)開(kāi)度造成能耗浪費(fèi)。AQ智能控制系統(tǒng)運(yùn)行之后，這種情況大大被改善。自動(dòng)控制時(shí)噸水電耗降低約29%，顯著降低了鼓風(fēng)機(jī)的耗電量。

圖9  風(fēng)機(jī)電單耗變化

2、藥耗分析

碳源投加功能模塊于2022年1月開(kāi)始投用，但由于每年1月、2月的春節(jié)期間由于進(jìn)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(duì)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(duì)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(kāi)始投用，22年1月碳源精準(zhǔn)投加模塊開(kāi)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(duì)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(jī)能耗、碳源投加方面發(fā)揮了一定的作用，使用這兩項(xiàng)的單位成本下降了約23%。

03未來(lái)計(jì)劃

1、持續(xù)發(fā)展科技創(chuàng)新工作

（1）生物填料研究試驗(yàn)，為打破UBF反硝化濾池進(jìn)口濾料采購(gòu)的卡脖子隱患，同時(shí)降低采購(gòu)成本。通過(guò)對(duì)原濾料的性能分析，燒制一種國(guó)產(chǎn)濾料作為替代品；

（2）污泥水解干化研究試驗(yàn)，進(jìn)一步降低離心脫水機(jī)脫泥后的污泥含稅率。

2、提高中水回用率

未來(lái)積極推動(dòng)與政府合作，將排放水經(jīng)過(guò)深處理后可實(shí)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(xì)化管理

湖州中環(huán)水務(wù)將在集團(tuán)公司和公司總部的領(lǐng)導(dǎo)下，堅(jiān)持“管理精細(xì)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(shí)安全環(huán)保各項(xiàng)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(jìng)爭(zhēng)力和品牌影響力，積極拓展周邊水務(wù)市場(chǎng)。

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