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”污水處理標桿比選活動(dòng)結果。本次標桿比選活動(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(chǎng)進(jìn)入區域評審環(huán)節，最終25家水務(wù)企業(yè)的33座污水廠(chǎng)上榜（33座污水廠(chǎng)上榜，第二期“雙百跨越”標桿污水廠(chǎng)榜單發(fā)布）。

(資料圖)

為傳播標桿廠(chǎng)優(yōu)秀建設和運營(yíng)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(huì )化”評選維度，系統展示第二期標桿廠(chǎng)風(fēng)采。本文以智慧化標桿廠(chǎng)——中環(huán)保水務(wù)投資有限公司湖州東部新區污水處理廠(chǎng)為案例，向行業(yè)同仁展示該廠(chǎng)的智慧化特征優(yōu)勢，為污水處理廠(chǎng)智慧化建設提供案例支持。

中環(huán)保水務(wù)投資有限公司湖州東部新區污水處理廠(chǎng)在本次標桿比選中，榮獲“智慧化—關(guān)鍵環(huán)節精準控制標桿污水廠(chǎng)”稱(chēng)號?！半p百跨越”污水處理標桿聯(lián)盟顧問(wèn)專(zhuān)家，中國人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授/博士生導師王洪臣點(diǎn)評道：該廠(chǎng)的關(guān)鍵環(huán)節精準控制方面特征比較鮮明，優(yōu)化了主要環(huán)節的自動(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”污水處理標桿聯(lián)盟比選專(zhuān)家，中節能?chē)澀h(huán)?？萍脊煞萦邢薰緦?zhuān)家委員會(huì )主任王穎哲點(diǎn)評道：該廠(chǎng)采用Intech AquaLogic-模糊邏輯下的工藝優(yōu)化控制系統。信息自動(dòng)化程度高，實(shí)現模糊閉環(huán)控制，具備一定的AI意識，值得現場(chǎng)交流學(xué)習。

01基本情況

中環(huán)保水務(wù)投資有限公司湖州東部新區污水處理廠(chǎng)（湖州中環(huán)水務(wù)有限責任公司）于2004年9月成立，現位于吳興318國道北、葉堤漾路南，義山路和阿祥路之間。東部污水廠(chǎng)規劃控制用地18.5公頃，污水廠(chǎng)一期用地5.053公頃。污水處理廠(chǎng)尾水通過(guò)318國道涵洞直接排入頔塘（長(cháng)湖申航道），按《浙江省地面水環(huán)境保護功能規劃》，頔塘執行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）中的III類(lèi)水質(zhì)標準，排入此類(lèi)水體應執行《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A標準。湖州市東部新區污水處理廠(chǎng)工程項目分為一期工程（5萬(wàn)噸/日）和二期工程（10萬(wàn)噸/日，近期5萬(wàn)噸/日）。

圖1 湖州東部新區污水處理廠(chǎng)全景

02特征優(yōu)勢

湖州東部新區污水處理廠(chǎng)采用智能化工藝控制系統（Intech AQUALOGIC），實(shí)現智能曝氣、智能藥劑投加、數據實(shí)時(shí)監測等功達到污水處理廠(chǎng)精細化、智能化運行、安全生產(chǎn)和節能降耗目的。

（一）生物池工藝智能優(yōu)化系統

區別于傳統人工手動(dòng)調整工藝運行的控制方式，湖州市東部新區污水處理廠(chǎng)在二期擴建項目中投建了智能化工藝控制系統（Intech AQUALOGIC），該系統軟件通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中，能夠利用現有的數據結構，具有自適應功能、多變量控制功能；結合水質(zhì)和水量波動(dòng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調節工藝設備的運行狀況，對生化系統的曝氣節能、內循環(huán)、碳源投加等進(jìn)行智能化控制，最終實(shí)現動(dòng)態(tài)調節工藝設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生化處理系統運行效果的優(yōu)化控制；③在滿(mǎn)足工藝運行效果的前提下，節省污水處理設備的用電量。

（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)現了與廠(chǎng)內系統和廠(chǎng)內PLC的兼容。全天24小時(shí)連續接收和識別污水處理廠(chǎng)內在線(xiàn)檢測儀表的實(shí)時(shí)數據，根據接收數據的變化趨勢，生成對工藝設備的指令并經(jīng)由PLC系統傳達。

圖2 工藝優(yōu)化智能控制系統

2. 模糊閉環(huán)控制，具備AI意識

AQ工藝優(yōu)化智能控制系統應用模糊邏輯和閉環(huán)自動(dòng)控制原理，針對生活污水處理廠(chǎng)復雜的生物處理過(guò)程，可以根據不同的運行條件（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)調節曝氣時(shí)長(cháng)或強度、污泥回流量和加藥量等工藝參數，使活性污泥對污水中污染物的處理過(guò)程始終處于最佳狀態(tài)，因此可以得到穩定達標的出水，且能耗藥耗等運行成本顯著(zhù)降低。

圖3  AQUALOGIC 模型閉環(huán)自動(dòng)控制原理

（三）功能模塊

1. 基礎曝氣模塊

原理：根據設定的目標DO值實(shí)時(shí)調整電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)度。

實(shí)現：自動(dòng)控制風(fēng)機的曝氣量；有助于出水總氮且穩定；穩定溶解氧值。

圖4 曝氣控制

2. 節能模塊

原理：在基礎曝氣模塊基礎上，以好氧段池出口氨氮濃度，進(jìn)水流量，水溫為輸入參數，自動(dòng)設定范圍內的目標DO設定值。

實(shí)現：按照當前污水運行負荷自動(dòng)設定溶解氧目標值；節省曝氣能耗。

圖5 曝氣DO控制

3. 內循環(huán)模塊

原理：根據進(jìn)水流量、缺氧段和好氧段出口的硝基氮指標，動(dòng)態(tài)調整污水內循環(huán)量。

實(shí)現：根據水質(zhì)變化情況，合理調整反硝化作用，使出水總氮更低且穩定。

圖6 出水硝基氮控制

4. 碳源投加模塊

原理：根據流量，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：自動(dòng)投加碳源；節省藥耗；運行穩定性提高。

圖7 碳源投加控制

5. 生化系統運行數據實(shí)施監測

該系統能實(shí)施監測生化系統厭氧、缺氧、好樣段的DO、硝態(tài)氮、氨氮、MLSS、ORP、空氣流量、水溫、進(jìn)水流量等數據，并進(jìn)行實(shí)施調整。

圖8 數據實(shí)施監測

（四）系統優(yōu)勢

通過(guò)曝氣控制模塊和節能模塊實(shí)現，運行能耗節省15%以上；通過(guò)混凝劑和碳源投加模塊實(shí)現，藥劑消耗節省5%以上；通過(guò)內回流、污泥回流、污泥濃度等其他模塊實(shí)現，運行更穩定、出水水質(zhì)更優(yōu)；提升污水廠(chǎng)運行管理水平，整個(gè)系統的綜合效果。

（五）項目成效及分析

1、電耗分析

統手動(dòng)控制運行階段，廠(chǎng)內的溶解氧波動(dòng)較大，容易出現溶解氧過(guò)高、過(guò)低的極端情況，且無(wú)法準確實(shí)時(shí)調整鼓風(fēng)機風(fēng)量和閥門(mén)開(kāi)度造成能耗浪費。AQ智能控制系統運行之后，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(zhù)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(kāi)始投用，但由于每年1月、2月的春節期間由于進(jìn)水水質(zhì)劇烈變化導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月基礎曝氣和節能模塊開(kāi)始投用，22年1月碳源精準投加模塊開(kāi)始投用。由于每年1月、2月春節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(lái)計劃

1、持續發(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(jìn)口濾料采購的卡脖子隱患，同時(shí)降低采購成本。通過(guò)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(jìn)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(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)現中水回用，為污水廠(chǎng)附近范圍內提供綠化、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，嚴格落實(shí)安全環(huán)保各項責任，確保安全環(huán)保工作目標，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(chǎng)。

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