2022年11月，雙百聯盟在“2022（第十四屆）水業熱點論壇”發布了第二期“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家水務企業的73座污水處理廠進入區域評審環節，最終25家水務企業的33座污水廠上榜（33座污水廠上榜，第二期“雙百跨越”標桿污水廠榜單發布）。

(資料圖)

為傳播標桿廠優秀建設和運營管理經驗，雙百聯盟將以“精細化-智慧化-資源化-低碳化-生態化-社會化”評選維度，系統展示第二期標桿廠風采。本文以智慧化標桿廠——中環保水務投資有限公司湖州東部新區污水處理廠為案例，向行業同仁展示該廠的智慧化特征優勢，為污水處理廠智慧化建設提供案例支持。

中環保水務投資有限公司湖州東部新區污水處理廠在本次標桿比選中，榮獲“智慧化—關鍵環節精準控制標桿污水廠”稱號。“雙百跨越”污水處理標桿聯盟顧問專家，中國人民大學環境學院教授/博士生導師王洪臣點評道：該廠的關鍵環節精準控制方面特征比較鮮明，優化了主要環節的自動化控制，而在整體的控制邏輯梳理上帶有進一步清晰，追求更科學合理。“雙百跨越”污水處理標桿聯盟比選專家，中節能國禎環保科技股份有限公司專家委員會主任王穎哲點評道：該廠采用Intech AquaLogic-模糊邏輯下的工藝優化控制系統。信息自動化程度高，實現模糊閉環控制，具備一定的AI意識，值得現場交流學習。

01基本情況

中環保水務投資有限公司湖州東部新區污水處理廠（湖州中環水務有限責任公司）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。東部污水廠規劃控制用地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《浙江省地面水環境保護功能規劃》，頔塘執行《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中的III類水質標準，排入此類水體應執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（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 湖州東部新區污水處理廠全景

02特征優勢

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

（一）生物池工藝智能優化系統

區別于傳統人工手動調整工藝運行的控制方式，湖州市東部新區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（Intech AQUALOGIC），該系統軟件通過工業以太網連接在整個網絡中，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；結合水質和水量波動實時動態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、碳源投加等進行智能化控制，最終實現動態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化控制；②生化處理系統運行效果的優化控制；③在滿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. 信息自動化程度高、傳輸效率快

通過OPC服務器實現了與廠內系統和廠內PLC的兼容。全天24小時連續接收和識別污水處理廠內在線檢測儀表的實時數據，根據接收數據的變化趨勢，生成對工藝設備的指令并經由PLC系統傳達。

圖2 工藝優化智能控制系統

2. 模糊閉環控制，具備AI意識

AQ工藝優化智能控制系統應用模糊邏輯和閉環自動控制原理，針對生活污水處理廠復雜的生物處理過程，可以根據不同的運行條件（進水量、水質變化和環境溫度等）的變化，來實時調節曝氣時長或強度、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程始終處于最佳狀態，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降低。

圖3  AQUALOGIC 模型閉環自動控制原理

（三）功能模塊

1. 基礎曝氣模塊

原理：根據設定的目標DO值實時調整電動閥門開度。

實現：自動控制風機的曝氣量；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，進水流量，水溫為輸入參數，自動設定范圍內的目標DO設定值。

實現：按照當前污水運行負荷自動設定溶解氧目標值；節省曝氣能耗。

圖5 曝氣DO控制

3. 內循環模塊

原理：根據進水流量、缺氧段和好氧段出口的硝基氮指標，動態調整污水內循環量。

實現：根據水質變化情況，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控制碳源投加泵投加碳源。

實現：自動投加碳源；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施監測

該系統能實施監測生化系統厭氧、缺氧、好樣段的DO、硝態氮、氨氮、MLSS、ORP、空氣流量、水溫、進水流量等數據，并進行實施調整。

圖8 數據實施監測

（四）系統優勢

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

（五）項目成效及分析

1、電耗分析

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

圖9  風機電單耗變化

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月的春節期間由于進水水質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始投用，22年1月碳源精準投加模塊開始投用。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智能優化工藝控制系統使用后，在風機能耗、碳源投加方面發揮了一定的作用，使用這兩項的單位成本下降了約23%。

03未來計劃

1、持續發展科技創新工作

（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，將排放水經過深處理后可實現中水回用，為污水廠附近范圍內提供綠化、辦公生活、工業生產使用，并使之產生效益。

3、提高精細化管理

湖州中環水務將在集團公司和公司總部的領導下，堅持“管理精細化、安全常態化、服務人性化、效益最大化”的工作思路，嚴格落實安全環保各項責任，確保安全環保工作目標，全面提高企業核心競爭力和品牌影響力，積極拓展周邊水務市場。

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