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”污水處理標桿比選活動結(jié)果。本次標桿比選活動歷時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”標桿污水廠榜單發(fā)布）。

(資料圖)

為傳播標桿廠優(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)展示第二期標桿廠風(fēng)采。本文以智慧化標桿廠——廣州市凈水有限公司廣州市瀝滘凈水廠為案例，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。

廣州市凈水有限公司廣州市瀝滘凈水廠在本次標桿比選中，榮獲“智慧化—智慧管控標桿污水廠”稱號。“雙百跨越”污水處理標桿聯(lián)盟特聘運營評估專員，中節(jié)能國禎環(huán)保科技股份有限公司技術(shù)總監(jiān)李濤點評道：這座水廠是數(shù)字化水廠的典范，配套了水質(zhì)全過程管控系統(tǒng)、精準曝氣、智能投加、安全監(jiān)控、設(shè)備檢測系統(tǒng)、數(shù)字孿生、智能安防等，而且開展數(shù)據(jù)智能應(yīng)用開發(fā)，不僅生產(chǎn)數(shù)字化、管理數(shù)字化，而且正走向數(shù)字產(chǎn)業(yè)化，非常期待這座廠數(shù)字價值開發(fā)的深度分享和交流。

01基本情況

廣州市凈水有限公司廣州市瀝滘凈水廠分三期建設(shè)，占地面積約29公頃。服務(wù)面積為115.5平方公里，服務(wù)人口約200萬人，服務(wù)范圍包括：海珠區(qū)（除洪德片區(qū)外）、番禺區(qū)大學(xué)城小谷圍和黃埔區(qū)長洲島等。設(shè)計污水處理規(guī)模75萬噸/日，尾水排入珠江后航道。

項目共分為三期，一、二期項目污水處理主體構(gòu)筑物為地上式布置，三期項目污水處理主體構(gòu)筑物為地下式布置。其中一期項目于2004年3月建成通水試運行，設(shè)計污水處理規(guī)模為20萬噸/日，采用改良A/O工藝；二期項目于2010年6月30日建成通水試運行，設(shè)計污水處理規(guī)模為30萬噸/日，采用改良A2/O工藝；三期工程于2020年6月20日通水試運行，設(shè)計污水處理規(guī)模為25萬噸/日，采用A2/O+V型濾池處理工藝。執(zhí)行《城市污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準及《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）地表V類水標準較嚴者。一二期污泥處理工藝采用“濃縮+機械脫水+熱干化”技術(shù)，三期污泥干化采用的“離心脫水+薄層干化”技術(shù)，所有干化后污泥統(tǒng)一送有資質(zhì)單位進一步減量化、無害化和資源化處理。

圖 1 廣州市瀝滘凈水廠全景

02特征優(yōu)勢

廣州市瀝滘凈水廠通過強化全流程精細化管理，精準曝氣，精確加藥，智慧安防等智慧管控措施，確保污水處理廠精細化、智能化運行，實現(xiàn)安全生產(chǎn)和節(jié)能降耗目的。

1. 水質(zhì)全流程精細化控制

廣州市瀝滘凈水廠三期南線在關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)投入2套水質(zhì)檢測儀表，實時檢測6個關(guān)鍵點（厭氧末段，缺一末段，好一末段，缺二末端，好二末端，二沉池出水）過程水質(zhì)數(shù)據(jù)，提前對進水量、內(nèi)回流開度、外回流污泥量比例、DO值進行工藝調(diào)優(yōu)，增強出水穩(wěn)定性。

通過分析過程水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)，提前發(fā)現(xiàn)異常進水，提前預(yù)警和工藝調(diào)整，提高污水處理系統(tǒng)抗沖擊負荷。通過對硝化反硝化的生物脫氮全過程、對厭氧釋磷和好氧吸磷效果的生物除磷全過程的監(jiān)控，實時掌控生化處理單元反應(yīng)進程情況，及時反饋系統(tǒng)脫氮除磷水平。利用采集到的過程水質(zhì)數(shù)據(jù)，設(shè)定各反應(yīng)段限值，及時靈活調(diào)整工藝參數(shù)，建立基于各反應(yīng)段限值的精細化工藝調(diào)控機制。項目首創(chuàng)水質(zhì)全流程精細化控制系統(tǒng)，能夠提前6-15小時預(yù)判凈水廠出水效果。

2. 精準曝氣

廣州市瀝滘凈水廠三期投入精確曝氣系統(tǒng)，針對污水生物處理工藝的曝氣過程進行分析建模，采用“前饋+模型+反饋”的多參數(shù)控制策略，通過按需供、配氣來實現(xiàn)出水達標排放和節(jié)能運行。系統(tǒng)接收進水流量、COD、氨氮（可選）等前饋信號，以及從現(xiàn)場每個受控曝氣單元采集到的DO、水溫、MLSS、液位等反饋信號，對上述數(shù)據(jù)進行預(yù)處理后，需氣量計算模塊基于數(shù)學(xué)模型計算出各個曝氣單元的需氣量及總需氣量。

系統(tǒng)將計算得出的總需氣量信號發(fā)送至鼓風(fēng)機主控柜MCP，作為鼓風(fēng)機輸出的設(shè)定總氣量。利用鼓風(fēng)機控制系統(tǒng)，自動控制鼓風(fēng)機組的啟停、導(dǎo)葉開度，從而調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機的輸出氣量，使之按需氣量的要求輸出，實現(xiàn)按需供氣。系統(tǒng)不僅考慮曝氣池總體需要的總需氣量，也考慮到各個曝氣單元的需氣量。基于多閥門最優(yōu)開度控制策略，通過調(diào)節(jié)閥門開度調(diào)節(jié)單個曝氣控制區(qū)的氣量，實現(xiàn)曝氣量在不同曝氣控制單元的快速、精確配氣，使各單元分配到的實際氣量逼近該單元的需氣量（即設(shè)定氣量），實現(xiàn)按需配氣。

3.精確加藥

針對除磷劑、乙酸鈉、次氯酸鈉投加環(huán)節(jié)，瀝滘三期追加過程監(jiān)測儀表和建立智能控制系統(tǒng)，根據(jù)水質(zhì)水量等情況對加藥量等進行優(yōu)化控制，在穩(wěn)定出水的基礎(chǔ)上降低藥耗并減少工藝人員工作量。

在自控SCADA系統(tǒng)增加控制程序，將生化池出水總磷或三期出水總磷數(shù)據(jù)作為控制參數(shù)，進行PID關(guān)聯(lián)，合理分配除磷劑投加量。將碳源加藥泵的頻率作為生化池碳源藥劑投加過程的控制參數(shù)，合理分配除碳源投加。

將次氯酸鈉加藥泵的頻率作為消毒藥劑投加過程的控制參數(shù)，通過余氯數(shù)值，合理投加消毒劑。

4. 設(shè)備預(yù)防性維護——格柵AI分析

在廣州市瀝滘凈水廠三期選擇2臺格柵清污機進行智能改造，每臺粗格柵各自增加兩個視覺監(jiān)管設(shè)備（格柵機正對面和格柵機正上方），通過對耙斗傾斜、耙斗垃圾和前池垃圾等三個場景實施監(jiān)控、識別和預(yù)警。通過人工智能視覺識別技術(shù)，對運行設(shè)備進行實施監(jiān)控和狀態(tài)識別，包括耙斗傾斜檢測、垃圾占比識別和耙斗大件垃圾檢測三個人工智能應(yīng)用場景。視覺監(jiān)管系統(tǒng)與工控系統(tǒng)預(yù)警信息集成，構(gòu)建連鎖控制機制，當(dāng)以上三種情況有告警信息發(fā)生時，對粗格柵機進行停機檢查，實現(xiàn)及時處置設(shè)備運行問題，確保設(shè)備運行安全。格柵AI分析提高格柵運維的自動化和智慧化水平，保障格柵設(shè)備安全、穩(wěn)定運行，降低人工日常巡檢的人力成本，降低格柵突發(fā)故障導(dǎo)致的維修成本和處理水量損失。

5. 設(shè)備預(yù)防性維護——刮泥機電機監(jiān)測

廣州市瀝滘凈水廠三期在二沉池30臺刮泥機左右兩邊安裝同步限位裝置，保證刮板始終與二沉池導(dǎo)軌保持垂直運行，減少刮板掉落池體的情況。并完成30臺刮泥機電機軸功率保護器安裝，實時動態(tài)監(jiān)測刮泥機運行負載情況，提前預(yù)判刮泥機過載運行情況，減少斷鏈情況的發(fā)生。一旦欠載或過載，可立即自動停止電機，激活報警，從而及時避免刮泥機運行異常導(dǎo)致的設(shè)備損壞，延長刮泥機使用壽命。

6. 設(shè)備預(yù)防性維護——水泵震動監(jiān)測

在一二期提標V型濾池安裝有6臺KSB OMEGAV350-360B干式離心泵，在泵主軸承位外殼緊貼安裝ZETA無線振動傳感器，監(jiān)測主傳動支撐位的振動速度、加速度、位移，系統(tǒng)軟件以ISO2372轉(zhuǎn)動設(shè)備振動烈度評定標準判斷是否正常。并可通過APP和WEB客戶端進行查看實時運行狀態(tài)、預(yù)警信息。在三期預(yù)處理段8臺提升泵（KSB KRTK500-634/908UNG-S）就地箱進行改造，更換KSB最新的保護器，采集水泵運行數(shù)據(jù)，通過RS485通訊接中控，實時了解現(xiàn)場的泵運行情況。保護器具備常規(guī)潛水泵監(jiān)測能力外，還具備三相電源監(jiān)測能力，具有故障及歷史運行數(shù)據(jù)追溯功能，模塊參數(shù)可根據(jù)實際工況動態(tài)調(diào)節(jié)，通過智能終端APP輕松訪問設(shè)備，完成實時監(jiān)測，具備Modbus數(shù)據(jù)遠傳能力。

7. AR遠程協(xié)作

通過在廣州市瀝滘凈水廠三期建設(shè)AR巡檢及遠程協(xié)助項目，協(xié)助巡檢人員通過AR眼鏡完成巡檢工作，進行遠程協(xié)助，保障巡檢期間的人員安全，形成相關(guān)的設(shè)備知識庫。

巡檢人員在巡檢過程中可通過AR眼鏡輔助巡檢，可讀取設(shè)備信息、確認狀態(tài)、查看操作視頻等；進行巡檢和維修工作時，可通過AR與專家聯(lián)線，共享現(xiàn)場畫面，進行語音互動，實現(xiàn)遠程協(xié)助；保障巡檢過程中的人員安全，進行危險預(yù)警，包括毒氣預(yù)警和危險區(qū)域提醒。

8. 員工生命手環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)

廣州市瀝滘凈水廠三期為試點，融合大數(shù)據(jù)深度分析、物聯(lián)網(wǎng)、UWB定位等前沿技術(shù)，設(shè)置UWB定位基站，配備智能手環(huán)，打造“生命安全監(jiān)測+精準定位”功能于一體的員工生命安全監(jiān)控系統(tǒng)。

圖 2 生命手環(huán)

一旦發(fā)生險情，系統(tǒng)發(fā)出警報，可快速精準定位遇險人員所在位置，在黃金救援時間內(nèi)對人員進行救援，增加遇險人員生存幾率，減少事故損失。

員工生命手環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測人員心率血氧和定位信息，保障在應(yīng)急狀態(tài)下可清晰觀察報警狀態(tài)下的職工所處環(huán)境情況，便于救援。手環(huán)設(shè)置被動監(jiān)測報警和主動報警，提高人員發(fā)生意外應(yīng)急救援響應(yīng)速度。同時設(shè)有實現(xiàn)電子圍欄效果，有效對重點場所、施工場所強化人員進出管理，防止意外事件發(fā)生。

9. 智慧安防系統(tǒng)

以廣州市瀝滘凈水廠三期AR實景地圖為載體，構(gòu)筑一個實景化系統(tǒng)底座，整合二維地圖、AR實景圖、3D平面圖、VR全景圖4種可視化地圖，融合訪客管理、車輛管理、人臉門禁、人臉攝像機、智能周界、緊急對講、安全帽識別、水浸、煙火異常識別、安消聯(lián)動等10個智慧化應(yīng)用場景，同時，匯聚人臉、車輛、越界、安全帽、明火、煙霧、水浸、手環(huán)、消防等10類閉環(huán)式告警處置及智能化分析算法，挖掘日常自動巡航、安防預(yù)案規(guī)劃、安消系統(tǒng)聯(lián)動、手環(huán)系統(tǒng)對接4項自動化聯(lián)動功能，打造可感知、可聯(lián)動、可告警、可追溯的全方位立體化AR實景安全防控園區(qū)。

圖 3 智慧安防實景地圖

安防系統(tǒng)整合接入600余路高清攝像頭，其中新增2路鷹眼高清攝像頭、220多路智能化視頻分析攝像頭、利舊355路攝像頭進行后臺視頻結(jié)構(gòu)化分析、利舊接入普通攝像頭125路，總體智能化覆蓋率達到47%。利用舊70路監(jiān)控攝像機，進行安全帽識別；利舊31路監(jiān)控攝像機進行明火、煙霧識別；利用舊27路監(jiān)控攝像機進行水浸識別。

系統(tǒng)設(shè)有精細化預(yù)案巡查模式，系統(tǒng)的自動化視頻巡查、精準化布控預(yù)警和精細化預(yù)案規(guī)劃等特色功能，結(jié)合安全帽識別、水浸煙火識別等算法，形成對園區(qū)內(nèi)人員行為、異常事件的全方位的立體化實景安全防控，克服人工巡檢的主觀行為缺陷。同時建立智能化安全巡檢機制，助力園區(qū)安全巡檢：人臉布控、智能周界、智能機器人等應(yīng)用場景，引入智能化預(yù)警和視頻聯(lián)動手段，對園區(qū)實現(xiàn)日常巡航（包括AI巡檢和普通攝像機資源聯(lián)動）、事件主動預(yù)警，通過智慧安防系統(tǒng)，人、車、物數(shù)據(jù)線上融合，原來每天人工巡檢，現(xiàn)在真正做到7*24小時不間斷巡查和防控。

10. 智能巡邏機器人

在廣州市瀝滘凈水廠三期地下一層部署巡邏機器人，平時配合巡邏人員進行日常巡邏工作，它擁有安保巡邏、人臉識別、高溫預(yù)警、疫情防控、人員管控、火災(zāi)預(yù)警、重點區(qū)域巡邏等功能，配合巡邏人員進行日常巡邏任務(wù)；當(dāng)有外來訪客參觀時，機器人會暫停巡邏任務(wù)，沿著設(shè)定好的路線帶領(lǐng)訪客參觀地下廠區(qū)工藝段，并播放語音，為訪客介紹廠區(qū)生產(chǎn)工藝。

圖 4 智能巡邏機器人

巡邏機器人可協(xié)助接待人員更好地完成接待工作，減少接待人員工作量；同時還可輔助園區(qū)安保人員，減少其對園區(qū)的巡邏工作量。建設(shè)智能機器人項目可以展示公司的形象，提高外來參觀學(xué)習(xí)的訪客的參與度，加深其對智慧園區(qū)和智慧凈水廠的認識；同時提升科技感，提升企業(yè)品牌效應(yīng)。

03企業(yè)榮譽

廣州市瀝滘凈水廠在2020年獲得“治水突出貢獻獎”，三期工程、提標改造設(shè)計-采購-施工總承包（EPC）獲得“廣州市水務(wù)精品工程獎”。

廣州市瀝滘凈水廠實現(xiàn)再生水的綜合利用，凈水廠出水作為生態(tài)補水排入西江涌、二圍涌，優(yōu)質(zhì)水源的排入助力廣州治水“長制久清”。在2021年開始，響應(yīng)政府號召，開放再生水取水點，向市政、綠化園林、環(huán)衛(wèi)等水單位開放。

近年來，廣州凈水公司通過自身研發(fā)及聯(lián)合高校科研機構(gòu)等，試點回收污泥制作花盆、有機肥料，實現(xiàn)污泥的資源化利用，目前污泥加工后的園林花卉產(chǎn)品已用于花卉種植，實現(xiàn)碳減排，達到綠色循環(huán)。在科研創(chuàng)新方面，論文《基于生命體征監(jiān)測與實時定位技術(shù)的地埋式凈水廠信息化系統(tǒng)應(yīng)用研究》入選2022年廣州市安全生產(chǎn)和應(yīng)急管理服務(wù)工作研討交流文選集，獲得“二沉池污泥監(jiān)控裝置” “二沉池刮泥機保護模組” “地埋式凈水廠用危險感知智能AR眼鏡”和“用于地埋式凈水廠的高精度心跳血氧監(jiān)測手環(huán)”等4項實用新型專利和“格柵智能監(jiān)控預(yù)警方法和系統(tǒng)”1項發(fā)明新型專利。

04未來計劃

1. 生態(tài)轉(zhuǎn)型

針對當(dāng)前污水處理定價機制的調(diào)整造成的政策性虧損及土地綜合開發(fā)因政策等因素造成的滯后狀態(tài)，應(yīng)用信息科技手段，全力推進降本增效、深化運營管理，加快實現(xiàn)生態(tài)化戰(zhàn)略并向生態(tài)型組織的轉(zhuǎn)型。

廣州市瀝滘凈水廠（三期）以環(huán)保、綠色、親民、集約的設(shè)計思路，充分利用周邊海珠國家濕地公園和瀛洲生態(tài)公園的優(yōu)美景觀資源優(yōu)勢，運用現(xiàn)代嶺南建筑的特點，盡顯建筑特有的地域性風(fēng)格。

建筑設(shè)計以集約為原則，污水處理中心采用全地埋式設(shè)計，以最小的用地、最流暢的工業(yè)建筑流程、噪音與廢氣排放最小化的設(shè)計原則，在滿足建筑空間與用地尺度配置適宜的前提下與自然景觀融合，使整個凈水廠圍繞于綠色植被和清涓細流之中。

2. 智慧水務(wù)

全力推動智慧水務(wù)變革，深入挖掘和廣泛運營水務(wù)信息資源，結(jié)合工藝設(shè)計優(yōu)化、自控系統(tǒng)完善等措施，建立“少人高效”水廠運營模式和“1+N”組團智慧運營模式，打造集智能生產(chǎn)、智能調(diào)度等多功能于一體的智慧污水廠。建立智慧凈水廠組件專家決策系統(tǒng)，減少人工，以“物聯(lián)網(wǎng)”、“大數(shù)據(jù)”和“云計算”等信息技術(shù)為支撐，充分融入科技手段的創(chuàng)新，推動數(shù)據(jù)采集和傳輸、存儲和轉(zhuǎn)換共享、分析和挖掘，科學(xué)建立水質(zhì)預(yù)測與參數(shù)控制模型。探索一種基于過程段水質(zhì)數(shù)據(jù)的精細化調(diào)控方法，全流程智能監(jiān)測過程水質(zhì)處理情況，實時預(yù)測預(yù)警，同時進行本地化適配迭代工作以更精準輔助決策，避免調(diào)度人員主管差異，建立標準化、智慧調(diào)控系統(tǒng)。推動污水處理運營向科學(xué)化、數(shù)字化、智慧化的提升。

3. 難題攻克

針對地埋式凈水廠面臨的核心技術(shù)難題，依托高等院校在數(shù)學(xué)模型、裝置設(shè)備和技術(shù)集成等多方面進行攻關(guān)，力爭在除臭、節(jié)能減排、提標改造技術(shù)等取得突破并應(yīng)用于運營。

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