最大处理量15万吨/天！看中环保水务旗下污水厂关键环节精准控制标杆展示

2022年11月，双百联盟在“2022（第十四届）水业热点论坛”发布了第二期“双百跨越”污水处理标杆比选活动结果。本次标杆比选活动历时4个月，来自32家水务企业的73座污水处理厂进入区域评审环节，最终25家水务企业的33座污水厂上榜（33座污水厂上榜，第二期“双百跨越”标杆污水厂榜单发布）。

为传播标杆厂优秀建设和运营管理经验，双百联盟将以“精细化-智慧化-资源化-低碳化-生态化-社会化”评选维度，系统展示第二期标杆厂风采。本文以智慧化标杆厂——中环保水务投资有限公司湖州东部新区污水处理厂为案例，向行业同仁展示该厂的智慧化特征优势，为污水处理厂智慧化建设提供案例支持。

中环保水务投资有限公司湖州东部新区污水处理厂在本次标杆比选中，荣获“智慧化—关键环节精准控制标杆污水厂”称号。“双百跨越”污水处理标杆联盟顾问专家，中国人民大学环境学院教授/博士生导师王洪臣点评道：该厂的关键环节精准控制方面特征比较鲜明，优化了主要环节的自动化控制，而在整体的控制逻辑梳理上带有进一步清晰，追求更科学合理。“双百跨越”污水处理标杆联盟比选专家，中节能国祯环保科技股份有限公司专家委员会主任王颖哲点评道：该厂采用Intech AquaLogic-模糊逻辑下的工艺优化控制系统。信息自动化程度高，实现模糊闭环控制，具备一定的AI意识，值得现场交流学习。

01基本情况

中环保水务投资有限公司湖州东部新区污水处理厂（湖州中环水务有限责任公司）于2004年9月成立，现位于吴兴318国道北、叶堤漾路南，义山路和阿祥路之间。东部污水厂规划控制用地18.5公顷，污水厂一期用地5.053公顷。污水处理厂尾水通过318国道涵洞直接排入頔塘（长湖申航道），按《浙江省地面水环境保护功能规划》，頔塘执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的III类水质标准，排入此类水体应执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准。湖州市东部新区污水处理厂工程项目分为一期工程（5万吨/日）和二期工程（10万吨/日，近期5万吨/日）。

图1 湖州东部新区污水处理厂全景

02特征优势

湖州东部新区污水处理厂采用智能化工艺控制系统（Intech AQUALOGIC），实现智能曝气、智能药剂投加、数据实时监测等功达到污水处理厂精细化、智能化运行、安全生产和节能降耗目的。

（一）生物池工艺智能优化系统

区别于传统人工手动调整工艺运行的控制方式，湖州市东部新区污水处理厂在二期扩建项目中投建了智能化工艺控制系统（Intech AQUALOGIC），该系统软件通过工业以太网连接在整个网络中，能够利用现有的数据结构，具有自适应功能、多变量控制功能；结合水质和水量波动实时动态地调节工艺设备的运行状况，对生化系统的曝气节能、内循环、碳源投加等进行智能化控制，最终实现动态调节工艺设备的运行状况达到如下效果：①药剂的精确投加及优化控制；②生化处理系统运行效果的优化控制；③在满足工艺运行效果的前提下，节省污水处理设备的用电量。

（二）核心特征

1. 信息自动化程度高、传输效率快

通过OPC服务器实现了与厂内系统和厂内PLC的兼容。全天24小时连续接收和识别污水处理厂内在线检测仪表的实时数据，根据接收数据的变化趋势，生成对工艺设备的指令并经由PLC系统传达。

图2 工艺优化智能控制系统

2. 模糊闭环控制，具备AI意识

AQ工艺优化智能控制系统应用模糊逻辑和闭环自动控制原理，针对生活污水处理厂复杂的生物处理过程，可以根据不同的运行条件（进水量、水质变化和环境温度等）的变化，来实时调节曝气时长或强度、污泥回流量和加药量等工艺参数，使活性污泥对污水中污染物的处理过程始终处于最佳状态，因此可以得到稳定达标的出水，且能耗药耗等运行成本显著降低。

图3  AQUALOGIC 模型闭环自动控制原理

（三）功能模块

1. 基础曝气模块

原理：根据设定的目标DO值实时调整电动阀门开度。

实现：自动控制风机的曝气量；有助于出水总氮且稳定；稳定溶解氧值。

图4 曝气控制

2. 节能模块

原理：在基础曝气模块基础上，以好氧段池出口氨氮浓度，进水流量，水温为输入参数，自动设定范围内的目标DO设定值。

实现：按照当前污水运行负荷自动设定溶解氧目标值；节省曝气能耗。

图5 曝气DO控制

3. 内循环模块

原理：根据进水流量、缺氧段和好氧段出口的硝基氮指标，动态调整污水内循环量。

实现：根据水质变化情况，合理调整反硝化作用，使出水总氮更低且稳定。

图6 出水硝基氮控制

4. 碳源投加模块

原理：根据流量，好氧池出口的硝基氮浓度自动控制碳源投加泵投加碳源。

实现：自动投加碳源；节省药耗；运行稳定性提高。

图7 碳源投加控制

 5. 生化系统运行数据实施监测

该系统能实施监测生化系统厌氧、缺氧、好样段的DO、硝态氮、氨氮、MLSS、ORP、空气流量、水温、进水流量等数据，并进行实施调整。

图8 数据实施监测

（四）系统优势

通过曝气控制模块和节能模块实现，运行能耗节省15%以上；通过混凝剂和碳源投加模块实现，药剂消耗节省5%以上；通过内回流、污泥回流、污泥浓度等其他模块实现，运行更稳定、出水水质更优；提升污水厂运行管理水平，整个系统的综合效果。

（五）项目成效及分析

1、电耗分析

统手动控制运行阶段，厂内的溶解氧波动较大，容易出现溶解氧过高、过低的极端情况，且无法准确实时调整鼓风机风量和阀门开度造成能耗浪费。AQ智能控制系统运行之后，这种情况大大被改善。自动控制时吨水电耗降低约29%，显著降低了鼓风机的耗电量。

图9  风机电单耗变化

2、药耗分析

碳源投加功能模块于2022年1月开始投用，但由于每年1月、2月的春节期间由于进水水质剧烈变化导致需投加大量的碳源药剂。除去1月、2月的特殊情况，对比22年的3月-6月和2021年的3月-12月，可以看出碳源精准投加的功能模块使用后，每月的药剂使用量和药单耗量相对稳定且同比所有下降约21.3%。

图10  药单耗变化（KG/吨）

（六）单位直接成本分析

2021年7月基础曝气和节能模块开始投用，22年1月碳源精准投加模块开始投用。由于每年1月、2月春节特殊期的药剂使用量特别大，因此，对比22年3—6月和21年3—6月期间，可以看出在该AQ智能优化工艺控制系统使用后，在风机能耗、碳源投加方面发挥了一定的作用，使用这两项的单位成本下降了约23%。

03未来计划

1、持续发展科技创新工作

（1）生物填料研究试验，为打破UBF反硝化滤池进口滤料采购的卡脖子隐患，同时降低采购成本。通过对原滤料的性能分析，烧制一种国产滤料作为替代品；

（2）污泥水解干化研究试验，进一步降低离心脱水机脱泥后的污泥含税率。

2、提高中水回用率

未来积极推动与政府合作，将排放水经过深处理后可实现中水回用，为污水厂附近范围内提供绿化、办公生活、工业生产使用，并使之产生效益。

3、提高精细化管理

湖州中环水务将在集团公司和公司总部的领导下，坚持“管理精细化、安全常态化、服务人性化、效益最大化”的工作思路，严格落实安全环保各项责任，确保安全环保工作目标，全面提高企业核心竞争力和品牌影响力，积极拓展周边水务市场。

编辑：李丹