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）。

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)——中信環(huán)境遼陽(yáng)市中心區污水處理廠(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。

中信環(huán)境遼陽(yáng)市中心區污水處理廠(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)盟特聘運營(yíng)評估專(zhuān)員，開(kāi)平粵海水務(wù)有限公司董事長(cháng)譚綺娜點(diǎn)評道：該廠(chǎng)設立智慧水務(wù)大數據平臺，使用軟件對大量數據分析，得出各個(gè)應用系統的參數，實(shí)現從理論數字到現實(shí)生活模型中，具有較強的實(shí)用性和創(chuàng )新性。并且對能效建立了分析模型，控制成本，有參考價(jià)值。

(資料圖片)

01項目概況

遼陽(yáng)市中心區污水處理項目于2001年8月動(dòng)工興建，2004年10月竣工投產(chǎn)。項目總投資為3.7億元人民幣（其中污水處理廠(chǎng)投資2.5億元人民幣，外圍管網(wǎng)投資1.2億元人民幣），廠(chǎng)區占地19公頃，受水面積33.7平方公里，服務(wù)人口39.5萬(wàn)人，設計污水處理量為20萬(wàn)噸/天。項目采用帶前置厭氧段的普通曝氣活性污泥工藝，主要去除污水中COD、BOD、SS、TP等污染物質(zhì)，中水排放執行《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB18918-2002）二級排放標準。

2012年，遼陽(yáng)市中心區污水處理項目進(jìn)行工藝升級，通過(guò)對生化處理系統進(jìn)行改造，增加深度處理系統、消毒系統及化學(xué)除磷措施，選用AAO+MBR（膜生物反應器）組合工藝，改造完成后，AAO+二沉池+轉盤(pán)濾池工藝污水處理量為12萬(wàn)噸/天，AAO+MBR工藝污水處理量為8萬(wàn)噸/天。污泥處理采用板框壓濾機機械脫水，泥餅處置方式為制磚建材利用。2012年9月30日正式通水試運行，2013年9月通過(guò)環(huán)保驗收，出水水質(zhì)達到《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A排放標準。

圖1 遼陽(yáng)中心區污水處理廠(chǎng)全景

02特征優(yōu)勢

開(kāi)源節流，以生產(chǎn)創(chuàng )新為導向，持續改進(jìn)，全面提升經(jīng)營(yíng)質(zhì)量和效益。細節決定成敗，細節決定質(zhì)量，細節產(chǎn)生效益，在細節上做文章，挖潛降耗，優(yōu)化管控，以達到節支增效的目標。

遼陽(yáng)信環(huán)水處理有限公司中心區污水處理廠(chǎng)對現存的生產(chǎn)工藝、設備管理等進(jìn)行琢磨，精益求精，綜合利用集團資源，在關(guān)鍵環(huán)節管控上，采用一平臺+五個(gè)應用的智能管控模式。實(shí)現遼陽(yáng)中心廠(chǎng)生產(chǎn)運營(yíng)的數字化、精細化。

1. 智慧水務(wù)數字化平臺

平臺核心是大數據系統，通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)作為基底架構，開(kāi)發(fā)了多個(gè)業(yè)務(wù)應用系統生產(chǎn)、工單、綜合能耗、高級應用等。每個(gè)應用中，根據不同的管控需求，分別建立多個(gè)不同的管控模型、參量庫。智慧水務(wù)平臺的核心是“大數據系統”，所有的業(yè)務(wù)均建立在大數據系統的基礎上實(shí)現的。首先大數據系統通過(guò)多種方式對生產(chǎn)運營(yíng)中各項基礎數據進(jìn)行自動(dòng)采集輔助人工數據的導入。針對采集的數據做自動(dòng)篩選、歸檔、審批流轉。

該應用的投入，徹底解放了人工數據收集低級、乏味的重復性勞動(dòng)工作，極大的提高了各業(yè)務(wù)單位基礎數據處理的時(shí)效性。通過(guò)大數據系統對基礎運營(yíng)數據的采集、匯總、歸檔，形成大數據庫。不僅可以為上層應用做基礎數據支撐，并可以通過(guò)數據的對比分析，直接賦能一線(xiàn)生產(chǎn)運行。1800多天、50多座水廠(chǎng)數據的存儲空間，為以后的工藝調整、技術(shù)改造提供強有力的基礎數據支撐。

2. 數字化精細化應用及成效

綜合利用集團資源，結合現場(chǎng)實(shí)際情況，遼陽(yáng)中心區污水處理廠(chǎng)技術(shù)小組自主研發(fā)了五個(gè)數字化藥劑管控系統。

（1）綜合能源管理應用系統

遼陽(yáng)中心廠(chǎng)通過(guò)集團平臺賦能，實(shí)現工藝參量的精準控制，能耗降低、全面提升企業(yè)整體運營(yíng)質(zhì)量和效益。

通過(guò)4/5G無(wú)線(xiàn)技術(shù)，對重點(diǎn)設備、重點(diǎn)工藝單元的電耗、電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監測、分析、預警。遼陽(yáng)中心區污水處理廠(chǎng)利用GPS仿真+大數據分析技術(shù)，建立標準工藝參數庫，并結合設備運行電氣原理定義了能效分析監測模型，如空氣系統、輸送系統、混合系統等等。曝氣系統評價(jià)體系，主要針對曝氣器效率、風(fēng)機效率進(jìn)行評價(jià)。通過(guò)輸入單位時(shí)間內進(jìn)出水數據、溶解氧、風(fēng)機出口升壓、水溫、排泥量、有效水深等參數，計算理論氣水比、曝氣器氧利用率、堵塞率；通過(guò)風(fēng)機風(fēng)量、實(shí)際功率、背壓等參數，計算出風(fēng)機效率。再結合大數據平臺與GPS仿真模型，可以輸出空氣系統實(shí)際狀態(tài)參數，同時(shí)標定系統最優(yōu)值。以此為控制標準，評價(jià)空氣系統是否在最優(yōu)運行狀態(tài)，進(jìn)而反饋調節。對于低效運行設備，進(jìn)一步考慮大修重置。在提升能效的同時(shí)，綜合能源管理輔之以諧波監測、三相不平衡監測、全時(shí)段設備負荷分析等手段，進(jìn)一步提高廠(chǎng)內配電網(wǎng)電能質(zhì)量、優(yōu)化電費結構，實(shí)現整體能源費用下降、設備故障率下降。

系統的投用，遼陽(yáng)中心區污水處理廠(chǎng)降耗顯著(zhù)，噸水電耗由原來(lái)的0.24kWh/t降至0.20kWh/t，全流程的能效提升10%，員工的綠色能源意識有較大提升。

圖2 設備能耗分析

遼陽(yáng)中心區污水處理廠(chǎng)使用GPS-X軟件進(jìn)行仿真建模，結合ASM仿真和運行經(jīng)驗制定一廠(chǎng)一策分析模型，通過(guò)模型指導合理調整峰平谷時(shí)段系統設備運行。

通過(guò)重點(diǎn)設備能耗分析模型，合理匹配設備運行模式。通過(guò)工藝單元能耗分析模型建立，通過(guò)水量、泥量、水質(zhì)等整體評估單元能耗及效率情況，根據分析數據對設備、工藝運行進(jìn)行匹配調整，形成整體協(xié)同效應，實(shí)現能耗最低化、效率最大化；同時(shí)在大數據技術(shù)的加持之下，通過(guò)對大量的、不同條件下的大數據分析，及GPS-X的數學(xué)模型分析結果擬合校正；得到各應用系統控制參數，輸出污泥調理、碳源投加、能源管理等系統的控制邏輯；同時(shí)遼陽(yáng)中心區污水處理廠(chǎng)基于此控制邏輯，自主設計、編程、安裝，衍生出一系列實(shí)踐應用：實(shí)現從理論數學(xué)模型到現場(chǎng)“真實(shí)”模型的進(jìn)化。

（2）基于CST為基礎的污泥脫水數字化投藥系統

遼陽(yáng)中心區污水處理廠(chǎng)脫水車(chē)間設計采用板框壓濾機進(jìn)行污泥脫水，藥劑采用石灰+三氯化鐵。受環(huán)保政策影響石灰藥劑采購受限、質(zhì)量難以把控。設備磨損大，鈣垢導致管路堵塞，生產(chǎn)極不穩定，嚴重影響全系統運行。經(jīng)過(guò)近2年的試驗、選型、摸索最終選擇聚合硫酸鐵+特型PAM乳液作為污泥脫水藥劑，并采用“CST基礎的污泥脫水數字化投藥系統”實(shí)現了遼陽(yáng)中心廠(chǎng)脫水車(chē)間藥劑投加的數字化、生產(chǎn)運營(yíng)精細化、穩定化。

圖3 污泥脫水數字化投藥系統

污水脫水數字化績(jì)效評價(jià)：

① 系統投用后降耗十分明顯：PAM單耗同期下降28%。鐵鹽單耗同期下降20%。

② 環(huán)比降耗效果更顯著(zhù)：PAM單耗降幅最大44%。鐵鹽單耗降幅最高35%。

③ 有機藥劑的應用，消除石灰增重的影響，污泥量下降30%，年節省處置費102 萬(wàn)元。

（3）以出水余氯為基礎的數字化消毒系統

通過(guò)平臺賦能，中心廠(chǎng)自主改造了“以出水余氯為基礎的數字化消毒系統”，利用出水余氯作為反饋基礎，人工監測糞大腸指標作為參考，系統實(shí)時(shí)調節次氯酸鈉藥劑投加量，在出水穩定達標的基礎上，解決了藥劑過(guò)渡投加形成浪費，避免余氯過(guò)高對下游水體的影響。目前次氯酸鈉加藥量3mg/L，(以有效氯計），降耗10%，年節省藥劑費13萬(wàn)元。

圖 4次氯酸鈉消毒邏輯控制圖

（4）碳源數字化投加系統

通過(guò)平臺賦能，中心廠(chǎng)還自主改造了“碳源數字化投加系統”，碳源是非常規投加藥劑，系統利用進(jìn)水碳氮比作為反饋基礎，出水TN、進(jìn)水流量作為參比數據，通過(guò)PLC實(shí)現的模糊控制。碳源消耗比△C/△N<4。該系統投用極大穩定了中心廠(chǎng)出水指標，避免藥劑浪費，消除出水指標控制風(fēng)險，實(shí)現降本增效。

圖5 碳源投加邏輯控制圖

（5）除磷安保投加系統

通過(guò)平臺賦能，也自主改造了“除磷安保投加系統”，利用出水總磷作為反饋基礎，PLC實(shí)現模糊控制。根據出水總磷變化趨勢，自動(dòng)計算是否需要投加除磷藥劑，及除磷藥劑投加量并實(shí)現自動(dòng)控制。系統投用，穩定出水總磷指標，解決了藥劑過(guò)渡投加造成的浪費及消除出水指標控制風(fēng)險，實(shí)現降本增效。

圖6 化學(xué)除磷邏輯控制圖

03企業(yè)榮譽(yù)

遼陽(yáng)信環(huán)水處理有限公司（中信環(huán)境遼陽(yáng)市中心區污水處理廠(chǎng)）自2004年運營(yíng)至今，得到了省市環(huán)保部門(mén)及行業(yè)主管部門(mén)的高度認可，先后榮獲遼寧省“十一五節能減排先進(jìn)單位”，國家環(huán)保部“生活污水運營(yíng)甲級資質(zhì)”證書(shū)，遼陽(yáng)市“誠信外資企業(yè)”等光榮稱(chēng)號，并獲得“2021年度遼寧省級節水型企業(yè)”榮譽(yù)稱(chēng)號，為遼陽(yáng)市水污染治理和水環(huán)境保護事業(yè)發(fā)展作出了積極的貢獻。

04未來(lái)計劃

智慧信息中心采取1+N的模式，是以智慧水務(wù)平臺為基礎，遼陽(yáng)中心區污水處理廠(chǎng)為核心，輻射周邊兄弟廠(chǎng)，逐步實(shí)現區域化、集中化的管理模式。形成生產(chǎn)運行的區域化協(xié)同管理和運營(yíng)。

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