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(biāo)桿比選活動(dòng)結(jié)果。本次標(biāo)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座污水處理廠進(jìn)入?yún)^(qū)域評(píng)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(biāo)桿污水廠榜單發(fā)布）。

為傳播標(biāo)桿廠優(yōu)秀建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)，雙百聯(lián)盟將以“精細(xì)化-智慧化-資源化-低碳化-生態(tài)化-社會(huì)化”評(píng)選維度，系統(tǒng)展示第二期標(biāo)桿廠風(fēng)采。本文以智慧化標(biāo)桿廠——中信環(huán)境遼陽(yáng)市中心區(qū)污水處理廠為案例，向行業(yè)同仁展示該廠的智慧化特征優(yōu)勢(shì)，為污水處理廠智慧化建設(shè)提供案例支持。

中信環(huán)境遼陽(yáng)市中心區(qū)污水處理廠在本次標(biāo)桿比選中，榮獲“智慧化—關(guān)鍵環(huán)節(jié)精準(zhǔn)控制標(biāo)桿污水廠”稱號(hào)?！半p百跨越”污水處理標(biāo)桿聯(lián)盟特聘運(yùn)營(yíng)評(píng)估專員，開(kāi)平粵海水務(wù)有限公司董事長(zhǎng)譚綺娜點(diǎn)評(píng)道：該廠設(shè)立智慧水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，使用軟件對(duì)大量數(shù)據(jù)分析，得出各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)從理論數(shù)字到現(xiàn)實(shí)生活模型中，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和創(chuàng)新性。并且對(duì)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(xiàng)目概況

遼陽(yáng)市中心區(qū)污水處理項(xiàng)目于2001年8月動(dòng)工興建，2004年10月竣工投產(chǎn)。項(xiàng)目總投資為3.7億元人民幣（其中污水處理廠投資2.5億元人民幣，外圍管網(wǎng)投資1.2億元人民幣），廠區(qū)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(shè)計(jì)污水處理量為20萬(wàn)噸/天。項(xiàng)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(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

2012年，遼陽(yáng)市中心區(qū)污水處理項(xiàng)目進(jìn)行工藝升級(jí)，通過(guò)對(duì)生化處理系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加深度處理系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)及化學(xué)除磷措施，選用AAO+MBR（膜生物反應(yīng)器）組合工藝，改造完成后，AAO+二沉池+轉(zhuǎn)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(jī)機(jī)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(yùn)行，2013年9月通過(guò)環(huán)保驗(yàn)收，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 遼陽(yáng)中心區(qū)污水處理廠全景

02特征優(yōu)勢(shì)

開(kāi)源節(jié)流，以生產(chǎn)創(chuàng)新為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)，全面提升經(jīng)營(yíng)質(zhì)量和效益。細(xì)節(jié)決定成敗，細(xì)節(jié)決定質(zhì)量，細(xì)節(jié)產(chǎn)生效益，在細(xì)節(jié)上做文章，挖潛降耗，優(yōu)化管控，以達(dá)到節(jié)支增效的目標(biāo)。

遼陽(yáng)信環(huán)水處理有限公司中心區(qū)污水處理廠對(duì)現(xiàn)存的生產(chǎn)工藝、設(shè)備管理等進(jìn)行琢磨，精益求精，綜合利用集團(tuán)資源，在關(guān)鍵環(huán)節(jié)管控上，采用一平臺(tái)+五個(gè)應(yīng)用的智能管控模式。實(shí)現(xiàn)遼陽(yáng)中心廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的數(shù)字化、精細(xì)化。

1. 智慧水務(wù)數(shù)字化平臺(tái)

平臺(tái)核心是大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)作為基底架構(gòu)，開(kāi)發(fā)了多個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)生產(chǎn)、工單、綜合能耗、高級(jí)應(yīng)用等。每個(gè)應(yīng)用中，根據(jù)不同的管控需求，分別建立多個(gè)不同的管控模型、參量庫(kù)。智慧水務(wù)平臺(tái)的核心是“大數(shù)據(jù)系統(tǒng)”，所有的業(yè)務(wù)均建立在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。首先大數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過(guò)多種方式對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集輔助人工數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。針對(duì)采集的數(shù)據(jù)做自動(dòng)篩選、歸檔、審批流轉(zhuǎn)。

該應(yīng)用的投入，徹底解放了人工數(shù)據(jù)收集低級(jí)、乏味的重復(fù)性勞動(dòng)工作，極大的提高了各業(yè)務(wù)單位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理的時(shí)效性。通過(guò)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的采集、匯總、歸檔，形成大數(shù)據(jù)庫(kù)。不僅可以為上層應(yīng)用做基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，并可以通過(guò)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，直接賦能一線生產(chǎn)運(yùn)行。1800多天、50多座水廠數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間，為以后的工藝調(diào)整、技術(shù)改造提供強(qiáng)有力的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2. 數(shù)字化精細(xì)化應(yīng)用及成效

綜合利用集團(tuán)資源，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，遼陽(yáng)中心區(qū)污水處理廠技術(shù)小組自主研發(fā)了五個(gè)數(shù)字化藥劑管控系統(tǒng)。

（1）綜合能源管理應(yīng)用系統(tǒng)

遼陽(yáng)中心廠通過(guò)集團(tuán)平臺(tái)賦能，實(shí)現(xiàn)工藝參量的精準(zhǔn)控制，能耗降低、全面提升企業(yè)整體運(yùn)營(yíng)質(zhì)量和效益。

通過(guò)4/5G無(wú)線技術(shù)，對(duì)重點(diǎn)設(shè)備、重點(diǎn)工藝單元的電耗、電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析、預(yù)警。遼陽(yáng)中心區(qū)污水處理廠利用GPS仿真+大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，建立標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)庫(kù)，并結(jié)合設(shè)備運(yùn)行電氣原理定義了能效分析監(jiān)測(cè)模型，如空氣系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、混合系統(tǒng)等等。曝氣系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系，主要針對(duì)曝氣器效率、風(fēng)機(jī)效率進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)輸入單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)、溶解氧、風(fēng)機(jī)出口升壓、水溫、排泥量、有效水深等參數(shù)，計(jì)算理論氣水比、曝氣器氧利用率、堵塞率；通過(guò)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、實(shí)際功率、背壓等參數(shù)，計(jì)算出風(fēng)機(jī)效率。再結(jié)合大數(shù)據(jù)平臺(tái)與GPS仿真模型，可以輸出空氣系統(tǒng)實(shí)際狀態(tài)參數(shù)，同時(shí)標(biāo)定系統(tǒng)最優(yōu)值。以此為控制標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)空氣系統(tǒng)是否在最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而反饋調(diào)節(jié)。對(duì)于低效運(yùn)行設(shè)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(jiān)測(cè)、三相不平衡監(jiān)測(cè)、全時(shí)段設(shè)備負(fù)荷分析等手段，進(jìn)一步提高廠內(nèi)配電網(wǎng)電能質(zhì)量、優(yōu)化電費(fèi)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整體能源費(fèi)用下降、設(shè)備故障率下降。

系統(tǒng)的投用，遼陽(yáng)中心區(qū)污水處理廠降耗顯著，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(shí)有較大提升。

圖2 設(shè)備能耗分析

遼陽(yáng)中心區(qū)污水處理廠使用GPS-X軟件進(jìn)行仿真建模，結(jié)合ASM仿真和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)制定一廠一策分析模型，通過(guò)模型指導(dǎo)合理調(diào)整峰平谷時(shí)段系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行。

通過(guò)重點(diǎn)設(shè)備能耗分析模型，合理匹配設(shè)備運(yùn)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(píng)估單元能耗及效率情況，根據(jù)分析數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備、工藝運(yùn)行進(jìn)行匹配調(diào)整，形成整體協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能耗最低化、效率最大化；同時(shí)在大數(shù)據(jù)技術(shù)的加持之下，通過(guò)對(duì)大量的、不同條件下的大數(shù)據(jù)分析，及GPS-X的數(shù)學(xué)模型分析結(jié)果擬合校正；得到各應(yīng)用系統(tǒng)控制參數(shù)，輸出污泥調(diào)理、碳源投加、能源管理等系統(tǒng)的控制邏輯；同時(shí)遼陽(yáng)中心區(qū)污水處理廠基于此控制邏輯，自主設(shè)計(jì)、編程、安裝，衍生出一系列實(shí)踐應(yīng)用：實(shí)現(xiàn)從理論數(shù)學(xué)模型到現(xiàn)場(chǎng)“真實(shí)”模型的進(jìn)化。

（2）基于CST為基礎(chǔ)的污泥脫水?dāng)?shù)字化投藥系統(tǒng)

遼陽(yáng)中心區(qū)污水處理廠脫水車間設(shè)計(jì)采用板框壓濾機(jī)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(gòu)受限、質(zhì)量難以把控。設(shè)備磨損大，鈣垢導(dǎo)致管路堵塞，生產(chǎn)極不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響全系統(tǒng)運(yùn)行。經(jīng)過(guò)近2年的試驗(yàn)、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(chǔ)的污泥脫水?dāng)?shù)字化投藥系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了遼陽(yáng)中心廠脫水車間藥劑投加的數(shù)字化、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)精細(xì)化、穩(wěn)定化。

圖3 污泥脫水?dāng)?shù)字化投藥系統(tǒng)

污水脫水?dāng)?shù)字化績(jī)效評(píng)價(jià)：

① 系統(tǒng)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：PAM單耗降幅最大44%。鐵鹽單耗降幅最高35%。

③ 有機(jī)藥劑的應(yīng)用，消除石灰增重的影響，污泥量下降30%，年節(jié)省處置費(fèi)102 萬(wàn)元。

（3）以出水余氯為基礎(chǔ)的數(shù)字化消毒系統(tǒng)

通過(guò)平臺(tái)賦能，中心廠自主改造了“以出水余氯為基礎(chǔ)的數(shù)字化消毒系統(tǒng)”，利用出水余氯作為反饋基礎(chǔ)，人工監(jiān)測(cè)糞大腸指標(biāo)作為參考，系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)次氯酸鈉藥劑投加量，在出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，解決了藥劑過(guò)渡投加形成浪費(fèi)，避免余氯過(guò)高對(duì)下游水體的影響。目前次氯酸鈉加藥量3mg/L，(以有效氯計(jì)），降耗10%，年節(jié)省藥劑費(fèi)13萬(wàn)元。

圖 4次氯酸鈉消毒邏輯控制圖

（4）碳源數(shù)字化投加系統(tǒng)

通過(guò)平臺(tái)賦能，中心廠還自主改造了“碳源數(shù)字化投加系統(tǒng)”，碳源是非常規(guī)投加藥劑，系統(tǒng)利用進(jìn)水碳氮比作為反饋基礎(chǔ)，出水TN、進(jìn)水流量作為參比數(shù)據(jù)，通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)的模糊控制。碳源消耗比△C/△N<4。該系統(tǒng)投用極大穩(wěn)定了中心廠出水指標(biāo)，避免藥劑浪費(fèi)，消除出水指標(biāo)控制風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)降本增效。

圖5 碳源投加邏輯控制圖

（5）除磷安保投加系統(tǒng)

通過(guò)平臺(tái)賦能，也自主改造了“除磷安保投加系統(tǒng)”，利用出水總磷作為反饋基礎(chǔ)，PLC實(shí)現(xiàn)模糊控制。根據(jù)出水總磷變化趨勢(shì)，自動(dòng)計(jì)算是否需要投加除磷藥劑，及除磷藥劑投加量并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。系統(tǒng)投用，穩(wěn)定出水總磷指標(biāo)，解決了藥劑過(guò)渡投加造成的浪費(fèi)及消除出水指標(biāo)控制風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)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(qū)污水處理廠）自2004年運(yùn)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(rèn)可，先后榮獲遼寧省“十一五節(jié)能減排先進(jìn)單位”，國(guó)家環(huán)保部“生活污水運(yùn)營(yíng)甲級(jí)資質(zhì)”證書(shū)，遼陽(yáng)市“誠(chéng)信外資企業(yè)”等光榮稱號(hào)，并獲得“2021年度遼寧省級(jí)節(jié)水型企業(yè)”榮譽(yù)稱號(hào)，為遼陽(yáng)市水污染治理和水環(huán)境保護(hù)事業(yè)發(fā)展作出了積極的貢獻(xiàn)。

04未來(lái)計(jì)劃

智慧信息中心采取1+N的模式，是以智慧水務(wù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，遼陽(yáng)中心區(qū)污水處理廠為核心，輻射周邊兄弟廠，逐步實(shí)現(xiàn)區(qū)域化、集中化的管理模式。形成生產(chǎn)運(yùn)行的區(qū)域化協(xié)同管理和運(yùn)營(yíng)。

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