实用+创新！看中信环境这一20万吨污水厂的数字化精准控制展示

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——中信环境辽阳市中心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。

中信环境辽阳市中心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”污水处理标杆联盟特聘运营评估专员，开平粤海水务有限公司董事长谭绮娜点评道：该厂设立智慧水务大数据平台，使用软件对大量数据分析，得出各个应用系统的参数，实现从理论数字到现实生活模型中，具有较强的实用性和创新性。并且对能效建立了分析模型，控制成本，有参考价值。

01项目概况

辽阳市中心区污水处理项目于2001年8月动工兴建，2004年10月竣工投产。项目总投资为3.7亿元人民币（其中污水处理厂投资2.5亿元人民币，外围管网投资1.2亿元人民币），厂区占地19公顷，受水面积33.7平方公里，服务人口39.5万人，设计污水处理量为20万吨/天。项目采用带前置厌氧段的普通曝气活性污泥工艺，主要去除污水中COD、BOD、SS、TP等污染物质，中水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）二级排放标准。

2012年，辽阳市中心区污水处理项目进行工艺升级，通过对生化处理系统进行改造，增加深度处理系统、消毒系统及化学除磷措施，选用AAO+MBR（膜生物反应器）组合工艺，改造完成后，AAO+二沉池+转盘滤池工艺污水处理量为12万吨/天，AAO+MBR工艺污水处理量为8万吨/天。污泥处理采用板框压滤机机械脱水，泥饼处置方式为制砖建材利用。2012年9月30日正式通水试运行，2013年9月通过环保验收，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准。

图1 辽阳中心区污水处理厂全景

02特征优势

开源节流，以生产创新为导向，持续改进，全面提升经营质量和效益。细节决定成败，细节决定质量，细节产生效益，在细节上做文章，挖潜降耗，优化管控，以达到节支增效的目标。

辽阳信环水处理有限公司中心区污水处理厂对现存的生产工艺、设备管理等进行琢磨，精益求精，综合利用集团资源，在关键环节管控上，采用一平台+五个应用的智能管控模式。实现辽阳中心厂生产运营的数字化、精细化。

1. 智慧水务数字化平台

平台核心是大数据系统，通过工业物联网作为基底架构，开发了多个业务应用系统生产、工单、综合能耗、高级应用等。每个应用中，根据不同的管控需求，分别建立多个不同的管控模型、参量库。智慧水务平台的核心是“大数据系统”，所有的业务均建立在大数据系统的基础上实现的。首先大数据系统通过多种方式对生产运营中各项基础数据进行自动采集辅助人工数据的导入。针对采集的数据做自动筛选、归档、审批流转。

该应用的投入，彻底解放了人工数据收集低级、乏味的重复性劳动工作，极大的提高了各业务单位基础数据处理的时效性。通过大数据系统对基础运营数据的采集、汇总、归档，形成大数据库。不仅可以为上层应用做基础数据支撑，并可以通过数据的对比分析，直接赋能一线生产运行。1800多天、50多座水厂数据的存储空间，为以后的工艺调整、技术改造提供强有力的基础数据支撑。

2. 数字化精细化应用及成效

综合利用集团资源，结合现场实际情况，辽阳中心区污水处理厂技术小组自主研发了五个数字化药剂管控系统。

（1）综合能源管理应用系统

辽阳中心厂通过集团平台赋能，实现工艺参量的精准控制，能耗降低、全面提升企业整体运营质量和效益。

通过4/5G无线技术，对重点设备、重点工艺单元的电耗、电能质量实时监测、分析、预警。辽阳中心区污水处理厂利用GPS仿真+大数据分析技术，建立标准工艺参数库，并结合设备运行电气原理定义了能效分析监测模型，如空气系统、输送系统、混合系统等等。曝气系统评价体系，主要针对曝气器效率、风机效率进行评价。通过输入单位时间内进出水数据、溶解氧、风机出口升压、水温、排泥量、有效水深等参数，计算理论气水比、曝气器氧利用率、堵塞率；通过风机风量、实际功率、背压等参数，计算出风机效率。再结合大数据平台与GPS仿真模型，可以输出空气系统实际状态参数，同时标定系统最优值。以此为控制标准，评价空气系统是否在最优运行状态，进而反馈调节。对于低效运行设备，进一步考虑大修重置。在提升能效的同时，综合能源管理辅之以谐波监测、三相不平衡监测、全时段设备负荷分析等手段，进一步提高厂内配电网电能质量、优化电费结构，实现整体能源费用下降、设备故障率下降。

系统的投用，辽阳中心区污水处理厂降耗显著，吨水电耗由原来的0.24kWh/t降至0.20kWh/t，全流程的能效提升10%，员工的绿色能源意识有较大提升。

图2 设备能耗分析

辽阳中心区污水处理厂使用GPS-X软件进行仿真建模，结合ASM仿真和运行经验制定一厂一策分析模型，通过模型指导合理调整峰平谷时段系统设备运行。

通过重点设备能耗分析模型，合理匹配设备运行模式。通过工艺单元能耗分析模型建立，通过水量、泥量、水质等整体评估单元能耗及效率情况，根据分析数据对设备、工艺运行进行匹配调整，形成整体协同效应，实现能耗最低化、效率最大化；同时在大数据技术的加持之下，通过对大量的、不同条件下的大数据分析，及GPS-X的数学模型分析结果拟合校正；得到各应用系统控制参数，输出污泥调理、碳源投加、能源管理等系统的控制逻辑；同时辽阳中心区污水处理厂基于此控制逻辑，自主设计、编程、安装，衍生出一系列实践应用：实现从理论数学模型到现场“真实”模型的进化。

（2）基于CST为基础的污泥脱水数字化投药系统

辽阳中心区污水处理厂脱水车间设计采用板框压滤机进行污泥脱水，药剂采用石灰+三氯化铁。受环保政策影响石灰药剂采购受限、质量难以把控。设备磨损大，钙垢导致管路堵塞，生产极不稳定，严重影响全系统运行。经过近2年的试验、选型、摸索最终选择聚合硫酸铁+特型PAM乳液作为污泥脱水药剂，并采用“CST基础的污泥脱水数字化投药系统”实现了辽阳中心厂脱水车间药剂投加的数字化、生产运营精细化、稳定化。

图3 污泥脱水数字化投药系统

污水脱水数字化绩效评价：

① 系统投用后降耗十分明显：PAM单耗同期下降28%。铁盐单耗同期下降20%。

② 环比降耗效果更显著：PAM单耗降幅最大44%。铁盐单耗降幅最高35%。

③ 有机药剂的应用，消除石灰增重的影响，污泥量下降30%，年节省处置费102 万元。

（3）以出水余氯为基础的数字化消毒系统

通过平台赋能，中心厂自主改造了“以出水余氯为基础的数字化消毒系统”，利用出水余氯作为反馈基础，人工监测粪大肠指标作为参考，系统实时调节次氯酸钠药剂投加量，在出水稳定达标的基础上，解决了药剂过渡投加形成浪费，避免余氯过高对下游水体的影响。目前次氯酸钠加药量3mg/L，(以有效氯计），降耗10%，年节省药剂费13万元。

图 4次氯酸钠消毒逻辑控制图

（4）碳源数字化投加系统

通过平台赋能，中心厂还自主改造了“碳源数字化投加系统”，碳源是非常规投加药剂，系统利用进水碳氮比作为反馈基础，出水TN、进水流量作为参比数据，通过PLC实现的模糊控制。碳源消耗比△C/△N<4。该系统投用极大稳定了中心厂出水指标，避免药剂浪费，消除出水指标控制风险，实现降本增效。

图5 碳源投加逻辑控制图

（5）除磷安保投加系统

通过平台赋能，也自主改造了“除磷安保投加系统”，利用出水总磷作为反馈基础，PLC实现模糊控制。根据出水总磷变化趋势，自动计算是否需要投加除磷药剂，及除磷药剂投加量并实现自动控制。系统投用，稳定出水总磷指标，解决了药剂过渡投加造成的浪费及消除出水指标控制风险，实现降本增效。

图6 化学除磷逻辑控制图

03企业荣誉

辽阳信环水处理有限公司（中信环境辽阳市中心区污水处理厂）自2004年运营至今，得到了省市环保部门及行业主管部门的高度认可，先后荣获辽宁省“十一五节能减排先进单位”，国家环保部“生活污水运营甲级资质”证书，辽阳市“诚信外资企业”等光荣称号，并获得“2021年度辽宁省级节水型企业”荣誉称号，为辽阳市水污染治理和水环境保护事业发展作出了积极的贡献。

04未来计划

智慧信息中心采取1+N的模式，是以智慧水务平台为基础，辽阳中心区污水处理厂为核心，辐射周边兄弟厂，逐步实现区域化、集中化的管理模式。形成生产运行的区域化协同管理和运营。

编辑：李丹