出水总氮<10mg/L！青岛水务集团青岛张村河水质净化厂如何实现精准控制

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——青岛水务集团青岛张村河水质净化厂为案例，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。

青岛水务集团青岛张村河水质净化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”污水处理标杆联盟比选专家，北京首创生态环保集团股份有限公司副总经理邢俊义点评道：这座全地下污水厂通过三级除臭和多重隔音屏障解决了地下空间的臭气和噪音问题，打造智能消防系统，结合精准曝气系统、智能加药系统、精准控制泥龄和排泥系统，出水总氮小于10mg/L、总磷小于0.3 mg/L，实现了对地下水厂安全稳定、精细管理的效果。

01基本情况

青岛张村河水质净化厂位于青岛市崂山区青银高速以西，张村河北岸，是青岛市城区首个全地下污水处理厂。项目建设开工日期为2016年12月，于2018年5月通水运行，服务面积31.2 k㎡（不含山体），服务人口30万，污水日处理能力4万吨。采用Bardenpho五段法和MBR超滤膜处理工艺，出水水质同时满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准、《城市污水再生利用景观环境用水水质》中的娱乐性景观环境用水标准、《青岛市环境保护局关于明确2015年省控河流断面水质改善目标的函》中相关要求，其中：CODcr≤40mg/L、BOD5≤6mg/L、NH3-N≤2mg/L。

图 1 青岛张村河水质净化厂厂区全图

02特征优势

青岛张村河水质净化厂不断完善运营管理体制，强化各工艺环节精准控制，建立信息化运行管理平台，结合智慧水厂建设，严密监控水质水量波动，实现安全监管在线查及时汇报、安全预警及时报，确保污水处理厂精细化、智能化运行，实现安全生产和节能降耗目的。

1. 智慧”曝气

优化精确曝气系统，在原有系统的基础上新增溶解氧自适应、氨氮等优化控制系统，建立信号反馈控制模型，可根据进水负荷、生物池出水氨氮的变化来实时调整溶解氧设定值，精确计算出鼓风机压力控制所需的最佳压力设定值，优化鼓风机的控制，在满足硝化反应和有机物去除的前提下，最大程度上降低曝气量，实现了按实际所需供气。2021年曝气鼓风机吨水电耗降低36.1%。

经统计，曝气系统优化后，2021年度溶解氧测量值维持在设定值±0.3mg/L范围内；出水总氮平均值为6.17mg/L，总氮≤10mg/L的时间占到全年的98.1%；出水氨氮平均值为0.33mg/L，氨氮≤0.5mg/L的时间占到全年的96.2%。出水水质稳定，出水指标均优于国家出水一级A标准。

图 2 青岛张村河水质净化厂精确曝气系统

2. 智能加药

建立智能加药系统，通过结合前馈控制、后馈控制、模糊控制等多种控制方式，建立多变量加权模糊控制模型，根据进水流量，在线水质等指标，利用上位机控制系统和PLC通讯实现自动精确投药。根据进水流量、出水总氮数值、生物池出水硝氮数值自动调整碳源投加量。根据进水流量、出水总磷数值、生物池进水总磷数值自动调整三氯化铁投加量，加药量和水质水量相匹配，有效控制成本，节能降耗。2021年药耗年均值下降101.7元/千吨水。

经统计，智能加药系统运行后，2020年出水水质中总氮、总磷指标波动小，易于控制，稳定达标。2019年出水总氮≤10mg/L的时间占到全年的90.7%；出水总磷≤0.3mg/L的时间占到全年的94.0%。2020年出水总氮≤10mg/L的时间占到全年的95.3%；出水总磷≤0.3mg/L的时间占到全年的98.1%。相比于2019年，2020年乙酸钠单耗降低14.6%，三氯化铁单耗降低16.7%。

图 3 青岛张村河水质净化厂加药间

3. 精确排泥

根据厂区进水量、原水SS浓度等变化情况，计算排泥量，通过设置PLC程序，按周期循环式进行S3D池排泥。剩余污泥排放根据进水有机物负荷、污泥浓度等变化，通过设定的污泥龄计算剩余污泥排泥量，指导精准排泥。

4. 地下厂区安全标准化管理

（1）消防安全。采用物联网技术和无线通讯技术，将14套室内和1套室外消火栓智慧终端，与消火栓采集系统、信息管理系统融合起来，形成对消火栓用水、撞倒、水压、漏损的全面监控管理。

图 4 青岛张村河水质净化厂消火栓智慧终端界面

（2）防洪排涝。进水设置速闭闸、电动刀闸、偏心半球阀，优化雨水泵及排污管道，增加箱体外排能力，建立重点环节超液位报警。

（3）箱体通讯。建立箱体通讯基站，设置安全提示广播，配置对讲机。

（4）应急管理。建立有限空间作业程序文件，定期演练培训，专职安全管理。

（5）应急疏散。箱体内设置应急疏散标识，建立箱体内视频监控系统。

（6）地上景观。增加门禁系统，聘请专业物业公司管理，建立视频监控系统。

（7）自动化监控。基本实现厂区视频监控全覆盖，引入在线监测仪和PLC自动控制系统，实现工艺参数在线查，高限预警及时报，掌握污水处理设施的运行情况。

03水厂荣誉

青岛水务集团青岛张村河水质净化厂运营至今，得到了省市环保部门及行业主管部门的高度认可，获得了多项荣誉：

2017年荣获“工人先锋号”，同时被授予“青岛市示范性重点工程劳动竞赛优胜者单位”；

2018年荣获BIM技术应用成果设计组三等奖；

2019年荣获山东省优质安装工程“鲁安杯”奖；荣获中国安装工程优质奖“中国安装之星”；

2020年被授予青岛市环境教育基地、青岛市科普教育基地；

2021年，荣获山东省优秀工程勘察设计成果一等奖、“创未来·致青春”青年创新创业大赛社会企业赛道优秀奖、山东省城镇排水工作先进集体与青岛市文明单位标兵；同年被授予青岛市第六批未成年人“社会课堂”场馆；

2022年，《了不起的微生物》荣获“青岛市优秀科普微视频作品”。

04未来计划

青岛水务集团青岛张村河水质净化厂目前初步搭建厂内的智慧水务信息系统，已经部署了数据录入统计、生产管理、安全管理档案、物资采购及出入库的流程管理等模块。未来的智慧厂站建设，以中心化运营管理为中心，以生产稳定为前提，以节能降耗为目标，通过工艺、设备联动，实现智能值守，推动生产人员专业化、技术化转型，最终完成智慧值守和工艺管控、设备智能管控的智能决策系统。

编辑：李丹