為促進(jìn)行業(yè)交流進(jìn)步，便于行業(yè)同儕互學(xué)互促，推動(dòng)中國(guó)環(huán)境產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。E20環(huán)境產(chǎn)業(yè)圈層特推出《水務(wù)行業(yè)優(yōu)秀案例匯編》，匯集了近150例案例，涉及村鎮(zhèn)污水治理、工業(yè)廢水治理、工業(yè)園區(qū)廢水治理、水環(huán)境治理、市政污水管網(wǎng)、再生水回用、污泥處理處置等領(lǐng)域。

項(xiàng)目名稱：洪湖智慧水質(zhì)凈化廠項(xiàng)目

推薦單位：深圳市水務(wù)科技有限公司

參與環(huán)節(jié)：智慧水質(zhì)凈化廠項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施

項(xiàng)目所在地：廣東省深圳市羅湖區(qū)洪湖西路洪湖公園西北門(mén) 

項(xiàng)目概況

洪湖水質(zhì)凈化廠一期工程設(shè)計(jì)處理規(guī)模為5萬(wàn)m3/d，全地下建設(shè)并上蓋公園，出水水質(zhì)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（總氮除外）。

設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)（單位：mg/L）

作為深圳環(huán)境水務(wù)集團(tuán)打造的標(biāo)桿性智慧水質(zhì)凈化廠，該項(xiàng)目基于洪湖水質(zhì)凈化廠全地下式的特點(diǎn)，搭建5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，建立了一套完整的污水處理全流程工藝動(dòng)態(tài)智能優(yōu)化、運(yùn)行控制系統(tǒng)，以及統(tǒng)一的智慧運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，保證出水水質(zhì)實(shí)時(shí)達(dá)標(biāo)的前提下，提升工藝精細(xì)化運(yùn)行穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化廠少人值守，智慧化運(yùn)行。

示范意義

作為深圳市屬治水提質(zhì)的重點(diǎn)工程、民生工程和環(huán)保工程，洪湖水質(zhì)凈化廠通過(guò)精心打造，已成為全國(guó)優(yōu)質(zhì)精品工程，也成為社會(huì)實(shí)踐與市民休憩之地。該項(xiàng)目是智慧水質(zhì)凈化廠的建設(shè)先行示范，水質(zhì)凈化廠全流程智能工藝的一次深度探索，引領(lǐng)水質(zhì)凈化廠智能工藝的建設(shè)，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，為水務(wù)行業(yè)提供了智慧化、數(shù)字化升級(jí)的典型示范。

項(xiàng)目亮點(diǎn)介紹

（1）實(shí)施效果

洪湖智慧水質(zhì)凈化廠項(xiàng)目建設(shè)完成后，顯著提升了運(yùn)行效率和管理水平。

全流程智能工藝控制，在傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制及監(jiān)控體系基礎(chǔ)上，運(yùn)用多種人工智能算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析給出最優(yōu)化的運(yùn)營(yíng)策略，實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)閉環(huán)控制，重點(diǎn)設(shè)備冗余率達(dá)100%，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率高達(dá)99.99%，精確曝氣系統(tǒng)能耗下降10%以上。

智慧運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判及處置、故障智能診斷、能源優(yōu)化利用、設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)和績(jī)效評(píng)估等的智慧應(yīng)用，廠站各系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通，廠站運(yùn)營(yíng)管理全面在線化，提升運(yùn)營(yíng)效率，增強(qiáng)應(yīng)急響應(yīng)能力。

基于BIM技術(shù)的數(shù)字孿生系統(tǒng)：通過(guò)三維可視化管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，輔助科學(xué)決策。

智能安全帽和視頻巡檢：智能安全帽集成定位、視頻通話等功能，保障人員安全；視頻巡檢技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，減少人工巡檢頻率。

表1-2 智能工藝控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率匯總表

（2）社會(huì)效益

洪湖水質(zhì)凈化廠是全國(guó)首座5G全覆蓋、流程全智能的地下水質(zhì)凈化廠，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物全面連接，各生產(chǎn)要素間高效協(xié)同；廠區(qū)通過(guò)上蓋公園實(shí)現(xiàn)與社區(qū)融合，讓污水處理設(shè)施成為一處美好的城市景觀。2021年洪湖水質(zhì)凈化廠智慧化系統(tǒng)建成投產(chǎn)后，每年接待國(guó)內(nèi)/國(guó)際政府機(jī)關(guān)、友商等單位參觀不少于200次，均獲得較高評(píng)價(jià)。

（3）生態(tài)效益

本工程項(xiàng)目臭氣收集效率高，處理效果好，環(huán)境友好，投資成本低，在深圳市形成了良好的示范效應(yīng)。通過(guò)本項(xiàng)目的臭氣綜合治理技術(shù)，通過(guò)臭氣源頭減量，臭氣產(chǎn)生消減30%以上；通過(guò)模塊化智能臭氣治理系統(tǒng)，可消除20%以上的冗余量。全過(guò)程除臭可達(dá)99%以上的處理效率，年消減硫化氫約4000公斤，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看可助力持續(xù)提升城市人居環(huán)境,具有較高的生態(tài)效益。

項(xiàng)目技術(shù)工藝/裝備簡(jiǎn)介

（1）技術(shù)工藝/裝備名稱

項(xiàng)目創(chuàng)新技術(shù)及場(chǎng)景：

5G在國(guó)內(nèi)水務(wù)行業(yè)的首次應(yīng)用。

5G的低時(shí)延、大帶寬和大連接三大特性，以及網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計(jì)算兩大關(guān)鍵技術(shù)可以滿足智慧水廠管理和生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)中對(duì)安全性、可靠性和靈活性的需求，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精準(zhǔn)監(jiān)控及遠(yuǎn)程管理。

全廠全流程智能工藝控制，實(shí)現(xiàn)工藝智慧

智能工藝控制系統(tǒng)立足于傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制及監(jiān)控體系基礎(chǔ)上，運(yùn)用多種人工智能算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析給出最優(yōu)化的運(yùn)營(yíng)策略，從而達(dá)到實(shí)時(shí)達(dá)標(biāo)排放、降低運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)閉環(huán)控制，最終實(shí)現(xiàn)少人值守或無(wú)人值守。

廠網(wǎng)河全要素管理，突破廠區(qū)限制，整體性提升綜合治理能力。

洪湖智慧水質(zhì)凈化廠建設(shè)，全面提升了管控手段。系統(tǒng)通過(guò)繪制洪湖水質(zhì)凈化廠上下游流域水質(zhì)、液位、流量等全要素信息以及排水GIS信息圖，全面了解廠區(qū)流域內(nèi)治水治污設(shè)施的拓?fù)潢P(guān)系及管網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，實(shí)現(xiàn)廠網(wǎng)河全域數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)管，拓展調(diào)度廣度。

大數(shù)據(jù)輔助分析決策，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)防性維護(hù)，提升廠站應(yīng)急能力。

通過(guò)采用數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化等一系列針對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)，以并行處理的方式，找出數(shù)據(jù)之間未知的、有價(jià)值的規(guī)律和聯(lián)系。

BIM三維虛擬現(xiàn)實(shí)顯示，數(shù)字孿生，設(shè)備設(shè)施生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)全面可視化。

洪湖智慧水質(zhì)凈化廠直接將BIM成果應(yīng)用到廠站運(yùn)營(yíng)運(yùn)維階段，利用其可視化特性，在管控平臺(tái)中加入三維交互式的漫游體驗(yàn)，將工程實(shí)體場(chǎng)景在計(jì)算機(jī)中呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)廠站三維場(chǎng)景實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)控。

（2）工藝/裝備原理

全流程智能工藝控制

全流程智能工藝控制系統(tǒng)是基于CREApro控制平臺(tái)，用于水質(zhì)凈化廠全流程工藝動(dòng)態(tài)優(yōu)化及運(yùn)行控制的智能系統(tǒng)，包括水廠進(jìn)水、預(yù)處理、生化處理過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)、污泥排放等工藝單元，其原理示意圖見(jiàn)圖2-1。其內(nèi)嵌有精準(zhǔn)曝氣控制模塊，內(nèi)回流計(jì)算模塊，污泥齡控制模塊，并預(yù)留外加碳源計(jì)算、除磷加藥計(jì)算、智能數(shù)據(jù)管理、能源優(yōu)化利用等模塊。

圖2-1 全流程智能工藝控制系統(tǒng)系統(tǒng)示意圖

全流程智能工藝控制系統(tǒng)的控制方式為系統(tǒng)首先監(jiān)測(cè)污水廠的狀態(tài)變量如水量水質(zhì)參數(shù)，對(duì)比控制的出水標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備的性能自動(dòng)計(jì)算設(shè)備操作參數(shù)目標(biāo)值，如需要控制的DO、回流比、加藥量等，系統(tǒng)將操作參數(shù)發(fā)送至PLC控制柜， PLC再將控制命令傳輸至各控制設(shè)備，驅(qū)動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作，同時(shí)系統(tǒng)檢測(cè)出水目標(biāo)值的變化，如果實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，則保持目前的運(yùn)行狀態(tài)，如果沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)，則修正相應(yīng)的操作參數(shù)，繼續(xù)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，直至實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，形成閉環(huán)控制。系統(tǒng)可以控制提升泵、預(yù)處理、調(diào)節(jié)池、生化處理到污泥濃縮消化和脫水的各個(gè)環(huán)節(jié)。

圖2-2 全流程智能工藝控制系統(tǒng)的控制的設(shè)備和相關(guān)參數(shù)

（3）工藝/裝備特點(diǎn)

全流程智能工藝控制系統(tǒng)控制策略

進(jìn)水泵站聯(lián)動(dòng)控制：根據(jù)污水流量、液位、天氣預(yù)測(cè)信息、污水處理廠運(yùn)行狀況進(jìn)行邏輯計(jì)算，實(shí)現(xiàn)進(jìn)水泵站穩(wěn)流節(jié)能、防控污水溢流風(fēng)險(xiǎn)。

化學(xué)去除懸浮物控制：根據(jù)水質(zhì)凈化廠初沉池進(jìn)水/出水中的懸浮物濃度的變化優(yōu)化懸浮物的去除率和PAC的投加量。

動(dòng)態(tài)溶解氧控制：基于在線控制數(shù)據(jù)（進(jìn)水流量、氨氮、硝氮、DO、MLSS）和出水水質(zhì)濃度限值進(jìn)行邏輯計(jì)算，得出溶解氧的動(dòng)態(tài)設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)工藝智能控制。

化學(xué)除磷控制：根據(jù)水質(zhì)凈化廠進(jìn)水/出水中正磷酸鹽或總磷酸鹽的濃度變化調(diào)整除磷藥劑PAC和絮凝劑的投加量。

外部碳源投加控制：外部碳源投加，通過(guò)優(yōu)化外部碳源投加量確保氮去除效率，改善由于進(jìn)水中缺乏有機(jī)物（低COD/N比）導(dǎo)致的反硝化能力不足的問(wèn)題。

內(nèi)回流控制：根據(jù)硝酸鹽水平、處理流量和缺氧池中停留時(shí)間調(diào)整內(nèi)回流泵流量。

污泥齡控制：根據(jù)系統(tǒng)的硝化性能和水溫，調(diào)整剩余污泥流量（或提供建議）。以所需的最優(yōu)化污泥齡完成操作，達(dá)到要求的出水水質(zhì)水平。

實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)管理控制：整合實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)和在線數(shù)據(jù)改善過(guò)程控制；導(dǎo)入歷史數(shù)據(jù)；歷史操作過(guò)程展示的歷史數(shù)據(jù)數(shù)字化。

數(shù)據(jù)可靠性診斷控制：接收控制模塊中使用的所有儀表數(shù)據(jù)，并對(duì)在線實(shí)時(shí)信號(hào)實(shí)行可靠性診斷。

能源利用優(yōu)化模塊-時(shí)段控制：將污水管道作為一種分時(shí)節(jié)能策略，根據(jù)污水進(jìn)水量變化規(guī)律和電價(jià)在不同時(shí)段的價(jià)格結(jié)合管道中污水的容量，靈活調(diào)整提升泵的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)能源成本較高時(shí)存儲(chǔ)一部分污水，當(dāng)能源成本較低時(shí)將污水供給生化處理系統(tǒng)處理，在保證污水處理效果基礎(chǔ)上節(jié)約處理成本。

（4）應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域

水質(zhì)凈化廠

（5）工藝/裝備流程圖

（6）項(xiàng)目部分案列照片

編輯：黃延麗