一、任务来源
随着社会经济的发展城市污水排放量不断加大、环保政策日益严格，对城市污水处理厂出水水质要求不断提高，处理成本也随之逐渐升高；随着污水处理厂改扩建，处理工艺日趋复杂，运行方案不精确等带来的问题凸显；同时，国家双碳战略目标的提出，要求城市污水处理厂必须要走低碳运行的道路。形势的发展对城市污水处理厂的运行管理及生产工艺调控水平提出了更高的要求，尤其是如何解决出水水质稳定达标与节能降耗两者之间的平衡问题，更是迫在眉睫。
以往套子湾污水处理厂的运行调控主要依靠人工经验，达不到精确调控的要求，不利于污水处理厂的运行管理和成本控制。因此，为了提升烟台市污水处理的运行管理水平、探索和实践污水处理厂低碳运行模式，烟台市城市排水服务中心在套子湾污水处理厂实施了智能化系统改造项目。
套子湾污水处理厂智能化系统改造项目是结合国内智慧水务发展现状，借鉴丹麦等国外污水处理厂智能化技术的应用经验，采用先进的污水处理模拟软件，以实际生产运行为基础进行的智能化改造。该项目结合污水处理厂软硬件现状、融合污水处理模拟技术和大数据技术、引入全流程分析理念，解决了人工调控方案不合理、准确性不高等问题，实现了污水处理药剂精确投加，大幅提高污水处理厂的运行管理水平，有效实现节能减排。
该项目于2021年初投入运行后，智能化系统的各项功能运行稳定，模型模拟精度能够满足要求，碳源药剂的单位投加量同比降低约9%，相当于实现碳减排约680吨/年。随着应用数据和使用经验的不断积累，套子湾污水处理厂还会对智能化系统不断进行完善，用以更好的优化污水厂运行；同时，进一步推广智能化管理先进经验，为持续推进烟台市污水处理提质增效打好坚实的基础，实现生态效益、经济效益和社会效益的共赢。
二、应用领域和技术原理
非套子湾污水处理厂智能化系统改造项目于2021年4月投入运行后，极大改善了人工调控不及时、不精确的问题，不仅提高了生产运行的精细化管理水平，而且节约了生产成本，实现了节能降耗的目的。国内多家污水处理企业到套子湾污水处理厂就智能化系统改造项目的建设运行情况进行了考察调研；丹麦王国驻华大使馆携丹麦水务技术企业在我国考察期间，专程到套子湾污水处理厂考察了智能化系统改造项目的应用和碳减排工作的开展情况，考察团队均对套子湾污水处理厂建设智能化系统改造项目的做法给予充分肯定，也对智能化系统改造项目应用取得的成绩给予高度评价。
随着我国社会经济的发展和城市基础设施建设、环保法规的要求越来越高，对城市污水处理厂生产运行的精细化管理水平不断提出更高的要求，污水处理厂如何实现低碳运行也迫在眉睫，因此在伴随智慧城市和智慧水务等理念的不断涌现的大环境下，在城市污水处理厂建设智能化系统改造项目势必成为发展趋势。该项目是现阶段污水处理厂智能化改造的有益探索和实践，同时也是污水处理技术进步和行业发展的趋势，具有较好的行业示范作用和应用推广价值。随着应用数据和使用经验的不断积累，套子湾污水处理厂还会对智能化系统继续进行完善，并结合其他先进技术手段进一步精细化运行管理，不断推进污水处理厂低碳运行，以助力“双碳”战略目标的实现。




三、性能指标
1.技术路线








项目技术路线图
2.实施方案
（1）污水处理厂仿真模型
基于WEST软件搭建套子湾污水处理厂生化处理工艺动态模型，并进行模型的率定和校核。此项工作是整个项目工作的基础，主要工作内容包括：
1）调研污水厂工艺现状，搭建污水厂工艺数据模型。在一段时间内不断利用真实运行数据来搭建模型、确立模型的边界条件并不断通过真实数据校核和验证模型的有效性。
2）修正已有机理模型，考虑浓盐水对生化段的影响。针对套子湾污水厂现阶段实际运营情况，考虑到二期中水回用产生的大量浓盐水回流入一期生化段，需对模型的机理模型部分进行针对性的模型修正，添加相应浓盐水（主要为氯离子）的模拟过程
3）根据实测数据对模型进行率定和验证，以提供系统所需的高精度的模型。通过前面工艺模型的搭建后，需要对模型进行校核和验证。模型校核是指通过一定方法校核模型参数值，使模型在对不同条件、不同时间，不同位置的微生物、COD、氮、磷等组分浓度计算时，模型计算值与实际测量值相符。模型验证，顾名思义就是对校正后的模型进行检验的过程。基于ASM2D来搭建工艺模型，ASM2D包括21个生化反应过程、19种模型组分、22个化学计量学常数和42个动力学参数，通过利用WEST中的高级实验工具—敏感性分析功能和参数估计功并结合实际情况，进行模型的校核工作。
四、与国内外同类技术比较
套子湾污水处理厂智能化系统改造项目是结合国内智慧水务发展现状，借鉴丹麦等国外污水处理厂智能化技术的应用经验，采用先进的污水处理模拟软件，以实际生产运行为基础进行的智能化改造。该项目结合污水处理厂软硬件现状、融合污水处理模拟技术和大数据技术、引入全流程分析理念，能有效应对进水水质超标等异常情况对污水处理厂稳定达标的影响，解决了人工调控方案不合理、准确性不高等问题，实现了污水处理药剂精确投加，大幅提高污水处理厂的运行管理水平，有效实现节能减排。
该项目于2021年初投入运行后，智能化系统的各项功能运行稳定，模型模拟精度能够满足要求，碳源药剂的单位投加量同比降低约9%，相当于实现碳减排约680吨/年。随着应用数据和使用经验的不断积累，套子湾污水处理厂还会对智能化系统不断进行完善，用以更好的优化污水厂运行；同时，进一步推广智能化管理先进经验，为持续推进烟台市污水处理提质增效打好坚实的基础，实现生态效益、经济效益和社会效益的共赢。
五、成果创造性、先进性
1.建立套子湾污水处理厂数学仿真模型。基于套子湾污水处理厂AAO生物处理及深度处理工艺，通过WEST污水处理仿真软件搭建全流程工艺模型，并结合实际运行资料对模型参数进行校正。该模型为污水处理厂仿真计算环境，对预处理、生物处理、泥水分离、加药、能耗等7个单元进行模拟，在此基础上，开发药剂精准投加控制模块、仪表故障预测性维护模块等，进而完成水质预测、优化控制参数、预案分析等工作，不仅为运行管理人员提供决策依据，而且减少药剂用量并提高使用效率，优化仪表设备的运行管理，从而降低生产能耗和运行成本。
2.建立传感器预测性维护及数据清洗系统。聚焦污水处理厂COD、TN等水质在线监测仪表，借助于先进的物联网技术对在线数据进行实时采集，基于严密的污水厂在线数据清洗逻辑对数据进行审查校验。通过对传感器状态的实时监测，查明在线检测设备有无异常或故障趋势，再适时指导污水厂现场工作人员安排维护，以减少故障率并缩短排障时间。
3.建立污水厂控制参数优化系统。在前一步构建的污水处理厂仿真模型上推演污水厂不同控制方案，寻找最优控制参数，即在COD、总氮等出水水质安全达标的前提下，合理控制或降低碳源投加量、好氧池溶解氧、污泥回流量等运行参数，以达到污水处理厂稳定达标及降低水厂药耗、能耗指标的目标。
4.通过AI强化学习系统。在使用过程中通过数据的大量积累，不断提高模型精度，使系统的预测分析功能更加精准，辅助运行管理人员进一步提升污水厂的运行质量和效率。
5.配置优化污水厂智慧控制终端。通过建立污水厂中控室web端和移动手机端，让污水厂运行人员和管理人员实时掌握污水厂运行状况、设备故障、水质指标及能耗指标等，对系统仿真模型、AI模型进行管理，及时对工艺进行调控。

一、推广应用范围、条件和市场前景
套子湾污水处理厂智能化系统改造项目于2021年4月投入运行后，极大改善了人工调控不及时、不精确的问题，不仅提高了生产运行的精细化管理水平，而且节约了生产成本，实现了节能降耗的目的。国内多家污水处理企业到套子湾污水处理厂就智能化系统改造项目的建设运行情况进行了考察调研；丹麦王国驻华大使馆携丹麦水务技术企业在我国考察期间，专程到套子湾污水处理厂考察了智能化系统改造项目的应用和碳减排工作的开展情况，考察团队均对套子湾污水处理厂建设智能化系统改造项目的做法给予充分肯定，对智能化系统改造项目应用取得的成绩给予高度评价。
随着我国社会经济的发展和城市基础设施建设、环保法规的要求越来越高，对城市污水处理厂生产运行的精细化管理水平不断提出更高的要求，污水处理厂如何实现低碳运行也迫在眉睫，因此在伴随智慧城市和智慧水务等理念的不断涌现的大环境下，在城市污水处理厂建设智能化系统改造项目势必成为发展趋势。该项目是现阶段污水处理厂智能化改造的有益探索和实践，同时也是污水处理技术进步和行业发展的趋势，具有较好的行业示范作用和应用推广价值。随着应用数据和使用经验的不断积累，套子湾污水处理厂还会对智能化系统继续进行完善，并结合其他先进技术手段进一步精细化运行管理，不断推进污水处理厂低碳运行，以助力“双碳”战略目标的实现。
二、存在的问题及改进意见
1.存在的问题
（1）本次课题研发只针对本项目在以往施工过程中的不足及重点部 分进行研究，未覆盖到施工的各个工序。
（2）课题成果仅在集团公司内部项目进行了推广应用，如何将成果 转化、推广至外部单位应用，还需要进行进一步的总结和优化。
2.改进意见
（1）过程中还存在的 不足，本企业将在下步进行工序划分，单独进行研究，争取形成各工序技术。
（2）针对课题研究成果，加大企业成果转化力度和进程，培训相关技术人员进行课题成果学习，提升技术人员素质水平；
（3）在课题成果实现规模应用前，在企业内部项目中积极与业主沟 通进行课题成果试点、示范，并积极与政府相关部门协调，推动产品规模 化应用；
（4）积极宣贯课题编制的标准成果，指导现场技术人员快速掌握课 题成果，加快成果转化进程。