一、任务来源
本项目为自行研究、烟台市城市管理局推荐的项目。
随着社会经济的发展与环保政策的日益严格，污水处理成本逐渐升高。形势的发展对套子湾污水处理有限公司的运行管理及生产工艺动态调控水平提出了更高的要求。经过市场调研膜擦洗曝气占整个膜污水处理系统能耗的34%左右。目前，套子湾污水处理厂二期工程膜擦洗曝气风机的调控操作主要依靠人工经验，存在曝气过量的现象、电耗损耗过大的情况，不利于污水处理运行管理和成本控制。
为解决套子湾污水处理厂二期工程膜擦洗曝气风机过量曝气、能耗过高的问题，全面提高污水处理厂的运营水平，套子湾污水处理厂设立此课题。
此课题的研发思路是在套子湾污水处理厂二期工程膜池曝气的基础上，搭建膜池曝气的膜池曝气的数学仿真模型，同时对现场的配套设备进行改造，实现对膜池曝气量的精确控制，达到节能降耗的目的，主要研发内容包括：
1.针对套子湾污水处理厂二期工程MBR膜池近五年的曝气数据进行研究，提取有价值的数据，搭建具有针对性的精确曝气数学模型，模拟MBR膜池的曝气，实现膜池正常运行所需曝气量的精确计算。
2.基于套子湾污水处理厂二期MBR膜池曝气系统的基础上，新增膜池运行参数检测仪表，实现对MBR膜池工作能力的实时监控；改进原有的膜擦洗曝气风机自动控制系统，实现对MBR膜池风量的精确控制。
3.优化MBR膜池的外回流控制和污泥排泥系统的指导，提高套子湾污水处理厂的运营管理水平。
二、应用领域和技术原理
套子湾污水处理厂膜池精确曝气控制系统适用于污水处理厂的MBR膜池曝气工艺中，用于MBR膜池实现对曝气量的精确调节，以达到节能降耗的目的。
套子湾污水处理厂膜池精确曝气控制系统是结合国内智慧水务发展现状，借鉴国内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。该项目在套子湾污水处理厂二期工程MBR膜池曝气的基础上，搭建膜池曝气的膜池曝气的数学仿真模型，新增配套仪表实现了MBR膜池工作性能的准确监控，改进原有的膜擦洗曝气风机自动控制系统，实现了对MBR膜池风量的精确控制。
该项目解决了MBR膜池曝气人工调控方案不合理、准确性不高等问题，大幅提高污水处理厂的运行管理水平，有效实现节能减排。
膜池曝气模型原理图
三、性能指标
套子湾污水处理厂膜池精确曝气控制系统性能先进、运行稳定可靠，实现了本工程的目的：
1.搭建套子湾污水处理厂MBR膜池的精确曝气数学模型，模拟膜池的曝气，实现膜池正常运行所需曝气量的精确计算。
2. 套子湾污水处理厂膜池膜擦洗曝气风机实现了远程自动风量的控制，结合膜池曝气配套仪表，实现了膜池曝气的自动调节。
3. 优化了MBR膜池的外回流控制，实现了膜池污泥排泥的系统指导，提高套子湾污水处理厂的运营管理水平。
膜池精确曝气控制系统的各项功能运行稳定，模型模拟精度能够满足要求，二期MBR膜池精确曝气系统均正常运行，截止到到2024年7月底为止，与往年同期相比，在处理水量相近的情况下，节约电量10%左右，预计2024年去除检修费用等成本，可节约电量8%，约116.8万度电，年节约成本80.59万元，实现碳减排约1125吨。
四、与国内外同类技术比较
随着社会经济的发展与环保政策的日益严格，污水处理成本逐渐升高。国内外的污水处理厂MBR膜池都面临着曝气能耗过高，运营成本过高的难题。
套子湾污水处理厂膜池精确曝气控制系统通过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，搭建膜池曝气的膜池曝气的数学仿真模型，新增配套仪表实现了MBR膜池工作性能的准确监控，改进原有的膜擦洗曝气风机自动控制系统，实现了对MBR膜池风量的精确控制，解决了解决了MBR膜池曝气人工调控方案不合理、准确性不高等问题，大幅提高污水处理厂的运行管理水平，有效实现节能减排。
与国内外同类技术相比，具有以下几个优点：
1. 套子湾污水处理厂膜池精确曝气控制系统对工程的配套要求低。本系统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二期MBR膜池曝气系统的基础上，新增膜池运行参数检测仪表，改进原有的膜擦洗曝气风机自动控制系统，并搭建具有针对性的精确曝气数学模型。模型根据膜池进水量、膜池污泥浓度、膜池跨膜压差和产水量，自动计算膜池曝气所需的风量，并且能够与现有的中控系统及现场膜擦洗曝气风机联动运行，动态实时进行曝气量调节。
2.建立了污水厂控制参数优化系统，进一步提高了水厂的运营管理能力。套子湾膜池精确曝气控制系统在稳定达标运行的基础上，根据膜池进水量、膜池污泥浓度、膜池跨膜压差和产水量及膜池外回流流量和排泥系统变化基础上能进一步优化系统，满足了膜池系统正常运行，实现节能降耗的目标。
3.具备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。
4.配置优化污水厂智慧控制终端。通过建立污水厂中控室智能控制终端，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。
以上研究成果解决了MBR膜池曝气人工调控方案不合理、准确性不高等问题，大幅提高污水处理厂的运行管理水平，有效实现节能减排。
五、成果创造性、先进性
随着社会经济的发展与环保政策的日益严格，污水处理成本逐渐升高。污水处理厂MBR膜池面临曝气能耗过高，运营成本过高的难题。套子湾污水处理厂膜池精确曝气控制系统通过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，搭建膜池曝气的膜池曝气的数学仿真模型，新增配套仪表实现了MBR膜池工作性能的准确监控，改进原有的膜擦洗曝气风机自动控制系统，实现了对MBR膜池风量的精确控制，解决了解决了MBR膜池曝气人工调控方案不合理、准确性不高等问题，大幅提高污水处理厂的运行管理水平，有效实现节能减排。
在污水处理厂的运行管理中采用膜池精确曝气控制技术，提高运行管理效能，主要创新点体现在以下几方面：
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二期MBR膜池曝气系统的基础上，新增膜池运行参数检测仪表，改进原有的膜擦洗曝气风机自动控制系统，并搭建具有针对性的精确曝气数学模型。模型根据膜池进水量、膜池污泥浓度、膜池跨膜压差和产水量，自动计算膜池曝气所需的风量，并且能够与现有的中控系统及现场膜擦洗曝气风机联动运行，动态实时进行曝气量调节。
膜池曝气模型原理图
2.建立污水厂控制参数优化系统。在稳定达标运行的基础上，根据膜池进水量、膜池污泥浓度、膜池跨膜压差和产水量及膜池外回流流量和排泥系统变化基础上能进一步优化系统，满足了膜池系统正常运行，实现节能降耗的目标。
膜池精确曝气控制结构图
3.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。


AI强化学习系统原理
4.配置优化污水厂智慧控制终端。通过建立污水厂中控室智能控制终端，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。


曝气控制终端 工作视窗
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膜池精确曝气控制系统不断进行完善，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。

一、推广应用范围、条件和市场前景
套子湾污水处理厂膜池精确曝气控制系统性能先进、运行稳定可靠，其性能如下：
1.建立套子湾污水处理厂数学仿真模型，模型根据膜池进水量、膜池污泥浓度、膜池跨膜压差和产水量，自动计算膜池曝气所需的风量，并且能够与现有的中控系统及现场膜擦洗曝气风机联动运行，动态实时进行曝气量调节。
2. 建立了污水厂控制参数优化系统。膜池外回流流量和排泥系统变化基础上能进一步优化系统，满足了膜池系统正常运行，实现节能降耗的目标。
3. 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。
据统计MBR技术自2004年开始在中国大规模应用，‌至今总处理能力已达到1000万吨/日，‌其中单项目最大规模为60万吨/日。仅10万吨级的采用MBR工艺的污水处理厂就有40多座。淹没式MBR的运行能耗为0.6-2.0kWh/m³，其中膜擦洗曝气占系统能耗的34%，因此控制膜池的精确曝气对污水厂的节能降耗有着重要意义。
套子湾污水处理厂膜池精确曝气控制系统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膜池精确曝气控制系统继续进行完善，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中MBR膜池的曝气系统，未覆盖到各个污水处理工艺。
（2）课题成果仅在烟台市城市排水服务中心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）套子湾污水处理厂膜池精确曝气控制系统具备AI学习功能，目前的数据处理量还存在的不足，将在下一步不断积累数据，持续对膜池精确曝气控制系统继续进行完善，进一步提高膜池精确曝气控制系统的性能。
（2）针对课题研究成果，加大成果转化力度和进程，培训相关人员进行课题成果学习，提升水厂人员的运营管理水平。
（3）在课题成果实现规模应用前，将套子湾污水处理厂打造成成果试点、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，指导水厂人员快速掌握课题成果，加快成果转化进程。