20万吨大水厂！南昌水业江西洪城城东污水厂的智慧化进阶之路
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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——南昌水业集团江西洪城城东污水处理厂为案例，向行业同仁展示该厂的精细化特征优势，为污水处理厂精细化建设提供案例支持。
双百跨越 精彩随行：海峡环保福州市祥坂污水处理厂——打造精细运营 共筑闽水千山
江西洪城城东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”称号。“双百跨越”污水处理标杆联盟特聘运营评估专员，中节能国祯环保科技股份有限公司技术总监李涛点评道：江西洪城城东污水处理厂作为一个半地下的大型污水厂，是将BIM技术应用到污水厂日常运营管理的优秀代表，结合智能曝气、智能除磷、精确加药等控制系统对关键环节的精准管理，使电耗、药耗控制在较低水平，实现既节能又低碳。本文以智慧化标杆厂——江西洪城城东污水处理厂为案例，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。
南昌水业集团江西洪城城东污水处理厂（以下简称：城东污水厂）是江西省首个且规模最大的，生态式、全封闭半地下式污水处理厂，位于江西省南昌市高新区（地址：江西省南昌市高新区京东大道与火炬五路交界处），占地面积132亩，污水处理规模为20万立方米/天，由上海市政工程设计研究总院有限公司设计，项目投资11.79亿，2020年1月开工建设，2020年12月通水试运行，建设周期仅1年，服务范围涵盖南昌市旧城区、城北、青山湖等地区，总服务面积约138平方公里，总服务人口占南昌市常住人口的三分之一，达177万。项目的目标是推进长江经济带生态建设，提升南昌市污水收集率，保护母亲河赣江水质，践行生态文明建设。
图 1 江西洪城城东污水处理厂景观
该标杆污水处理厂污水处理工艺主要包括预处理、二级处理和深处处理三个阶段。其中预处理阶段工艺包含粗格栅及进水泵房+细格栅及曝气沉砂池，二级处理工艺包含AAO生物反应池+二沉池，深度处理的工艺包含高效沉淀池+过滤器池+紫外线和次氯酸钠联合消毒工艺。出水水质严格执行一级A排放标准，最终的尾水是排至赣江南支。污泥处理经机械浓缩后采用超高压板框机脱水至含水率60%以下后外运至电厂焚烧处置。箱体内设有6套除臭系统，除臭系统采用两级生物滤池与离子送风除臭组合工艺处理。
图 2 江西洪城城东污水处理厂工艺流程
智慧化管控是江西洪城城东污水处理厂的主要特征优势，关键关节精准控制是该标杆污水处理厂优秀运营模式之一；以此，实现智能控制及节能降耗。接下来从以下几个方面进行阐述：完善的BIM系统、智能曝气控制系统、智能除磷控制系统、精确加药控制系统、中控智慧化操作。
1. 完善的BIM系统
城东污水厂在建设施工前，建有完善的BIM系统，通过BIM技术的应用，重点从设备紧凑布置、管线精细走向等方面统筹布局，达到更高的空间利用率，加快了施工进度，仅用一年就投产运行。半地下箱体的整体模型，是由生反池、二沉池、高效池、污泥脱水机房四个主要池体组成。箱体内管线通过BIM系统的应用，进行了碰撞检查，避免了管线拆改，大量节约了时间和空间。通过BIM应用解决了现场问题，并目获得诸多奖项：江西省第二届BIM大赛一等奖;中国首届工程建设行业BIM大赛三等奖；第十届“龙图杯”全国BIM大赛一等奖。
图 3 数字模型的应用（BIM系统）
通过半地下箱体的剖面图可以看到，除粗格栅外，其余污水处理工艺构筑物均布置在半地下箱体内，各工艺段通过渠道联通；使得整个箱体布局紧凑、流程顺畅、分区合理；同时又通过地面颜色来区分构筑物范围。这既保证了各工艺的段稳定运行，又能有效区分各工艺段。
图 4半地下箱体剖面图
图 5 江西洪城城东污水处理厂生产区域
江西洪城城东污水处理厂是半地下箱体布置，生产区域占地面积仅为4.34公顷。城东污水厂的半地下箱体顶板以上覆土绿化，使厂区能够较好的与周边环境协调统一，做到厂区环境友好，同时也为南昌市污水处理工程的建设发展，提供一定的示范作用。
2. 智能曝气控制系统
江西洪城城东污水处理厂的智能曝气控制系统设置在生物反应池，系统会根据污水厂的运行负荷和运行状况，采集生反系统出水指标、过程仪表数据、支管空气流量和阀门开启度等参数。通过低溶解氧控制、氨氮优化控制的组合策略构建水质数学模型，进行实时全自动计算，并调控鼓风机和空气阀门，按需调节曝气量，精准控制好氧区溶氧量需求。再通过机器人巡检系统观测水体曝气状况，进行分析，判断曝气效果。
图 6 智能曝气控制系统
智能曝气控制系统以智能控“氧”，稳定脱“氮”，高效减“碳”为宗旨。在保障生反池安全、稳定、高效运行的同时，降低鼓风机的电耗以及碳源的投加量，从而实现节能降耗。其中风机流量从原来的200m³/min降至160m³/min，吨水单耗降至0.32kwh/m³，电耗降低可达10%以上。碳源药剂投加量节省15%以上。
3. 智能除磷控制系统
城东污水的智能除磷控制系统设置在高效沉淀池，除磷系统是以处理水量和过程磷酸盐浓度为主要过程变量，计算除磷加药量，反馈给除磷药剂投加泵，同时以排口总磷反馈数据为辅，实时修正除磷药剂投加量。
图 7 智能除磷控制系统
智能除磷控制系统可以做到智能控“药”，稳定除“磷”，核心优势是保障高效池的安全稳定高效运行，在确保排口总磷稳定达标前提下，优化药剂的投加量，降低化学除磷的成本。为污水厂创造经济效益，PAC投加浓度从20mg/L降至16mg/L，达到20%以上的节能效果。
4. 精确加药控制系统
城东污水的精确加药控制系统设置在污泥脱水机房，精确加药系统通过采集污泥管道中的进泥浓度和进泥流量，反馈到PLC控制系统，系统会根据絮凝机理、污泥性质、药剂性能建立加药数学模型，计算出最佳加药量。
图 8 精确加药控制系统
精确加药控制系统可以做到精确控“药”，稳定脱“水”，在确保出泥含固率稳定达标前提下，节约药剂投加量，降低絮凝剂的运行成本，为污水厂创造经济效益，PAM(阳离子)投加浓度从3g/kgDS降至2g/kgDS，达到30%以上的节能效果。
5. 中控智能化操作
江西洪城城东污水中控室的智能化操作平台、中控系统具有矢量化的实时三维可视化功能，可对整个系统设备及所有构筑物实现360度无死角的全信息化监控，支持旋转、缩放，定位等功能。可直接集成现场实时生产、安全、设备信息。
图 9 中控智能化操作
江西洪城城东污水处理厂的未来规划主要从两个方面进行了规划：
一是打造能源集约利用标杆污水厂，城东污水作为半地下式污水厂，拥有天然的结构优势，而光伏发电有清洁、高效、安全、可再生的显著优势，二者相结合。污水处理厂的电耗在直接生产成本中占比大，将清洁能源应用于给排水领域污染物的减排，不仅可以降低电力成本开支，减少污水处理成本，还可以减少碳排放。实现大气环境和水环境污染减排的双赢，积极响应国家“碳中和”政策。城东污水后续将打造能源集约利用标杆污水厂，实现主要环节的能源深度高效利用，节能减排的标杆污水厂。
二是打造信息化集成标杆污水厂，目前城东污水已经在进行智能信息化管理平台的测试。运用智能信息化管理平台，通过实时采集各工艺环节的信息、将生产管理、设备管理、化验管理、综合管理等信息集成到一个信息平台，打通管理和业务的信息互联，实现生产过程中人、设备、资源的智能沟通、有效协作。高效管理。
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编辑 | 汪茵
统筹 | 李晓佳