科技助力水設施功能提升 智能調控水系統降本增效——水專(zhuān)項“望虞河東岸水設施功能提升與全系統調控技術(shù)及示范”課題為蘇州水設施提質(zhì)增效提供科學(xué)支撐
蘇州中心區水設施一體化管理平臺。
福星污水處理廠(chǎng)數字化運行和節能降耗技術(shù)的工程示范。
位于望虞河東岸的江蘇省蘇州市區，經(jīng)過(guò)多年持續治理，已建成較為完備的水環(huán)境基礎設施系統。如何朝著(zhù)提升設施效能、實(shí)現水生態(tài)安全的更高目標邁進(jìn)，成為蘇州面臨的重大挑戰，也是我國城市水環(huán)境治理轉型必須面對的問(wèn)題。因此，重大科技專(zhuān)項課題“望虞河東岸水設施功能提升與全系統調控技術(shù)及示范”應運而生，為國家“十三五”水專(zhuān) 項“蘇州區域水質(zhì)提升與水生態(tài)安全保障技術(shù)及綜合示范項目”其中1個(gè)課題，簡(jiǎn)稱(chēng)“課題 1（2017ZX07205001)”。課題以水生態(tài)安全保障為宗旨，面向工業(yè)廢水處理廠(chǎng)、城市污水處理廠(chǎng)、排水管網(wǎng)泵站等多類(lèi)關(guān)鍵設施的效能提升開(kāi)展研究，形成了3項關(guān)鍵技術(shù)、4項成套技術(shù)、3座工程示范等一系列成果。
印染廢水處理廠(chǎng)實(shí)現污染物和毒性雙減排，多屏障控制組合工藝保水質(zhì)，仿水生態(tài)系統監控尾水更安全
蘇州地處長(cháng)三角生態(tài)環(huán)境保護核心區，對工業(yè)污染防控有更高要求。印染廢水毒性效應復雜，厭氧處理易生成苯胺，銻的深度去除難度高。課題明確了毒害污染物高標準處理與毒性協(xié)同控制的技術(shù)路線(xiàn)，提出了印染廢水毒害污染物與毒性多屏障控制組合工藝。在生物處理階段，通過(guò)旋流微曝氣、交替曝氣、彈性立體填料，營(yíng)造微氧、缺氧和好氧交替的微環(huán)境，形成懸浮污泥與生物膜菌群協(xié)作模式，高效去除染料、苯胺及毒性。在物化階段，強化生成混凝活性組分并將絮體回流至前端氣浮段，高標準去除銻、苯胺前驅體和毒性。技術(shù)成果在蘇州吳江區聯(lián)合印染廢水處理廠(chǎng)得以示范，處理能力4.5萬(wàn)m3/d，不僅出水急性毒性低于兩倍、銻濃度低于13μg/L，且未新增運行成本。
面對水生態(tài)安全目標，工業(yè)廢水處理設施排水的毒性監控同樣重要。目前的管控大多采用生物指示池，靈敏度和自動(dòng)化程度不足。課題在構建仿水生態(tài)系統基礎上形成了設施排水生態(tài)安全監測技術(shù)，并開(kāi)發(fā)出一體化監控設備。通過(guò)營(yíng)造多介質(zhì)底泥環(huán)境、引入多生態(tài)位物種，采集魚(yú)類(lèi)活動(dòng)軌跡和機器學(xué)習智能判斷，實(shí)現了對設施排水的復合慢性毒性和魚(yú)類(lèi)急性毒性進(jìn)行評價(jià)、監測和預警，對毒害物質(zhì)的響應時(shí)間降至1小時(shí)以?xún)?，運行成本低于50元/m3/d。監控設備在蘇州吳江區聯(lián)合印染廢水處理廠(chǎng)排放口運行良好，已具備產(chǎn)業(yè)化推廣條件。
城市污水處理廠(chǎng)踐行出水提質(zhì)與節能降耗雙目標，管網(wǎng)泵站水廠(chǎng)協(xié)調運行，污泥淤泥底泥統籌處置
太湖流域的城市污水處理廠(chǎng)普遍存在提高出水標準和控制運行成本的實(shí)際需求。課題運用信息化和智能化理念，研發(fā)了A2O和交替式兩種典型工藝的污水處理廠(chǎng)數字化全流程節能降耗優(yōu)化運行成套技術(shù)。通過(guò)集成污泥活性在線(xiàn)監測、大數據驅動(dòng)的生化過(guò)程模擬、活性污泥機理模型、化學(xué)沉淀機理模型，智能化控制曝氣、回流和加藥等關(guān)鍵環(huán)節，根據進(jìn)水負荷變化精準供氧加藥，實(shí)現出水水質(zhì)提升與節能降耗的最佳平衡。兩套技術(shù)在福星污水處理廠(chǎng)進(jìn)行示范，規模18萬(wàn)m3/d，出水TN、TP降低超過(guò)10%，全面優(yōu)于一級A標準；除磷藥劑節約13%以上，能耗降低10%以上，環(huán)境效益和經(jīng)濟效益顯著(zhù)。由此編制的《A2O污水處理廠(chǎng)智慧化技術(shù)規程》已在中國給水排水協(xié)會(huì )立項為團體標準。
隨著(zhù)污水處理廠(chǎng)提質(zhì)增效，實(shí)現網(wǎng)站廠(chǎng)多設施一體化協(xié)同運行成為全系統效能提升的難點(diǎn)。排水系統入流入滲水量大、廠(chǎng)網(wǎng)運行協(xié)調性差、雨季漫溢風(fēng)險高是河網(wǎng)城市的通病。課題采用多目標魯棒優(yōu)化技術(shù)、排水管網(wǎng)機理模型、長(cháng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò )模型、管道均勻填充算法、污水處理工藝模糊控制算法，研發(fā)了水環(huán)境設施雨季協(xié)同調控技術(shù)，實(shí)時(shí)確定漫溢量小、能耗低、安全性高的運行策略和控制參數。蘇州市46.1平方公里的福星排水片區經(jīng)調控后，旱天排水系統低水位運行，預留調蓄空間和處理能力；雨天有效收集降雨初期高濃度污水，多泵站片區協(xié)作提高轉輸效率，既降低對污水處理廠(chǎng)沖擊又充分利用污水處理廠(chǎng)處理能力，COD負荷平均削減量超過(guò)11.7%。課題成果為雨季提高排水系統績(jì)效、改善水環(huán)境質(zhì)量提供了重要技術(shù)支撐。
管道淤泥、污水處理廠(chǎng)污泥、河道底泥是城市水系統運行的“副產(chǎn)品”，處置不當會(huì )帶來(lái)二次污染，但處理技術(shù)種類(lèi)多、影響因素復雜、選擇難度大。課題從減量化、穩定化、資源回收、能源回收、環(huán)境影響、經(jīng)濟成本等角度出發(fā)，構建了城市污泥處理的環(huán)境績(jì)效綜合評價(jià)技術(shù)，評估優(yōu)選出蘇州市污泥處理最佳可行技術(shù)，為解決蘇州市污泥問(wèn)題提供決策依據。
全系統多設施實(shí)施一體化管理，建平臺促發(fā)展，向智慧化運營(yíng)要效益
課題針對蘇州市中心區100.8平方公里范圍內的管網(wǎng)、泵站、污水處理廠(chǎng)等設施，構建了一體化管理平臺，服務(wù)于全系統高效運行。平臺運用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數據和人工智能，實(shí)現了設施信息管理、數據查詢(xún)分析、系統效能評估、設施調控和運維管理等功能，支撐了水設施一體化和規范化管理成套技術(shù)的應用示范，全面達到了業(yè)務(wù)化運行目標要求。平臺首次嵌入中心區排水系統機理模型和人工智能優(yōu)化調度算法，大大提高了設施效能評估和系統調控決策的時(shí)效性、有效性和智慧化水平。中心區3座污水處理廠(chǎng)及配套管網(wǎng)的效能評估由過(guò)去的不定期月度評估提升為規范化逐日評估，及時(shí)精準識別瓶頸管段、高風(fēng)險時(shí)段和區域。雨季運行決策支持手段不斷豐富，基于經(jīng)驗的手動(dòng)調度和基于A(yíng)I的實(shí)時(shí)控制通過(guò)平臺充分融合，摸索出了雨前有預案、雨中實(shí)時(shí)變、雨后評估再學(xué)習的效能提升路徑。
課題成果顯現出重要價(jià)值和積極示范效應，產(chǎn)出的一系列水設施提質(zhì)增效與水生態(tài)安全保障技術(shù)，可有效支撐我國城市水環(huán)境設施從規模擴張走向高效運行、污染削減從常規指標控制走向多種污染物和生態(tài)毒性協(xié)同控制、系統運行從注重點(diǎn)源和旱季的靜態(tài)粗放模式走向點(diǎn)面結合旱雨統籌的動(dòng)態(tài)精準模式、調控監管從人工經(jīng)驗半自動(dòng)走向數字化智能化，最終推動(dòng)城市水系統的跨越式發(fā)展。
“望虞河東岸水設施功能提升與全系統調控技術(shù)及示范”課題組 供稿
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