污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行案例分析一、引言隨著城鎮(zhèn)污水處理需求增長(zhǎng)與環(huán)保要求趨嚴(yán)，自動(dòng)化、智能化運(yùn)行成為提升處理效率、保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、降低運(yùn)營(yíng)成本的核心路徑。自動(dòng)化系統(tǒng)通過集成傳感檢測(cè)、自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)交互與智能決策，實(shí)現(xiàn)污水處理全流程精準(zhǔn)調(diào)控。本文以某城市A污水處理廠（以下簡(jiǎn)稱“A廠”）的自動(dòng)化升級(jí)改造及運(yùn)行實(shí)踐為例，剖析系統(tǒng)架構(gòu)、控制策略與實(shí)際效益，為行業(yè)提供可借鑒的技術(shù)路徑。二、案例背景A廠設(shè)計(jì)處理規(guī)模為日處理污水10萬立方米，采用改良A2/O+深度處理工藝（厭氧-缺氧-好氧+混凝沉淀+濾池），服務(wù)區(qū)域涵蓋城市核心商業(yè)區(qū)與居民區(qū)。改造前，該廠依賴人工巡檢與經(jīng)驗(yàn)性操作，存在能耗偏高（曝氣能耗占比超45%）、出水水質(zhì)波動(dòng)（NH?-N達(dá)標(biāo)率89%）、運(yùn)維成本居高不下等問題。2022年，A廠啟動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)，目標(biāo)為“工藝精準(zhǔn)調(diào)控、能耗智能優(yōu)化、管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型”。三、自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)（一）硬件層：感知與執(zhí)行的“神經(jīng)末梢”1.傳感網(wǎng)絡(luò)：在預(yù)處理段、生物反應(yīng)池、二沉池、深度處理單元部署多參數(shù)傳感器，包括：水質(zhì)傳感器：溶解氧（DO）、pH、污泥濃度（MLSS）、氨氮（NH?-N）、化學(xué)需氧量（COD）等，采樣頻率1次/分鐘；設(shè)備狀態(tài)傳感器：風(fēng)機(jī)振動(dòng)、泵組電流、閥門開度等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備健康；環(huán)境傳感器：池體液位、溫度、壓力等，保障工藝穩(wěn)定性。2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)：采用變頻控制的曝氣風(fēng)機(jī)、污泥回流泵、加藥泵，以及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（如進(jìn)水閥、排泥閥），響應(yīng)時(shí)間≤2秒，控制精度±1%。3.控制器層：以PLC（可編程邏輯控制器）為核心，按工藝段劃分子系統(tǒng)（預(yù)處理PLC、生物池PLC、深度處理PLC），通過工業(yè)以太網(wǎng)（Profinet協(xié)議）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，控制周期100毫秒。（二）軟件層：智能決策的“大腦中樞”1.SCADA系統(tǒng)：搭建可視化監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)時(shí)展示工藝參數(shù)（如DO、MLSS、出水水質(zhì)）、設(shè)備狀態(tài)（運(yùn)行/故障/待機(jī)）、能耗數(shù)據(jù)（風(fēng)機(jī)功率、泵組電流），支持歷史曲線查詢、報(bào)警推送（如DO超標(biāo)、設(shè)備異常）。2.控制算法體系：PID反饋控制：針對(duì)好氧池DO，根據(jù)傳感器反饋值與設(shè)定值（2~4mg/L）的偏差，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)曝氣風(fēng)機(jī)頻率，控制精度±0.3mg/L；前饋-反饋復(fù)合控制：針對(duì)進(jìn)水水質(zhì)（COD、NH?-N）波動(dòng)，通過在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提前調(diào)整污泥回流比、加藥量，減少出水波動(dòng)；模糊控制：在冬季低溫期，結(jié)合水溫、污泥活性數(shù)據(jù)，自適應(yīng)調(diào)整曝氣強(qiáng)度與攪拌頻率，保障脫氮效率。四、運(yùn)行流程與控制策略實(shí)踐（一）生物反應(yīng)池精準(zhǔn)調(diào)控A廠生物池采用分段曝氣+多點(diǎn)回流工藝，自動(dòng)化系統(tǒng)通過以下策略實(shí)現(xiàn)優(yōu)化：1.溶解氧梯度控制：將好氧區(qū)分成3個(gè)控制段，根據(jù)沿程DO衰減曲線（模擬值），從首段到尾段設(shè)置DO梯度（2.5mg/L→3.5mg/L→2.0mg/L），既保證有機(jī)物降解，又避免末端過度曝氣；2.污泥齡動(dòng)態(tài)調(diào)整：通過MLSS傳感器（精度±5%）與出水NH?-N數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算污泥齡（SRT），當(dāng)SRT偏離設(shè)計(jì)值（15天）±2天時(shí)，調(diào)整排泥泵頻率，維持污泥活性；3.反硝化碳源智能投加：缺氧區(qū)安裝ORP（氧化還原電位）傳感器，當(dāng)ORP低于-150mV時(shí)，觸發(fā)乙酸鈉投加，投加量根據(jù)進(jìn)水TN（總氮）負(fù)荷與出水TN目標(biāo)值動(dòng)態(tài)計(jì)算，避免碳源浪費(fèi)。（二）深度處理單元聯(lián)動(dòng)控制深度處理采用“混凝沉淀+濾池”工藝，自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：1.混凝劑投加閉環(huán)控制：根據(jù)進(jìn)水SS（懸浮物）濃度與沉淀池出水濁度，通過PID算法調(diào)整PAC（聚合氯化鋁）投加量，濁度控制在5NTU以內(nèi)；2.濾池反沖洗智能觸發(fā)：當(dāng)濾池水頭損失達(dá)到1.2m（設(shè)計(jì)值）或出水濁度＞1NTU時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)反沖洗，沖洗時(shí)長(zhǎng)與強(qiáng)度根據(jù)濾層堵塞程度動(dòng)態(tài)調(diào)整，節(jié)水率達(dá)20%。（三）能耗與運(yùn)維優(yōu)化1.曝氣系統(tǒng)節(jié)能：通過DO梯度控制與風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)，曝氣能耗從改造前的0.35kWh/噸水降至0.28kWh/噸水，降幅20%；2.設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)：基于振動(dòng)傳感器與電流數(shù)據(jù)，建立風(fēng)機(jī)、泵組的故障預(yù)測(cè)模型，提前3~7天預(yù)警軸承磨損、葉輪堵塞等問題，設(shè)備故障率下降40%；3.數(shù)字化運(yùn)維：運(yùn)維人員通過移動(dòng)端APP接收?qǐng)?bào)警、查看趨勢(shì)曲線，遠(yuǎn)程調(diào)整參數(shù)（如加藥量、回流比），人工巡檢頻次從3次/班降至1次/班，人力成本節(jié)約35%。五、運(yùn)行效果與效益分析（一）水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提升改造后，A廠出水主要指標(biāo)穩(wěn)定優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB____）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)：COD去除率從88%提升至93%，出水COD穩(wěn)定≤30mg/L；NH?-N去除率從90%提升至97%，出水NH?-N≤1.5mg/L；總氮（TN）去除率從75%提升至85%，出水TN≤10mg/L；出水達(dá)標(biāo)率從89%提升至99%，全年無超標(biāo)排放事件。（二）經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益1.能耗與成本節(jié)約：年節(jié)約電費(fèi)約180萬元（按工業(yè)電價(jià)0.6元/kWh計(jì)算），藥劑成本節(jié)約25%（約60萬元/年），總運(yùn)營(yíng)成本降低28%；2.環(huán)保效益：通過精準(zhǔn)控污，年減少COD排放約50噸、NH?-N排放約8噸，對(duì)改善受納水體（城市內(nèi)河）水質(zhì)貢獻(xiàn)顯著；3.行業(yè)示范：A廠自動(dòng)化系統(tǒng)通過了生態(tài)環(huán)境部“智慧水務(wù)”試點(diǎn)驗(yàn)收，其控制策略被推廣至周邊3座同規(guī)模污水處理廠。六、問題與優(yōu)化方向（一）現(xiàn)存挑戰(zhàn)1.傳感器可靠性：部分水質(zhì)傳感器（如氨氮電極）受污水中懸浮物干擾，壽命縮短至8~10個(gè)月，需頻繁校準(zhǔn)；2.極端工況適應(yīng)性：暴雨期進(jìn)水水質(zhì)（COD、SS）突變時(shí)，控制算法響應(yīng)存在2~3分鐘延遲，導(dǎo)致短時(shí)間出水波動(dòng)；3.數(shù)據(jù)孤島問題：部分老舊設(shè)備（如原有加藥泵）未接入PLC系統(tǒng)，需手動(dòng)錄入數(shù)據(jù)，影響全流程數(shù)字化管理。（二）優(yōu)化措施1.傳感器升級(jí)：更換抗干擾型光學(xué)傳感器（如DO采用熒光法、COD采用UV法），壽命延長(zhǎng)至1.5年，維護(hù)成本降低40%；2.算法迭代：引入LSTM（長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)）預(yù)測(cè)模型，結(jié)合氣象、管網(wǎng)數(shù)據(jù)提前15分鐘預(yù)測(cè)進(jìn)水負(fù)荷，優(yōu)化前饋控制參數(shù)；3.系統(tǒng)集成：對(duì)老舊設(shè)備加裝物聯(lián)網(wǎng)模塊，實(shí)現(xiàn)全流程數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程控制，消除數(shù)據(jù)孤島。七、結(jié)論與展望A廠的自動(dòng)化改造實(shí)踐表明，“感知-控制-決策”一體化的自動(dòng)化系統(tǒng)可有效破解污水處理廠“高能耗、低效率、強(qiáng)依賴人工”的痛點(diǎn)。通過精準(zhǔn)的工藝調(diào)控、智能的能耗優(yōu)化與數(shù)字化的運(yùn)維管理，污水處理廠不僅能實(shí)現(xiàn)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，更能在降本增效、低碳運(yùn)行方面取得突破。未來，隨著5G、邊緣計(jì)算、數(shù)字