科技助力水設(shè)施功能提升 智能調(diào)控水系統(tǒng)降本增效——水專項(xiàng)“望虞河?xùn)|岸水設(shè)施功能提升與全系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)及示范”課題為蘇州水設(shè)施提質(zhì)增效提供科學(xué)支撐
蘇州中心區(qū)水設(shè)施一體化管理平臺。
福星污水處理廠數(shù)字化運(yùn)行和節(jié)能降耗技術(shù)的工程示范。
位于望虞河?xùn)|岸的江蘇省蘇州市區(qū)，經(jīng)過多年持續(xù)治理，已建成較為完備的水環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。如何朝著提升設(shè)施效能、實(shí)現(xiàn)水生態(tài)安全的更高目標(biāo)邁進(jìn)，成為蘇州面臨的重大挑戰(zhàn)，也是我國城市水環(huán)境治理轉(zhuǎn)型必須面對的問題。因此，重大科技專項(xiàng)課題“望虞河?xùn)|岸水設(shè)施功能提升與全系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)及示范”應(yīng)運(yùn)而生，為國家“十三五”水專 項(xiàng)“蘇州區(qū)域水質(zhì)提升與水生態(tài)安全保障技術(shù)及綜合示范項(xiàng)目”其中1個(gè)課題，簡稱“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、城市污水處理廠、排水管網(wǎng)泵站等多類關(guān)鍵設(shè)施的效能提升開展研究，形成了3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、4項(xiàng)成套技術(shù)、3座工程示范等一系列成果。
印染廢水處理廠實(shí)現(xiàn)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(tǒng)監(jiān)控尾水更安全
蘇州地處長三角生態(tài)環(huán)境保護(hù)核心區(qū)，對工業(yè)污染防控有更高要求。印染廢水毒性效應(yīng)復(fù)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(biāo)準(zhǔn)處理與毒性協(xié)同控制的技術(shù)路線，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，通過旋流微曝氣、交替曝氣、彈性立體填料，營造微氧、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(qiáng)化生成混凝活性組分并將絮體回流至前端氣浮段，高標(biāo)準(zhǔn)去除銻、苯胺前驅(qū)體和毒性。技術(shù)成果在蘇州吳江區(qū)聯(lián)合印染廢水處理廠得以示范，處理能力4.5萬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(yùn)行成本。
面對水生態(tài)安全目標(biāo)，工業(yè)廢水處理設(shè)施排水的毒性監(jiān)控同樣重要。目前的管控大多采用生物指示池，靈敏度和自動化程度不足。課題在構(gòu)建仿水生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)上形成了設(shè)施排水生態(tài)安全監(jiān)測技術(shù)，并開發(fā)出一體化監(jiān)控設(shè)備。通過營造多介質(zhì)底泥環(huán)境、引入多生態(tài)位物種，采集魚類活動軌跡和機(jī)器學(xué)習(xí)智能判斷，實(shí)現(xiàn)了對設(shè)施排水的復(fù)合慢性毒性和魚類急性毒性進(jìn)行評價(jià)、監(jiān)測和預(yù)警，對毒害物質(zhì)的響應(yīng)時(shí)間降至1小時(shí)以內(nèi)，運(yùn)行成本低于50元/m3/d。監(jiān)控設(shè)備在蘇州吳江區(qū)聯(lián)合印染廢水處理廠排放口運(yùn)行良好，已具備產(chǎn)業(yè)化推廣條件。
城市污水處理廠踐行出水提質(zhì)與節(jié)能降耗雙目標(biāo)，管網(wǎng)泵站水廠協(xié)調(diào)運(yùn)行，污泥淤泥底泥統(tǒng)籌處置
太湖流域的城市污水處理廠普遍存在提高出水標(biāo)準(zhǔn)和控制運(yùn)行成本的實(shí)際需求。課題運(yùn)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數(shù)字化全流程節(jié)能降耗優(yōu)化運(yùn)行成套技術(shù)。通過集成污泥活性在線監(jiān)測、大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生化過程模擬、活性污泥機(jī)理模型、化學(xué)沉淀機(jī)理模型，智能化控制曝氣、回流和加藥等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，根據(jù)進(jìn)水負(fù)荷變化精準(zhǔn)供氧加藥，實(shí)現(xiàn)出水水質(zhì)提升與節(jié)能降耗的最佳平衡。兩套技術(shù)在福星污水處理廠進(jìn)行示范，規(guī)模18萬m3/d，出水TN、TP降低超過10%，全面優(yōu)于一級A標(biāo)準(zhǔn)；除磷藥劑節(jié)約13%以上，能耗降低10%以上，環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。由此編制的《A2O污水處理廠智慧化技術(shù)規(guī)程》已在中國給水排水協(xié)會立項(xiàng)為團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。
隨著污水處理廠提質(zhì)增效，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站廠多設(shè)施一體化協(xié)同運(yùn)行成為全系統(tǒng)效能提升的難點(diǎn)。排水系統(tǒng)入流入滲水量大、廠網(wǎng)運(yùn)行協(xié)調(diào)性差、雨季漫溢風(fēng)險(xiǎn)高是河網(wǎng)城市的通病。課題采用多目標(biāo)魯棒優(yōu)化技術(shù)、排水管網(wǎng)機(jī)理模型、長短時(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(shè)施雨季協(xié)同調(diào)控技術(shù)，實(shí)時(shí)確定漫溢量小、能耗低、安全性高的運(yùn)行策略和控制參數(shù)。蘇州市46.1平方公里的福星排水片區(qū)經(jīng)調(diào)控后，旱天排水系統(tǒng)低水位運(yùn)行，預(yù)留調(diào)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(qū)協(xié)作提高轉(zhuǎn)輸效率，既降低對污水處理廠沖擊又充分利用污水處理廠處理能力，COD負(fù)荷平均削減量超過11.7%。課題成果為雨季提高排水系統(tǒng)績效、改善水環(huán)境質(zhì)量提供了重要技術(shù)支撐。
管道淤泥、污水處理廠污泥、河道底泥是城市水系統(tǒng)運(yùn)行的“副產(chǎn)品”，處置不當(dāng)會帶來二次污染，但處理技術(shù)種類多、影響因素復(fù)雜、選擇難度大。課題從減量化、穩(wěn)定化、資源回收、能源回收、環(huán)境影響、經(jīng)濟(jì)成本等角度出發(fā)，構(gòu)建了城市污泥處理的環(huán)境績效綜合評價(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題提供決策依據(jù)。
全系統(tǒng)多設(shè)施實(shí)施一體化管理，建平臺促發(fā)展，向智慧化運(yùn)營要效益
課題針對蘇州市中心區(qū)100.8平方公里范圍內(nèi)的管網(wǎng)、泵站、污水處理廠等設(shè)施，構(gòu)建了一體化管理平臺，服務(wù)于全系統(tǒng)高效運(yùn)行。平臺運(yùn)用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能，實(shí)現(xiàn)了設(shè)施信息管理、數(shù)據(jù)查詢分析、系統(tǒng)效能評估、設(shè)施調(diào)控和運(yùn)維管理等功能，支撐了水設(shè)施一體化和規(guī)范化管理成套技術(shù)的應(yīng)用示范，全面達(dá)到了業(yè)務(wù)化運(yùn)行目標(biāo)要求。平臺首次嵌入中心區(qū)排水系統(tǒng)機(jī)理模型和人工智能優(yōu)化調(diào)度算法，大大提高了設(shè)施效能評估和系統(tǒng)調(diào)控決策的時(shí)效性、有效性和智慧化水平。中心區(qū)3座污水處理廠及配套管網(wǎng)的效能評估由過去的不定期月度評估提升為規(guī)范化逐日評估，及時(shí)精準(zhǔn)識別瓶頸管段、高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)段和區(qū)域。雨季運(yùn)行決策支持手段不斷豐富，基于經(jīng)驗(yàn)的手動調(diào)度和基于AI的實(shí)時(shí)控制通過平臺充分融合，摸索出了雨前有預(yù)案、雨中實(shí)時(shí)變、雨后評估再學(xué)習(xí)的效能提升路徑。
課題成果顯現(xiàn)出重要價(jià)值和積極示范效應(yīng)，產(chǎn)出的一系列水設(shè)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(shè)施從規(guī)模擴(kuò)張走向高效運(yùn)行、污染削減從常規(guī)指標(biāo)控制走向多種污染物和生態(tài)毒性協(xié)同控制、系統(tǒng)運(yùn)行從注重點(diǎn)源和旱季的靜態(tài)粗放模式走向點(diǎn)面結(jié)合旱雨統(tǒng)籌的動態(tài)精準(zhǔn)模式、調(diào)控監(jiān)管從人工經(jīng)驗(yàn)半自動走向數(shù)字化智能化，最終推動城市水系統(tǒng)的跨越式發(fā)展。
“望虞河?xùn)|岸水設(shè)施功能提升與全系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)及示范”課題組 供稿
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