科技助力水设施功能提升 智能调控水系统降本增效——水专项“望虞河东岸水设施功能提升与全系统调控技术及示范”课题为苏州水设施提质增效提供科学支撑

 

 

 

苏州中心区水设施一体化管理平台。

 

 

　　福星污水处理厂数字化运行和节能降耗技术的工程示范。

 

　　位于望虞河东岸的江苏省苏州市区，经过多年持续治理，已建成较为完备的水环境基础设施系统。如何朝着提升设施效能、实现水生态安全的更高目标迈进，成为苏州面临的重大挑战，也是我国城市水环境治理转型必须面对的问题。因此，重大科技专项课题“望虞河东岸水设施功能提升与全系统调控技术及示范”应运而生，为国家“十三五”水专 项“苏州区域水质提升与水生态安全保障技术及综合示范项目”其中1个课题，简称“课题 1（2017ZX07205001)”。课题以水生态安全保障为宗旨，面向工业废水处理厂、城市污水处理厂、排水管网泵站等多类关键设施的效能提升开展研究，形成了3项关键技术、4项成套技术、3座工程示范等一系列成果。

 

　　印染废水处理厂实现污染物和毒性双减排，多屏障控制组合工艺保水质，仿水生态系统监控尾水更安全

 

　　苏州地处长三角生态环境保护核心区，对工业污染防控有更高要求。印染废水毒性效应复杂，厌氧处理易生成苯胺，锑的深度去除难度高。课题明确了毒害污染物高标准处理与毒性协同控制的技术路线，提出了印染废水毒害污染物与毒性多屏障控制组合工艺。在生物处理阶段，通过旋流微曝气、交替曝气、弹性立体填料，营造微氧、缺氧和好氧交替的微环境，形成悬浮污泥与生物膜菌群协作模式，高效去除染料、苯胺及毒性。在物化阶段，强化生成混凝活性组分并将絮体回流至前端气浮段，高标准去除锑、苯胺前驱体和毒性。技术成果在苏州吴江区联合印染废水处理厂得以示范，处理能力4.5万m3/d，不仅出水急性毒性低于两倍、锑浓度低于13μg/L，且未新增运行成本。

 

　　面对水生态安全目标，工业废水处理设施排水的毒性监控同样重要。目前的管控大多采用生物指示池，灵敏度和自动化程度不足。课题在构建仿水生态系统基础上形成了设施排水生态安全监测技术，并开发出一体化监控设备。通过营造多介质底泥环境、引入多生态位物种，采集鱼类活动轨迹和机器学习智能判断，实现了对设施排水的复合慢性毒性和鱼类急性毒性进行评价、监测和预警，对毒害物质的响应时间降至1小时以内，运行成本低于50元/m3/d。监控设备在苏州吴江区联合印染废水处理厂排放口运行良好，已具备产业化推广条件。

 

　　城市污水处理厂践行出水提质与节能降耗双目标，管网泵站水厂协调运行，污泥淤泥底泥统筹处置

 

　　太湖流域的城市污水处理厂普遍存在提高出水标准和控制运行成本的实际需求。课题运用信息化和智能化理念，研发了A2O和交替式两种典型工艺的污水处理厂数字化全流程节能降耗优化运行成套技术。通过集成污泥活性在线监测、大数据驱动的生化过程模拟、活性污泥机理模型、化学沉淀机理模型，智能化控制曝气、回流和加药等关键环节，根据进水负荷变化精准供氧加药，实现出水水质提升与节能降耗的最佳平衡。两套技术在福星污水处理厂进行示范，规模18万m3/d，出水TN、TP降低超过10%，全面优于一级A标准；除磷药剂节约13%以上，能耗降低10%以上，环境效益和经济效益显着。由此编制的《A2O污水处理厂智慧化技术规程》已在中国给水排水协会立项为团体标准。

 

　　随着污水处理厂提质增效，实现网站厂多设施一体化协同运行成为全系统效能提升的难点。排水系统入流入渗水量大、厂网运行协调性差、雨季漫溢风险高是河网城市的通病。课题采用多目标鲁棒优化技术、排水管网机理模型、长短时记忆网络模型、管道均匀填充算法、污水处理工艺模糊控制算法，研发了水环境设施雨季协同调控技术，实时确定漫溢量小、能耗低、安全性高的运行策略和控制参数。苏州市46.1平方公里的福星排水片区经调控后，旱天排水系统低水位运行，预留调蓄空间和处理能力；雨天有效收集降雨初期高浓度污水，多泵站片区协作提高转输效率，既降低对污水处理厂冲击又充分利用污水处理厂处理能力，COD负荷平均削减量超过11.7%。课题成果为雨季提高排水系统绩效、改善水环境质量提供了重要技术支撑。

 

　　管道淤泥、污水处理厂污泥、河道底泥是城市水系统运行的“副产品”，处置不当会带来二次污染，但处理技术种类多、影响因素复杂、选择难度大。课题从减量化、稳定化、资源回收、能源回收、环境影响、经济成本等角度出发，构建了城市污泥处理的环境绩效综合评价技术，评估优选出苏州市污泥处理最佳可行技术，为解决苏州市污泥问题提供决策依据。

 

　　全系统多设施实施一体化管理，建平台促发展，向智慧化运营要效益

 

　　课题针对苏州市中心区100.8平方公里范围内的管网、泵站、污水处理厂等设施，构建了一体化管理平台，服务于全系统高效运行。平台运用云计算、物联网、大数据和人工智能，实现了设施信息管理、数据查询分析、系统效能评估、设施调控和运维管理等功能，支撑了水设施一体化和规范化管理成套技术的应用示范，全面达到了业务化运行目标要求。平台首次嵌入中心区排水系统机理模型和人工智能优化调度算法，大大提高了设施效能评估和系统调控决策的时效性、有效性和智慧化水平。中心区3座污水处理厂及配套管网的效能评估由过去的不定期月度评估提升为规范化逐日评估，及时精准识别瓶颈管段、高风险时段和区域。雨季运行决策支持手段不断丰富，基于经验的手动调度和基于AI的实时控制通过平台充分融合，摸索出了雨前有预案、雨中实时变、雨后评估再学习的效能提升路径。

 

　　课题成果显现出重要价值和积极示范效应，产出的一系列水设施提质增效与水生态安全保障技术，可有效支撑我国城市水环境设施从规模扩张走向高效运行、污染削减从常规指标控制走向多种污染物和生态毒性协同控制、系统运行从注重点源和旱季的静态粗放模式走向点面结合旱雨统筹的动态精准模式、调控监管从人工经验半自动走向数字化智能化，最终推动城市水系统的跨越式发展。

 

　　“望虞河东岸水设施功能提升与全系统调控技术及示范”课题组 供稿