【案例】洪湖智慧水质净化厂项目

为促进行业交流进步，便于行业同侪互学互促，推动中国环境产业转型升级。E20环境产业圈层特推出《水务行业优秀案例汇编》，汇集了近150例案例，涉及村镇污水治理、工业废水治理、工业园区废水治理、水环境治理、市政污水管网、再生水回用、污泥处理处置等领域。

项目名称：洪湖智慧水质净化厂项目

推荐单位：深圳市水务科技有限公司

参与环节：智慧水质净化厂项目设计、实施

项目所在地：广东省深圳市罗湖区洪湖西路洪湖公园西北门 

项目概况

洪湖水质净化厂一期工程设计处理规模为5万m³/d，全地下建设并上盖公园，出水水质执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅳ类标准（总氮除外）。

设计进出水水质（单位：mg/L）

作为深圳环境水务集团打造的标杆性智慧水质净化厂，该项目基于洪湖水质净化厂全地下式的特点，搭建5G网络基础设施，建立了一套完整的污水处理全流程工艺动态智能优化、运行控制系统，以及统一的智慧运营管理平台，保证出水水质实时达标的前提下，提升工艺精细化运行稳定性，实现水质净化厂少人值守，智慧化运行。

示范意义

作为深圳市属治水提质的重点工程、民生工程和环保工程，洪湖水质净化厂通过精心打造，已成为全国优质精品工程，也成为社会实践与市民休憩之地。该项目是智慧水质净化厂的建设先行示范，水质净化厂全流程智能工艺的一次深度探索，引领水质净化厂智能工艺的建设，推动行业技术创新，为水务行业提供了智慧化、数字化升级的典型示范。

项目亮点介绍

（1）实施效果

洪湖智慧水质净化厂项目建设完成后，显著提升了运行效率和管理水平。

全流程智能工艺控制，在传统的自动化控制及监控体系基础上，运用多种人工智能算法进行数据分析给出最优化的运营策略，实现全流程自动闭环控制，重点设备冗余率达100%，出水水质达标率高达99.99%，精确曝气系统能耗下降10%以上。

智慧运营平台，构建风险预判及处置、故障智能诊断、能源优化利用、设备预测性维护和绩效评估等的智慧应用，厂站各系统数据互通，厂站运营管理全面在线化，提升运营效率，增强应急响应能力。

基于BIM技术的数字孪生系统：通过三维可视化管理，实时监控设备状态和运行参数，辅助科学决策。

智能安全帽和视频巡检：智能安全帽集成定位、视频通话等功能，保障人员安全；视频巡检技术实现远程监控，减少人工巡检频率。

表1-2 智能工艺控制系统运转率汇总表

（2）社会效益

洪湖水质净化厂是全国首座5G全覆盖、流程全智能的地下水质净化厂，实现人、机、物全面连接，各生产要素间高效协同；厂区通过上盖公园实现与社区融合，让污水处理设施成为一处美好的城市景观。2021年洪湖水质净化厂智慧化系统建成投产后，每年接待国内/国际政府机关、友商等单位参观不少于200次，均获得较高评价。

（3）生态效益

本工程项目臭气收集效率高，处理效果好，环境友好，投资成本低，在深圳市形成了良好的示范效应。通过本项目的臭气综合治理技术，通过臭气源头减量，臭气产生消减30%以上；通过模块化智能臭气治理系统，可消除20%以上的冗余量。全过程除臭可达99%以上的处理效率，年消减硫化氢约4000公斤，从长远来看可助力持续提升城市人居环境,具有较高的生态效益。

项目技术工艺/装备简介

（1）技术工艺/装备名称

项目创新技术及场景：

5G在国内水务行业的首次应用。

5G的低时延、大带宽和大连接三大特性，以及网络切片和边缘计算两大关键技术可以满足智慧水厂管理和生产各个环节中对安全性、可靠性和灵活性的需求，实现设备的精准监控及远程管理。

全厂全流程智能工艺控制，实现工艺智慧

智能工艺控制系统立足于传统的自动化控制及监控体系基础上，运用多种人工智能算法进行数据分析给出最优化的运营策略，从而达到实时达标排放、降低运行成本，实现全流程自动闭环控制，最终实现少人值守或无人值守。

厂网河全要素管理，突破厂区限制，整体性提升综合治理能力。

洪湖智慧水质净化厂建设，全面提升了管控手段。系统通过绘制洪湖水质净化厂上下游流域水质、液位、流量等全要素信息以及排水GIS信息图，全面了解厂区流域内治水治污设施的拓扑关系及管网实时监控信息，实现厂网河全域数据的实时监管，拓展调度广度。

大数据辅助分析决策，实现设备预防性维护，提升厂站应急能力。

通过采用数据清洗、数据分析、数据挖掘、数据可视化等一系列针对大数据技术，以并行处理的方式，找出数据之间未知的、有价值的规律和联系。

BIM三维虚拟现实显示，数字孪生，设备设施生产运营全面可视化。

洪湖智慧水质净化厂直接将BIM成果应用到厂站运营运维阶段，利用其可视化特性，在管控平台中加入三维交互式的漫游体验，将工程实体场景在计算机中呈现，实现厂站三维场景实时动态可视化监控。

（2）工艺/装备原理

全流程智能工艺控制

全流程智能工艺控制系统是基于CREApro控制平台，用于水质净化厂全流程工艺动态优化及运行控制的智能系统，包括水厂进水、预处理、生化处理过程中的各个环节、污泥排放等工艺单元，其原理示意图见图2-1。其内嵌有精准曝气控制模块，内回流计算模块，污泥龄控制模块，并预留外加碳源计算、除磷加药计算、智能数据管理、能源优化利用等模块。

图2-1 全流程智能工艺控制系统系统示意图

全流程智能工艺控制系统的控制方式为系统首先监测污水厂的状态变量如水量水质参数，对比控制的出水标准和设备的性能自动计算设备操作参数目标值，如需要控制的DO、回流比、加药量等，系统将操作参数发送至PLC控制柜， PLC再将控制命令传输至各控制设备，驱动设备实现相应操作，同时系统检测出水目标值的变化，如果实现控制目标，则保持目前的运行状态，如果没有达到目标，则修正相应的操作参数，继续调整运行状态，直至实现目标，形成闭环控制。系统可以控制提升泵、预处理、调节池、生化处理到污泥浓缩消化和脱水的各个环节。

图2-2 全流程智能工艺控制系统的控制的设备和相关参数

（3）工艺/装备特点

全流程智能工艺控制系统控制策略

进水泵站联动控制：根据污水流量、液位、天气预测信息、污水处理厂运行状况进行逻辑计算，实现进水泵站稳流节能、防控污水溢流风险。

化学去除悬浮物控制：根据水质净化厂初沉池进水/出水中的悬浮物浓度的变化优化悬浮物的去除率和PAC的投加量。

动态溶解氧控制：基于在线控制数据（进水流量、氨氮、硝氮、DO、MLSS）和出水水质浓度限值进行逻辑计算，得出溶解氧的动态设定值，实现工艺智能控制。

化学除磷控制：根据水质净化厂进水/出水中正磷酸盐或总磷酸盐的浓度变化调整除磷药剂PAC和絮凝剂的投加量。

外部碳源投加控制：外部碳源投加，通过优化外部碳源投加量确保氮去除效率，改善由于进水中缺乏有机物（低COD/N比）导致的反硝化能力不足的问题。

内回流控制：根据硝酸盐水平、处理流量和缺氧池中停留时间调整内回流泵流量。

污泥龄控制：根据系统的硝化性能和水温，调整剩余污泥流量（或提供建议）。以所需的最优化污泥龄完成操作，达到要求的出水水质水平。

实验室数据管理控制：整合实验室数据和在线数据改善过程控制；导入历史数据；历史操作过程展示的历史数据数字化。

数据可靠性诊断控制：接收控制模块中使用的所有仪表数据，并对在线实时信号实行可靠性诊断。

能源利用优化模块-时段控制：将污水管道作为一种分时节能策略，根据污水进水量变化规律和电价在不同时段的价格结合管道中污水的容量，灵活调整提升泵的运行状态，当能源成本较高时存储一部分污水，当能源成本较低时将污水供给生化处理系统处理，在保证污水处理效果基础上节约处理成本。

（4）应用工业领域

水质净化厂

（5）工艺/装备流程图

（6）项目部分案列照片

编辑：黄延丽