為促進行業(yè)交流進步，便于行業(yè)同儕互學互促，推動中國環(huán)境產業(yè)轉型升級。E20環(huán)境產業(yè)圈層特推出《水務行業(yè)優(yōu)秀案例匯編》，匯集了近150例案例，涉及村鎮(zhèn)污水治理、工業(yè)廢水治理、工業(yè)園區(qū)廢水治理、水環(huán)境治理、市政污水管網、再生水回用、污泥處理處置等領域。

項目名稱：洪湖智慧水質凈化廠項目

推薦單位：深圳市水務科技有限公司

參與環(huán)節(jié)：智慧水質凈化廠項目設計、實施

項目所在地：廣東省深圳市羅湖區(qū)洪湖西路洪湖公園西北門 

項目概況

洪湖水質凈化廠一期工程設計處理規(guī)模為5萬m3/d，全地下建設并上蓋公園，出水水質執(zhí)行《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838-2002）Ⅳ類標準（總氮除外）。

設計進出水水質（單位：mg/L）

作為深圳環(huán)境水務集團打造的標桿性智慧水質凈化廠，該項目基于洪湖水質凈化廠全地下式的特點，搭建5G網絡基礎設施，建立了一套完整的污水處理全流程工藝動態(tài)智能優(yōu)化、運行控制系統(tǒng)，以及統(tǒng)一的智慧運營管理平臺，保證出水水質實時達標的前提下，提升工藝精細化運行穩(wěn)定性，實現(xiàn)水質凈化廠少人值守，智慧化運行。

示范意義

作為深圳市屬治水提質的重點工程、民生工程和環(huán)保工程，洪湖水質凈化廠通過精心打造，已成為全國優(yōu)質精品工程，也成為社會實踐與市民休憩之地。該項目是智慧水質凈化廠的建設先行示范，水質凈化廠全流程智能工藝的一次深度探索，引領水質凈化廠智能工藝的建設，推動行業(yè)技術創(chuàng)新，為水務行業(yè)提供了智慧化、數(shù)字化升級的典型示范。

項目亮點介紹

（1）實施效果

洪湖智慧水質凈化廠項目建設完成后，顯著提升了運行效率和管理水平。

全流程智能工藝控制，在傳統(tǒng)的自動化控制及監(jiān)控體系基礎上，運用多種人工智能算法進行數(shù)據分析給出最優(yōu)化的運營策略，實現(xiàn)全流程自動閉環(huán)控制，重點設備冗余率達100%，出水水質達標率高達99.99%，精確曝氣系統(tǒng)能耗下降10%以上。

智慧運營平臺，構建風險預判及處置、故障智能診斷、能源優(yōu)化利用、設備預測性維護和績效評估等的智慧應用，廠站各系統(tǒng)數(shù)據互通，廠站運營管理全面在線化，提升運營效率，增強應急響應能力。

基于BIM技術的數(shù)字孿生系統(tǒng)：通過三維可視化管理，實時監(jiān)控設備狀態(tài)和運行參數(shù)，輔助科學決策。

智能安全帽和視頻巡檢：智能安全帽集成定位、視頻通話等功能，保障人員安全；視頻巡檢技術實現(xiàn)遠程監(jiān)控，減少人工巡檢頻率。

表1-2 智能工藝控制系統(tǒng)運轉率匯總表

（2）社會效益

洪湖水質凈化廠是全國首座5G全覆蓋、流程全智能的地下水質凈化廠，實現(xiàn)人、機、物全面連接，各生產要素間高效協(xié)同；廠區(qū)通過上蓋公園實現(xiàn)與社區(qū)融合，讓污水處理設施成為一處美好的城市景觀。2021年洪湖水質凈化廠智慧化系統(tǒng)建成投產后，每年接待國內/國際政府機關、友商等單位參觀不少于200次，均獲得較高評價。

（3）生態(tài)效益

本工程項目臭氣收集效率高，處理效果好，環(huán)境友好，投資成本低，在深圳市形成了良好的示范效應。通過本項目的臭氣綜合治理技術，通過臭氣源頭減量，臭氣產生消減30%以上；通過模塊化智能臭氣治理系統(tǒng)，可消除20%以上的冗余量。全過程除臭可達99%以上的處理效率，年消減硫化氫約4000公斤，從長遠來看可助力持續(xù)提升城市人居環(huán)境,具有較高的生態(tài)效益。

項目技術工藝/裝備簡介

（1）技術工藝/裝備名稱

項目創(chuàng)新技術及場景：

5G在國內水務行業(yè)的首次應用。

5G的低時延、大帶寬和大連接三大特性，以及網絡切片和邊緣計算兩大關鍵技術可以滿足智慧水廠管理和生產各個環(huán)節(jié)中對安全性、可靠性和靈活性的需求，實現(xiàn)設備的精準監(jiān)控及遠程管理。

全廠全流程智能工藝控制，實現(xiàn)工藝智慧

智能工藝控制系統(tǒng)立足于傳統(tǒng)的自動化控制及監(jiān)控體系基礎上，運用多種人工智能算法進行數(shù)據分析給出最優(yōu)化的運營策略，從而達到實時達標排放、降低運行成本，實現(xiàn)全流程自動閉環(huán)控制，最終實現(xiàn)少人值守或無人值守。

廠網河全要素管理，突破廠區(qū)限制，整體性提升綜合治理能力。

洪湖智慧水質凈化廠建設，全面提升了管控手段。系統(tǒng)通過繪制洪湖水質凈化廠上下游流域水質、液位、流量等全要素信息以及排水GIS信息圖，全面了解廠區(qū)流域內治水治污設施的拓撲關系及管網實時監(jiān)控信息，實現(xiàn)廠網河全域數(shù)據的實時監(jiān)管，拓展調度廣度。

大數(shù)據輔助分析決策，實現(xiàn)設備預防性維護，提升廠站應急能力。

通過采用數(shù)據清洗、數(shù)據分析、數(shù)據挖掘、數(shù)據可視化等一系列針對大數(shù)據技術，以并行處理的方式，找出數(shù)據之間未知的、有價值的規(guī)律和聯(lián)系。

BIM三維虛擬現(xiàn)實顯示，數(shù)字孿生，設備設施生產運營全面可視化。

洪湖智慧水質凈化廠直接將BIM成果應用到廠站運營運維階段，利用其可視化特性，在管控平臺中加入三維交互式的漫游體驗，將工程實體場景在計算機中呈現(xiàn)，實現(xiàn)廠站三維場景實時動態(tài)可視化監(jiān)控。

（2）工藝/裝備原理

全流程智能工藝控制

全流程智能工藝控制系統(tǒng)是基于CREApro控制平臺，用于水質凈化廠全流程工藝動態(tài)優(yōu)化及運行控制的智能系統(tǒng)，包括水廠進水、預處理、生化處理過程中的各個環(huán)節(jié)、污泥排放等工藝單元，其原理示意圖見圖2-1。其內嵌有精準曝氣控制模塊，內回流計算模塊，污泥齡控制模塊，并預留外加碳源計算、除磷加藥計算、智能數(shù)據管理、能源優(yōu)化利用等模塊。

圖2-1 全流程智能工藝控制系統(tǒng)系統(tǒng)示意圖

全流程智能工藝控制系統(tǒng)的控制方式為系統(tǒng)首先監(jiān)測污水廠的狀態(tài)變量如水量水質參數(shù)，對比控制的出水標準和設備的性能自動計算設備操作參數(shù)目標值，如需要控制的DO、回流比、加藥量等，系統(tǒng)將操作參數(shù)發(fā)送至PLC控制柜， PLC再將控制命令傳輸至各控制設備，驅動設備實現(xiàn)相應操作，同時系統(tǒng)檢測出水目標值的變化，如果實現(xiàn)控制目標，則保持目前的運行狀態(tài)，如果沒有達到目標，則修正相應的操作參數(shù)，繼續(xù)調整運行狀態(tài)，直至實現(xiàn)目標，形成閉環(huán)控制。系統(tǒng)可以控制提升泵、預處理、調節(jié)池、生化處理到污泥濃縮消化和脫水的各個環(huán)節(jié)。

圖2-2 全流程智能工藝控制系統(tǒng)的控制的設備和相關參數(shù)

（3）工藝/裝備特點

全流程智能工藝控制系統(tǒng)控制策略

進水泵站聯(lián)動控制：根據污水流量、液位、天氣預測信息、污水處理廠運行狀況進行邏輯計算，實現(xiàn)進水泵站穩(wěn)流節(jié)能、防控污水溢流風險。

化學去除懸浮物控制：根據水質凈化廠初沉池進水/出水中的懸浮物濃度的變化優(yōu)化懸浮物的去除率和PAC的投加量。

動態(tài)溶解氧控制：基于在線控制數(shù)據（進水流量、氨氮、硝氮、DO、MLSS）和出水水質濃度限值進行邏輯計算，得出溶解氧的動態(tài)設定值，實現(xiàn)工藝智能控制。

化學除磷控制：根據水質凈化廠進水/出水中正磷酸鹽或總磷酸鹽的濃度變化調整除磷藥劑PAC和絮凝劑的投加量。

外部碳源投加控制：外部碳源投加，通過優(yōu)化外部碳源投加量確保氮去除效率，改善由于進水中缺乏有機物（低COD/N比）導致的反硝化能力不足的問題。

內回流控制：根據硝酸鹽水平、處理流量和缺氧池中停留時間調整內回流泵流量。

污泥齡控制：根據系統(tǒng)的硝化性能和水溫，調整剩余污泥流量（或提供建議）。以所需的最優(yōu)化污泥齡完成操作，達到要求的出水水質水平。

實驗室數(shù)據管理控制：整合實驗室數(shù)據和在線數(shù)據改善過程控制；導入歷史數(shù)據；歷史操作過程展示的歷史數(shù)據數(shù)字化。

數(shù)據可靠性診斷控制：接收控制模塊中使用的所有儀表數(shù)據，并對在線實時信號實行可靠性診斷。

能源利用優(yōu)化模塊-時段控制：將污水管道作為一種分時節(jié)能策略，根據污水進水量變化規(guī)律和電價在不同時段的價格結合管道中污水的容量，靈活調整提升泵的運行狀態(tài)，當能源成本較高時存儲一部分污水，當能源成本較低時將污水供給生化處理系統(tǒng)處理，在保證污水處理效果基礎上節(jié)約處理成本。

（4）應用工業(yè)領域

水質凈化廠

（5）工藝/裝備流程圖

（6）項目部分案列照片

編輯：黃延麗