1. 技术名称

全流程节能降耗精准运行控制技术。

2. 适用范围

污水处理厂站提标、扩容、增效及低碳运行管理。

3. 技术内容

3.1 技术原理

(1)精准除砂和排泥多参数控制技术。基于进水水量、含砂量、吸砂管位移量和粒径分布等参数确定气水比、吸砂时间和砂水分离器最佳容积，形成高效沉砂、智能提砂、精准分砂的前馈实时控制除砂技术；结合初沉池污泥浓度变化特征，采用实时污泥监控手段，形成污泥时序排泥控制技术，稳定初沉池排泥浓度和排泥总量。(2)基于模型和大数据分析的精准控制技术。开发了基于需气量预测的负荷均衡—压力调节—溶解氧调控的精准曝气控制、基于生物/化学耦合效应自适应调节的精准除磷控制、基于污泥物料平衡的实时精准泥龄控制等技术；并建立精准曝气模型、除磷加药量模型和动态泥龄控制模型，利用大数据分析，实现自适应调整控制。(3)全流程多因子体系实时调控技术。建立了除砂、曝气、脱氮、除磷、初沉/剩余排泥等多因子操作单元的目标量、操作量与相关量等量化指标体系，通过指令下达、执行操作、反馈完善，实现全流程实时动态调控。

3.2 主要创新点

(1)首创基于模型和大数据分析的系统化控制技术，填补了精准除砂和精准泥龄控制的空白，突破了全流程精准控制技术工程化应用瓶颈，破解了腐蚀性环境中在线过程稳定控制的难题，实现动态过程中的精准控制和大幅节能降耗，显著减少值守人员。(2)针对污水处理厂进水水质水量波动剧烈、处理过程复杂多变、腐蚀性环境中仪表稳定性和可靠性难以保障等突出问题，提出了基于模型和大数据分析的自适应精准控制方法，建立了基于目标量、操作量与相关量的多因子调控模式，开发了高效智能沉砂提砂分砂精准除砂系统、三重精准曝气控制系统、精准除磷系统、实时精准泥龄控制系统、多因子实时动态调控系统，实现了全流程精准控制。初沉池排泥浓度稳定控制在设定值±300mg/L 以内，溶解氧控制在设定值±0.2mg/L 以内，污泥龄控制在设定值±12%以内。

4. 污染治理或环境修复效果

实现了污水处理厂运行过程中的智能化精准控制，电耗、药耗和碳排放量降低 10%～40%。以国内首座百万吨级污水处理厂高碑店污水处理厂原址提标项目为例，在生化池水力停留时间比常规工艺缩短 1/3 的条件下，技术改造后生物脱氮除磷效率显著提高，二级出水总氮降低 50%以上。

5. 技术示范情况

该技术已在北京中心城区总规模 413 万 m3/d 的 11 座再生水厂应用，并辐射至雄安、南宁等地污水处理厂的提标增效项目。率先应用于国内首座百万吨级污水处理厂高碑店污水处理厂提标改造工程，实现高碑店污水处理厂无新增占地条件下的原址提标。生物池水力停留时间比常规工艺缩短 1/3，进水污染物负荷扩容超过设计值 25%，二级出水总氮降低 53%以上，深度出水指标稳定达到 GB3838-2002“准 IV 类”标准。出砂量提高了2.8 倍，粒径≤0.2mm 的细砂砾质量占比 6.8%，去除量提高了 160倍；吨水曝气电耗 0.09 kW·h，降低 38%；除磷药剂投配率降低30%，外加碳源降低 87%，近三年累计节省电费及药费上亿元。与常规工艺相比，节省工程费用上亿元，为全国污水处理厂站提标增效工作从传统到精准转型具有示范作用。

6. 投资估算

以 10 万 m3/d 污水处理厂为例，精准除磷控制系统投资 120万元，精准脱氮系统投资 120 万元，精准曝气控制系统投资 280万元，精准排泥控制系统投资 100 万元，精准泥龄控制系统投资 100 万元。

7. 投资回收期

精准除磷系统、精准脱氮系统、精准曝气统投资回收期约 3 年。

8. 技术成果转化推广前景

目前，我国在运行污水处理厂 5000 多座，处理能力近 2 亿m3/d。该技术在全国推广后，每年可节省用电 32 亿度、外加碳源 387 万 t(乙酸钠)、除磷药剂 363 万 t，节约运行费用 75 亿元，具有良好的经济和社会环境效益。