广州市沥滘净水厂（第二期标杆）
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智慧化--智慧管控标杆污水厂
标杆情况 -
广州市净水有限公司沥滘分公司
管理单位 -
广东-广州市
所在地 -
75(吨/天)
污水处理设计规模 -
一期改良AO；二期改良AAO；三期AAO
污水处理工艺 -
地方标准(高于一级A)
排放标准 -
2004年03月
投入运营时间 -
特许经营
建设运营模式
项目基本情况
广州市净水有限公司所属沥滘分公司分三期建设，占地面积约29公顷。服务面积为 115.5km2，服务人口约175万人，服务范围包括：海珠区（除洪德片区外）、番禺区大学城小谷围和黄埔区长洲岛等。设计污水处理规模75万吨/日，尾水排入珠江后航道。
一、二期项目污水处理主体构筑物为地上式布置，三期项目污水处理主体构筑物为地下式布置，其中一期项目于2004年3月建成通水试运行，设计污水处理规模为20万吨/日，采用改良A/O工艺；二期项目于2010年6月30日建成通水试运行，设计污水处理规模为30万吨/日，采用改良A2/O工艺，三期工程于2020年6月20日通水试运行，设计污水处理规模为25万吨/日，采用A2/O+V型滤池处理工艺。三期扩建同时，建设一二期提标工程，提标处理规模为50万吨/日，提标工艺采用生物滤池+V型滤池。一二期提标后和三期出水排放标准，执行《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准及《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）地表V类水标准较严者。一二期污泥处理工艺采用“浓缩+机械脱水+热干化”技术，三期污泥干化采用的“离心脱水+薄层干化”技术，所有干化后污泥统一送有资质单位进一步减量化、无害化和资源化处理。
项目特征优势
1水质全流程精细化控制
沥滘三期南线在关键工艺环节投入2套水质检测仪表，实时检测6个关键点（厌氧末段，缺一末段，好一末段，缺二末端，好二末端，二沉池出水）过程水质数据，提前对进水量、内回流开度、外回流污泥量比例、DO值进行工艺调优，增强出水稳定性。
通过分析过程水质检测数据，提前发现异常进水，提前预警和工艺调整，提高污水处理系统抗冲击负荷。通过对硝化反硝化的生物脱氮全过程、对厌氧释磷和好氧吸磷效果的生物除磷全过程的监控，实时掌控生化处理单元反应进程情况，及时反馈系统脱氮除磷水平。利用采集到的过程水质数据，设定各反应段限值，及时灵活调整工艺参数，建立基于各反应段限值的精细化工艺调控机制。项目首创水质全流程精细化控制系统，能够提前6-15小时预判净水厂出水效果。经过运行数据比对，投入全流程仪表后，达到以下效果：
（1）针对水质仪表预处理系统，研发出“统一沉降-精细预处理”新模式，实现一套预处理系统对应多台仪表，节省了仪表投入及系统占地空间。经有资质的第三方公司检测比对，实际水样和质控水样均能达到相关标准要求，比快速检测试剂包可提供更快速、准确的检测结果，较人工检测可节约67%检测时间。
（2）节省人力，降低成本。系统检测频率与精度均高于人工检测（人工检测频率为系统检测频率的1/4），节省检测费用约14%（7万元/年）。设备自动运行，每期工艺可节省至少一名技术人员，将节省至少36-45万元/年人工成本，合计削减成本43-52万元/年。
（3）提高抗冲击负荷，增加污染物削减量。通过提前预警，水质全流程精细化控制，实现对污水生化工艺处理能力的深度挖潜。沥滘三期2021年6-12月在COD进水浓度同比下降9.31%，氨氮、总氮进水浓度分别提升18.26%、3.68%的前提下，面临进水碳氮比、碳磷比进一步降低的困境，实现出水指标同比降低4%-15%。同时COD、氨氮、总氮、总磷削减率分别高达95.35%、99.35%、71.25%、94.17%，较去年同期分别提升了0.50%、0.28%、2.69%、-0.31%。
（3）精准调控，节能降耗。通过监测各工艺段的磷酸盐变化情况，特别是对好氧末端和二沉池出水的磷酸盐监测，配合精准加药系统，能达到优秀的化学除磷效果。2022年1-8月沥滘三期除磷剂单耗同比2021年1-8月下降5.45%。
2精准曝气
沥滘三期投入精确曝气系统，针对污水生物处理工艺的曝气过程进行分析建模，采用“前馈+模型+反馈”的多参数控制策略，通过按需供、配气来实现出水达标排放和节能运行。系统接收进水流量、COD、氨氮（可选）等前馈信号，以及从现场每个受控曝气单元采集到的DO、水温、MLSS、液位等反馈信号，对上述数据进行预处理后，需气量计算模块基于数学模型计算出各个曝气单元的需气量及总需气量。
系统将计算得出的总需气量信号发送至鼓风机主控柜MCP，作为鼓风机输出的设定总气量。利用鼓风机控制系统，自动控制鼓风机组的启停、导叶开度，从而调节鼓风机的输出气量，使之按需气量的要求输出，实现按需供气。系统不仅考虑曝气池总体需要的总需气量，也考虑到各个曝气单元的需气量。基于多阀门最优开度控制策略，通过调节阀门开度调节单个曝气控制区的气量，实现曝气量在不同曝气控制单元的快速、精确配气，使各单元分配到的实际气量逼近该单元的需气量（即设定气量），实现按需配气。投入精确曝气系统后，在稳保水质、节能降耗、节约人力方面达到以下效果：
（1）2021年8月三期南北生产线全线投入精准曝气自动运行后，曝气段DO值均平稳，DO实际值与目标设定值波动在±0.2mg/L以内，实现了曝气廊道气量精准调节，消除了人工调控经验误差对工艺调控的影响。
（2）三期稳定运行精确曝气后，水质更加稳定，氨氮、总氮出水平均值2022年同比2021年降低14.3%和12.0%。
（3）相同进水水质下，三期南北生化池对比，运行精准曝气生产线比未运行精准曝气生产线节能9.26%。
（4）在年度单耗对比下，2021年1至8月年三期鼓风机年均单耗为0.060度/吨，2022年1至8月三期鼓风机年均单耗为0.056度/吨，稳定运行精确曝气后，节能9.24%，节能效果明显。
（5）精确曝气系统上线前，曝气调控约12次/日，且每次曝气调节，需调度班、动力班、水区班协同完成，每一次调整完需再过一个小时观察各段DO值，超出范围仍需继续调整，反复操作。精确曝气系统上线后，现无需人员远程或现场操作，调度员只需在中控系统留意查看自动运行和报警信息即可。
3精确加药
针对除磷剂、乙酸钠、次氯酸钠投加环节，沥滘三期追加过程监测仪表和建立智能控制系统，根据水质水量等情况对加药量等进行优化控制，在稳定出水的基础上降低药耗并减少工艺人员工作量。
在自控SCADA系统增加控制程序，将生化池出水总磷或三期出水总磷数据作为控制参数，进行PID关联，合理分配除磷剂投加量。将碳源加药泵的频率作为生化池碳源药剂投加过程的控制参数，合理分配除碳源投加。
将次氯酸钠加药泵的频率作为消毒药剂投加过程的控制参数，通过余氯数值，合理投加消毒剂。投入精确加药系统后，达到以下效果：
（1）系统上线前约每小时进行1次人工调整，上线后无需人工现场调控，实现自动投加。
（2）保证精准加药，提高水处理效果；
（3）稳定水质的前提下降低药耗，2022年1-8月三期硫酸铝单耗同比2021年1-8月下降5.45%。
（4）通过改变碳源加药系统的运行控制方式，来保证系统所需碳源药剂量，并引入了碳源加药泵的频率作为生化池碳源药剂投加过程的控制参数，由于本年度沥滘系统进水水质相对稳定，可通过工艺调控确保出水总氮维持较好水平，乙酸钠自动投加系统暂不需使用。
（5）自动投加减少人工干预和误差，2022年1-8月三期次氯酸钠单耗同比2021年1-8月下降14.79%。
（6）通过监测出水余氯和投加系统实现消毒剂投加，减少因水量变化而造成的总氯数据波动，实现人力成本节约，避免出水余氯过高影响河涌水质和生态稳定。
4 设备预防性维护--格栅AI分析
在沥滘净水厂三期选择2台格栅清污机进行智能改造，每台粗格栅各自增加两个视觉监管设备（格栅机正对面和格栅机正上方），通过对耙斗倾斜、耙斗垃圾和前池垃圾等三个场景实施监控、识别和预警。通过人工智能视觉识别技术，对运行设备进行实施监控和状态识别，包括耙斗倾斜检测、垃圾占比识别和耙斗大件垃圾检测三个人工智能应用场景。视觉监管系统与工控系统预警信息集成，构建连锁控制机制，当以上三种情况有告警信息发生时，对粗格栅机进行停机检查，实现及时处置设备运行问题，确保设备运行安全。格栅AI分析提高格栅运维的自动化和智慧化水平，保障格栅设备安全、稳定运行，降低人工日常巡检的人力成本，降低格栅突发故障导致的维修成本和处理水量损失。智能应用场景如下：
（1）通过安装在格栅机正对面支柱上的摄像头，持续获取到格栅机耙斗的视频，对视频中的耙斗进行智能检测，用绿线表示出当前耙斗的倾斜程度，并计算出相应的水平角度，当角度超过设定的阈值，系统将进行告警。
（2）通过安装在格栅机正上方支柱上的摄像头，持续获取到耙斗内垃圾情况的视频，对耙斗内垃圾进行智能处理，用识别出大件垃圾，当大件垃圾长度超过设定的阈值，系统将进行告警。
（3） 通过安装在格栅机正上方支柱上的摄像头，持续获取到前池的视频，对前池垃圾进行智能检测，识别垃圾，并计算出垃圾覆盖面在前池占比，当垃圾占比超过设定的阈值，系统将进行告警。
5 设备预防性维护--刮泥机电机监测
沥滘三期在二沉池30台刮泥机左右两边安装同步限位装置，保证刮板始终与二沉池导轨保持垂直运行，减少刮板掉落池体的情况。并完成30台刮泥机电机轴功率保护器安装，实时动态监测刮泥机运行负载情况，提前预判刮泥机过载运行情况，减少断链情况的发生。一旦欠载或过载，可立即自动停止电机，激活报警，从而及时避免刮泥机运行异常导致的设备损坏，延长刮泥机使用寿命。对设备运行管理、节约成本有以下改善效果：
（1）值班人员及时掌握设备状况，提高设备管理人员设备诊断分析能力，避免事故性的、非计划性的故障停机。避免设备破坏性失效而造成设备的损坏。掌握机组的运行状况，合理安排检修时间，减少非计划停机时间，提高生产率。
（2）减少设备事故导致的单池停产、水量损失、设备维修费。实施状态维修，延长设备的检修周期，避免过度维修，降低总维修成本。二沉池刮泥机发生倾倒故障的维修费用为5万元/次，通过对刮泥机加装行程开关，减少刮泥机倾倒故障，实现了重大故障零发生。
（3）减少现场巡检频率。上线前，需每小时1次现场巡检；上线后，基本上实现3小时以上1次现场巡检或重点设备抽样巡检。
6设备预防性维护--水泵震动监测
在一二期提标V型滤池安装有6台KSB OMEGAV350-360B干式离心泵，在泵主轴承位外壳紧贴安装ZETA无线振动传感器，监测主传动支撑位的振动速度、加速度、位移，系统软件以ISO2372转动设备振动烈度评定标准判断是否正常。并可通过APP和WEB客户端进行查看实时运行状态、预警信息。计划在三期预处理段8台提升泵（KSB KRTK500-634/908UNG-S）就地箱进行改造，更换KSB最新的保护器，采集水泵运行数据，通过RS485通讯接中控，实时了解现场的泵运行情况。保护器具备常规潜水泵监测能力外，还具备三相电源监测能力，具有故障及历史运行数据追溯功能，模块参数可根据实际工况动态调节，通过智能终端APP轻松访问设备，完成实时监测，具备Modbus数据远传能力。一二期提标V滤实施效果如下：
（1）及时掌握水泵和鼓风机的干式电机运行振动状况，发现问题能及时计划性停机检查维护。
（2）定时进行设备健康度评价，合理安排检修时间，减少非计划停机时间，减少故障率，有针对性维修，降低维修成本。
（3）提高设备管理人员设备诊断分析能力，减少现场巡检频率。
7 AR远程协作
通过在沥滘三期建设AR巡检及远程协助项目，协助巡检人员通过AR眼镜完成巡检工作，进行远程协助，保障巡检期间的人员安全，形成相关的设备知识库。
巡检人员在巡检过程中可通过AR眼镜辅助巡检，可读取设备信息、确认状态、查看操作视频等；进行巡检和维修工作时，可通过AR与专家联线，共享现场画面，进行语音互动，实现远程协助；保障巡检过程中的人员安全，进行危险预警，包括毒气预警和危险区域提醒。
8 员工生命手环监控系统
广州水投广州净水公司以沥滘地埋式净水厂三期为试点，融合大数据深度分析、物联网、UWB定位等前沿技术，设置UWB定位基站，配备智能手环，打造“生命安全监测+精准定位”功能于一体的员工生命安全监控系统。
一旦发生险情，系统发出警报，可快速精准定位遇险人员所在位置，在黄金救援时间内对人员进行救援，增加遇险人员生存几率，减少事故损失。
员工生命手环监控系统能够实时监测人员心率血氧和定位信息，保障在应急状态下可清晰观察报警状态下的职工所处环境情况，便于救援。手环设置被动监测报警和主动报警，提高人员发生意外应急救援响应速度。同时设有实现电子围栏效果，有效对重点场所、施工场所强化人员进出管理，防止意外事件发生。
9 智慧安防系统
以沥滘三期AR实景地图为载体，构筑一个实景化系统底座，整合二维地图、AR实景图、3D平面图、VR全景图4种可视化地图，融合访客管理、车辆管理、人脸门禁、人脸摄像机、智能周界、紧急对讲、安全帽识别、水浸、烟火异常识别、安消联动等10个智慧化应用场景，同时，汇聚人脸、车辆、越界、安全帽、明火、烟雾、水浸、手环、消防等10类闭环式告警处置及智能化分析算法，挖掘日常自动巡航、安防预案规划、安消系统联动、手环系统对接4项自动化联动功能，打造可感知、可联动、可告警、可追溯的全方位立体化AR实景安全防控园区。
安防系统整合接入600余路高清摄像头，其中新增2路鹰眼高清摄像头、220多路智能化视频分析摄像头、利旧355路摄像头进行后台视频结构化分析、利旧接入普通摄像头125路，总体智能化覆盖率达到47%。利用旧70路监控摄像机，进行安全帽识别；利旧31路监控摄像机进行明火、烟雾识别；利用旧27路监控摄像机进行水浸识别。
系统设有精细化预案巡查模式，系统的自动化视频巡查、精准化布控预警和精细化预案规划等特色功能，结合安全帽识别、水浸烟火识别等算法，形成对园区内人员行为、异常事件的全方位的立体化实景安全防控，克服人工巡检的主观行为缺陷。同时建立智能化安全巡检机制，助力园区安全巡检：人脸布控、智能周界、智能机器人等应用场景，引入智能化预警和视频联动手段，对园区实现日常巡航（包括AI巡检和普通摄像机资源联动）、事件主动预警，通过智慧安防系统，人、车、物数据线上融合，原来每天人工巡检，现在真正做到7*24小时不间断巡查和防控。
10 智能巡逻机器
在沥滘三期地下一层部署巡逻机器人，平时配合巡逻人员进行日常巡逻工作，它拥有安保巡逻、人脸识别、高温预警、疫情防控、人员管控、火灾预警、重点区域巡逻等功能，配合巡逻人员进行日常巡逻任务；当有外来访客参观时，机器人会暂停巡逻任务沿着设定好的路线带领访客参观地下厂区工艺段并播放语音为访客介绍厂区生产工艺。
巡逻机器人可协助接待人员更好地完成接待工作，减少接待人员工作量；同时还可辅助园区安保人员，减少其对园区的巡逻工作量。建设智能机器人项目可以展示公司的形象，提高外来参观学习的访客的参与度，加深其对智慧园区和智慧净水厂的认识；同时提升科技感，提升企业品牌效应。
成效与荣誉
沥滘净水厂在2020年获得“治水突出贡献奖”，三期工程、提标改造设计-采购-施工总承包（EPC）获得“广州市水务精品工程奖”。
沥滘净水厂实现再生水的综合利用，净水厂出水作为生态补水排入西江涌、二围涌，优质水源的排入助力广州治水“长制久清”。在2021年开始，响应政府号召，开放再生水取水点，向市政、绿化园林、环卫等水单位开放。
近年来，广州净水公司通过自身研发及联合高校科研机构等，试点回收污泥制作花盆、有机肥料，实现污泥的资源化利用，目前污泥加工后的园林花卉产品已用于花卉种植，实现碳减排，达到绿色循环。在科研创新方面，论文《基于生命体征监测与实时定位技术的地埋式净水厂信息化系统应用研究》入选2022年广州市安全生产和应急管理服务工作研讨交流文选集，获得“二沉池污泥监控装置”、“二沉池刮泥机保护模组”、“地埋式净水厂用危险感知智能AR眼镜”和“用于地埋式净水厂的高精度心跳血氧监测手环”等4项实用新型专利和“格栅智能监控预警方法和系统”1项发明新型专利。
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