【案例】智能曝氣系統

時間：2025-04-30 14:21

來源：中國水網

為促進行業交流進步，便于行業同儕互學互促，推動中國環境產業轉型升級。E20環境產業圈層特推出《水務行業優秀案例匯編》，匯集了近150例案例，涉及村鎮污水治理、工業廢水治理、工業園區廢水治理、水環境治理、市政污水管網、再生水回用、污泥處理處置等領域。

項目名稱：智能曝氣系統

推薦單位：株洲市水務投資集團有限公司

參與環節：自主研發

項目所在地：湖南省株洲市

項目概況

污水處理廠曝氣系統的運行能耗占總能耗的35%~40%，節能潛力巨大。傳統曝氣系統主要依賴手動控制，缺乏實時性，難以及時應對水質和水量的變化，導致能耗浪費較大。

本項目旨在解決兩個關鍵問題：一是穩定控制溶解氧，二是優化溶氧控制值。通過結合PLC控制器和大數據實時計算，設計了一種智能曝氣控制裝置。該裝置能夠根據進水水質和水量的變化，自動調整風機風量，從而優化溶氧值，實現按需曝氣，降低能耗并提升運營管理水平。

該項目于2023年8月正式投產，并已在株洲市城市排水有限公司白石港水質凈化中心和龍泉污水處理廠三期穩定運行，取得了預期的效果。項目還成功入選2024年度湖南省城鄉建設行業協會排水系統數字化應用典型項目案例。

示范意義

本項目是我司自主獨立開發的智能曝氣系統，主要有以下三方面的示范意義：

1. 硬件成本銳減，性價比行業領先

系統在確保性能與市面同類產品持平的前提下，硬件配置精簡至8.6萬元，較傳統方案345萬元成本降低97.5%。通過優化通訊協議兼容性，可無縫接入主流曝氣設備（底曝/表曝），顯著提升風機匹配效率，為污水處理廠提供輕量化智能改造方案。

2. 工藝適配廣泛，增效減排雙突破

系統兼容AO、AAO、MBR等主流活性污泥工藝，通過精準曝氣控制使污染物去除率有效提升，顯著降低電耗與藥劑成本。實際案例顯示，應用企業年均能耗成本降幅達30%以上，出水水質穩定優于國家一級A標準，兼具經濟收益與環保價值。

3. 產學研深度協同，市場化前景明確

技術已獲上海城建院認可，并與中車尚驅達成戰略合作，聯合推進專利布局與產品標準化。目前正面向全省污水處理廠推廣，該系統的普及將加速水務行業智能化升級，助力“雙碳”目標實現。

項目亮點介紹

（1）實施效果

株洲市白石港水質凈化中心自系統投用以來，每年風機用電量下降38.9%，總用電量節約28.82萬度，節約PAC藥劑用量約31噸；株洲市龍泉污水處理廠三期自系統投用以來，每年風機用電量下降24.3%，總用電量節約124.32萬度，節約PAC藥劑用量約100噸。

（2）社會效益

一是降低能耗與運營成本，減少公共財政支出；二是精準曝氣減少藥劑過量使用和二次污染風險，提升出水水質，降低水污染相關疾病發生率；三是推動污水處理行業智能化升級，催生技術維護、數據分析等新型就業崗位，促進綠色就業。

（3）生態效益

污水處理廠的智能曝氣系統通過動態優化曝氣量，減少能源消耗與碳排放，降低運行中溫室氣體（如N2O）釋放。精準控制溶解氧可高效降解污染物，削減氮磷排放，緩解水體富營養化風險，保護水生生物多樣性；同時避免過度曝氣引發的污泥膨脹和藥劑殘留，降低對土壤及地下水的二次污染，促進水資源循環再生。系統的低碳化運行助力區域碳達峰目標，為生態系統的穩定與恢復提供技術支撐。

項目技術工藝/裝備簡介

（1）技術工藝/裝備名稱

智能曝氣系統。

（2）工藝/裝備原理

本項目控制系統的主要原理為：基于PLC控制器與實時數據計算相結合的方式，根據生化池溶氧數據，結合進出水水質，進水流量、進水溫度、水力停留時間，采用多級PID控制模式，穩定控制生化池的溶解氧濃度，實現按需曝氣。同時結合長期的運行積累數據，利用機器學習和大數據相關算法，確定最優溶氧控制值，達到最優曝氣、節能曝氣的效果。

（3）工藝/裝備特點

本項目從設計到應用，所采用的技術均為自主實施。關鍵特點主要為：

可自迭代控制模型系統首次將污水處理全過程數據納入控制模型中，通過運用機器學習的方法，尋找最佳模型參數。并且在長期的運行中，自動迭代優化。

高速數據采集技術一般污水廠SCADA系統的數據點位約為4000個，其采集為每分鐘一次（0.167Hz）。本項目在不增加投資的情況下，結合特定的軟件算法，能夠實現60Hz的高精度采樣頻率，為大數據實時計算提供基礎。

機組智能投切技術在實際應用場景中，曝氣設備由多臺相同或不同型號的風機組成。風量需求的往往是變化的，系統可根據所需求的風量，自動匹配機組，并盡量讓風機工作在高效區，從而提高能源的利用效率。

儀表實時診斷技術系統自動對一定時間內的儀表數據進行計算分析，根據計算結果，自適應的調整計算公式，去除了錯誤信號的干擾，大幅提高了系統的穩定性。

（4）應用工業領域

本項目主要應用在污水處理行業的曝氣自動控制領域。同時衍生了多項創新技術，為生產流程的持續優化和智能化轉型提供了堅實支撐，它使企業能夠構建更為高效、智能化的生產管理體系。其中典型的應用場景有：過程數據高速采集、風機/泵組并聯運行、設備工況智能診斷、實時能耗分析等。

（5）工藝/裝備流程圖

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