污水處理廠的核心使命無疑是確保處理后的水質(zhì)能夠達到國家規(guī)定的排放標準，而其中脫氮除磷環(huán)節(jié)則是保障出水水質(zhì)的關(guān)鍵所在，同時也是污水廠實現(xiàn)智能控制與節(jié)能降耗的重點攻關(guān)領(lǐng)域。智慧生產(chǎn)控制系統(tǒng)正是通過在各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)引入智能控制技術(shù)，力求以更智慧的方式、更低的成本、更高的效率達成安全生產(chǎn)與水質(zhì)達標的雙重目標，智慧污水廠處理系統(tǒng)核心組成部分通常包括智慧硝化系統(tǒng)、智慧反硝化系統(tǒng)以及智慧除磷系統(tǒng)。

1、 智慧硝化系統(tǒng)

       硝化過程的本質(zhì)是硝化細菌在好氧環(huán)境下將污水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。智能硝化系統(tǒng)，常被稱為精確曝氣系統(tǒng)，主要通過時間和空間兩個維度對溶解氧（DO）進行精細化調(diào)控：在時間維度上，系統(tǒng)會依據(jù)進水負荷的變化以及出水水質(zhì)指標的實時反饋，動態(tài)調(diào)整曝氣設(shè)備的運行強度，確保不同工況下曝氣的精準需求；在空間維度上，則對好氧池的不同區(qū)域?qū)嵤┓謪^(qū)DO控制，以滿足各個工藝階段對曝氣量的差異化要求。

       具體實施時，好氧池的每個分區(qū)都會安裝DO儀、氨氮儀、空氣流量計以及線性調(diào)節(jié)閥等在線監(jiān)測與控制儀表。系統(tǒng)通過實時監(jiān)測進水負荷（如進水流量和氨氮濃度）、出水氨氮濃度以及當前的曝氣量等關(guān)鍵指標，進而反饋調(diào)節(jié)鼓風機的運行臺數(shù)與出風量、線性閥門的開啟程度等，從而實現(xiàn)對好氧池內(nèi)DO值的精確控制。這樣做的目的，是在保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達標的前提下，最大限度地降低運行成本。

       目前，精確曝氣系統(tǒng)已在眾多污水廠得到成功應(yīng)用，并取得了顯著的處理效果和節(jié)能效益。例如，北京某污水廠在采用精確曝氣系統(tǒng)后，每年節(jié)約用電量高達380×10?千瓦時，相應(yīng)節(jié)省電費304萬元；馬頭崗污水廠則觀察到其生化池溶解氧控制的穩(wěn)定性有了明顯提升，在氨氮和COD穩(wěn)定達標的同時，總磷（TP）濃度下降了67.27%。

2、 智慧反硝化系統(tǒng)

       反硝化是指反硝化細菌在缺氧條件下，將硝態(tài)氮還原成無害氮氣的過程。智能反硝化系統(tǒng)采用基于進水氮負荷和出水總氮濃度反饋的綜合控制策略，通過精細調(diào)控好氧池末端的曝氣量、混合液回流量以及外投碳源的量等參數(shù)，來優(yōu)化運行條件、降低整體運行成本。通常，智能硝化系統(tǒng)與智能反硝化系統(tǒng)會聯(lián)動工作，共同營造適宜的缺氧環(huán)境和控制硝酸鹽濃度。

       然而，在實際運行中，許多污水廠僅依賴調(diào)節(jié)碳源投加量來進行反硝化控制。這種方法往往導致進水中的碳源未能被充分利用，運行成本居高不下，并且存在過量投加碳源致使出水BOD5、COD超標的潛在風險。考慮到生物脫氮是一個涉及氨化菌、亞硝化菌、硝化菌、反硝化菌等多種微生物協(xié)同作用的多級復雜反應(yīng)過程，不同微生物對環(huán)境條件的要求各不相同，且整個過程影響因素眾多，控制指標復雜，這使得脫氮過程的智能感應(yīng)及反饋控制難以與微生物的實際活動完全同步匹配，給智能控制帶來了不小的挑戰(zhàn)。

       智能反硝化系統(tǒng)控制效果較理想的工藝是多段AO工藝。在這種工藝運行模式下，前段的缺氧區(qū)能夠充分利用進水帶來的碳源，而后段的缺氧區(qū)則可以通過精準投加外加碳源來強化脫氮效果，實現(xiàn)碳源的精準管理與控制，從而降低運行成本。當出水水質(zhì)標準要求極高時，通常會在深度處理階段增設(shè)反硝化濾池。

3、 智慧除磷系統(tǒng)

       污水廠的除磷過程通常結(jié)合了生物除磷和化學除磷兩種方式。生物除磷主要依靠生物池內(nèi)聚磷菌在好氧條件下過量吸收磷、在厭氧條件下釋放磷的生理特性來實現(xiàn)；化學除磷則是通過投加絮凝劑和助凝劑，使磷形成絮體并從系統(tǒng)中分離，以達到強化除磷的目的。傳統(tǒng)的污水廠除磷控制大多依賴于出水總磷（TP）的監(jiān)測數(shù)據(jù)，據(jù)此調(diào)整化學除磷的加藥量。這種調(diào)控方式不僅存在明顯的滯后性，而且常常通過過量投加藥劑來確保出水TP達標，這不僅增加了運行成本，還可能抑制活性污泥系統(tǒng)的生物除磷功能，并且大量藥劑最終排入水體，可能對環(huán)境造成長期的負面影響。

       智能除磷系統(tǒng)則致力于將生物除磷與化學除磷進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制：首先，依據(jù)進水負荷和二沉池出水水質(zhì)，反饋控制污泥回流量、污泥排放量等參數(shù)，優(yōu)化生物除磷效果；其次，再根據(jù)最終的總出水水質(zhì)，反饋控制化學除磷的加藥量，實現(xiàn)精準投加。

       山東省某污水廠引入智能除磷系統(tǒng)后，通過一年多的運行對比發(fā)現(xiàn)，采用智能除磷系統(tǒng)的二期工程，其藥耗相比采用傳統(tǒng)控制方式的一期工程降低了約17%，每年節(jié)省藥劑成本約20萬元；平均產(chǎn)泥率也從1.5噸干污泥/萬噸污水降至1.05噸干污泥/萬噸污水，每年節(jié)省污泥處置費用約60萬元。同時，智能系統(tǒng)采用閉環(huán)工作模式，在很大程度上替代了人工操作，有效降低了人力成本。

       中交路橋科技基安云智慧污水廠管理平臺（SSP），實現(xiàn)對污水廠進行集中監(jiān)控，真實反應(yīng)污水廠的建設(shè)施工、生產(chǎn)、運維全過程狀況。通過智慧污水廠管控平臺對各個工藝環(huán)節(jié)設(shè)備設(shè)施進行集中監(jiān)控，使得各級管理人員能夠及時、準確、全面、直觀的了解和掌握生產(chǎn)狀況，進而實現(xiàn)對整個污水廠生產(chǎn)運維的統(tǒng)一指揮和智慧調(diào)度。同時基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，建立智慧污水廠數(shù)學模型，通過監(jiān)測進水水質(zhì)、水量，智能調(diào)節(jié)加藥量、曝氣量、污泥回流量等，以降低污水廠的生產(chǎn)運營成本，科學指導污水廠的智慧運營，實現(xiàn)整個污水廠的節(jié)能降耗、出水水質(zhì)的穩(wěn)定達標。