中鐵城際在污水廠(chǎng)的智慧曝氣控制系統通過(guò)多層級動(dòng)態(tài)控制、智能算法優(yōu)化與硬件協(xié)同，實(shí)現了曝氣量的精準調控，顯著(zhù)提升污水處理效率并降低能耗。以下從技術(shù)原理、核心方案、應用案例及經(jīng)濟效益四方面展開(kāi)說(shuō)明：

一、技術(shù)原理與核心組成

動(dòng)態(tài)控制模型

前饋補償：基于進(jìn)水流量、COD、氨氮等信號預測需氧量（如進(jìn)水流量增10%，DO需求提升15%），提前調整曝氣量。反饋調節：通過(guò)溶解氧（DO）傳感器實(shí)時(shí)監測數據，調節支管閥門(mén)開(kāi)度（精度±0.2 mg/L），并聯(lián)動(dòng)鼓風(fēng)機總風(fēng)量實(shí)現全局優(yōu)化。前饋-反饋復合控制：模型預測控制（MPC）：基于活性污泥數學(xué)模型（ASM），預測未來(lái)1-2小時(shí)DO需求，滾動(dòng)優(yōu)化曝氣量，某廠(chǎng)能耗降低18%。

智能算法驅動(dòng)

LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )：預測未來(lái)30分鐘進(jìn)水負荷，響應時(shí)間縮短至5分鐘，應對暴雨等突增負荷。強化學(xué)習（RL）：以“能耗+達標率”為獎勵函數，長(cháng)期運行能耗降低20%以上。

硬件協(xié)同優(yōu)化

磁懸浮鼓風(fēng)機：風(fēng)量調節范圍30%-100%，毫秒級響應，某廠(chǎng)年節電120萬(wàn)度?？勺兛灼貧馄鳎貉蹀D移效率≥25%，支持分區配氣（如好氧段DO 2-3 mg/L，缺氧段≤0.5 mg/L）。

二、核心控制策略

多層級動(dòng)態(tài)調節

三級控制架構：前饋設定：根據進(jìn)水負荷設定初始DO目標值（如好氧區DO=2.0 mg/L）。局部反饋：通過(guò)好氧區在線(xiàn)DO儀調節支管閥門(mén)開(kāi)度。全局優(yōu)化：聯(lián)動(dòng)鼓風(fēng)機總風(fēng)量，平衡全系統曝氣需求。

多級AO池耦合控制

缺氧-好氧工段動(dòng)態(tài)平衡：監測缺氧池DO（0.5 mg/L）和碳源投加量，動(dòng)態(tài)調整回流比（R=50%-100%），總氮去除率從75%提升至90%。

動(dòng)態(tài)配氣策略

分區閥門(mén)控制：根據曝氣池不同區域需氧量差異分級供氣，溶解氧控制精度達±0.2 mg/L。

三、典型應用案例

案例1：某5萬(wàn)m3/d污水廠(chǎng)改造

技術(shù)應用：前饋-反饋復合控制+MPC算法+磁懸浮鼓風(fēng)機。效果：溶解氧波動(dòng)幅度降低60%，曝氣能耗下降14%；出水COD達標率從95%提升至99.5%，年節省電費89.7萬(wàn)元。

案例2：廣東省某多級AO工藝污水廠(chǎng)

技術(shù)應用：級聯(lián)預測控制算法+LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )+磁懸浮鼓風(fēng)機聯(lián)動(dòng)。效果：總氮去除率提升15%，碳源浪費減少25%；年碳減排量1.2萬(wàn)噸CO?-eq，獲政府補貼300萬(wàn)元。

案例3：高波動(dòng)進(jìn)水場(chǎng)景應對

技術(shù)應用：LSTM預測進(jìn)水負荷+自適應PID調節。效果：暴雨期間溶解氧波動(dòng)從±1.2 mg/L降至±0.5 mg/L，恢復時(shí)間縮短60%。

四、經(jīng)濟效益與政策收益

直接成本節約

電費降低：曝氣能耗降幅20%-35%（某廠(chǎng)噸水電耗從0.65降至0.42 kWh）。藥劑節?。禾荚赐都恿繙p少25%，年節省成本超200萬(wàn)元。

間接收益提升

合規收益：出水達標率提高至99.5%，規避環(huán)保罰款；資源化收益：中水回用替代新鮮水，年節省水費1000萬(wàn)元。

政策紅利

碳交易收益：某項目年碳減排量1.2萬(wàn)噸，獲收益60萬(wàn)元；政府補貼：符合《城鎮水務(wù)2035規劃》項目可獲最高30%設備投資補貼。

投資回報

典型項目：5萬(wàn)m3/d污水廠(chǎng)總投資800萬(wàn)元，年凈收益350萬(wàn)元，回收期2.3年。

五、技術(shù)優(yōu)勢總結

精準性：溶解氧控制精度±0.2 mg/L（傳統系統±0.5 mg/L），工藝穩定性提升60%。智能化：LSTM預測與邊緣計算技術(shù)，使系統具備自適應學(xué)習能力。經(jīng)濟性：投資回收期縮短至2-3年，噸水處理成本降低0.2-0.3元。低碳性：?jiǎn)挝惶寂艤p少20%-30%，符合國際低碳標準。

六、未來(lái)發(fā)展方向

數字孿生技術(shù)：構建曝氣池三維虛擬模型，模擬不同工況下的DO分布，優(yōu)化控制參數。5G+AI融合：通過(guò)5G網(wǎng)關(guān)實(shí)現多廠(chǎng)聯(lián)動(dòng)控制，AI算法自動(dòng)校準儀表數據。輕量化部署：開(kāi)發(fā)邊緣端TinyML模型，適配中小型污水廠(chǎng)低算力需求，改造成本降低50%。

總結

中鐵城際的智慧曝氣控制系統通過(guò)“動(dòng)態(tài)模型+智能算法+硬件協(xié)同”三重創(chuàng )新，在多個(gè)污水廠(chǎng)實(shí)現曝氣能耗降低14%-35%、出水水質(zhì)達標率提升至99.5%以上的顯著(zhù)效果。其技術(shù)路徑為高波動(dòng)性進(jìn)水場(chǎng)景下的污水處理提供了可復制的智能化解決方案，助力行業(yè)向低碳、高效方向轉型。