水處理作為關(guān)乎國計民生的基礎工程，其減污降碳能力直接影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與可持續發(fā)展目標的實(shí)現。近年來(lái)，國家《減污降碳協(xié)同增效實(shí)施方案》明確提出，要通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新優(yōu)化污水處理設施的能耗與碳排放管理。在這一背景下，生物處理曝氣環(huán)節的智能化升級成為行業(yè)焦點(diǎn)——曝氣量的精準控制不僅能提升處理效率，還能顯著(zhù)降低能耗，推動(dòng)污水處理向綠色低碳轉型。

一、傳統曝氣系統的困境與挑戰

傳統的污水處理曝氣系統長(cháng)期面臨三大核心問(wèn)題：

溶解氧控制不穩定：依賴(lài)人工經(jīng)驗調節，溶解氧波動(dòng)范圍大（±0.5-1.0 mg/L），易導致硝化反應抑制或污泥膨脹。能耗居高不下：鼓風(fēng)機低效運行，曝氣能耗占污水處理廠(chǎng)總能耗的50%-70%，單位水量電耗高達0.5-0.7 kWh/m3。工藝協(xié)同性差：回流硝化液攜帶過(guò)量氧氣進(jìn)入缺氧區，破壞反硝化環(huán)境，影響脫氮效率。

典型案例：某大型污水廠(chǎng)因曝氣控制滯后，出水總氮長(cháng)期超標，年電費支出超千萬(wàn)元，亟需技術(shù)革新破解困局。

二、智慧曝氣系統的破局之道

人工智能技術(shù)的崛起為污水處理提供了新思路。以中鐵城際智控智慧曝氣系統為例，其通過(guò)“機理模型+AI算法”雙輪驅動(dòng)，實(shí)現了曝氣環(huán)節的全流程智能化控制：

1. 核心技術(shù)架構

系統深度融合三大核心模塊：

污水曝氣環(huán)境仿真神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型：實(shí)時(shí)捕捉溶解氧、鼓風(fēng)機運行、進(jìn)水水質(zhì)等數據的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，預測未來(lái)趨勢。曝氣控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型：基于仿真結果動(dòng)態(tài)調整鼓風(fēng)機與閥門(mén)策略，優(yōu)化曝氣效率。智能監控管理系統：集成設備狀態(tài)監測、故障預警與遠程調控功能，降低人工干預。

2. 創(chuàng )新技術(shù)路徑

無(wú)設備改造升級：無(wú)需更換現有閥門(mén)、儀表，直接通過(guò)算法提升控制精度。趨勢預判能力：利用歷史數據推演系統異常，提前識別設備故障風(fēng)險。全局協(xié)同優(yōu)化：聯(lián)動(dòng)加藥、回流等環(huán)節，實(shí)現跨工藝段的智能決策（如缺氧區DO精準控制在0.5 mg/L以下）。

三、矢量智控智慧曝氣系統的五大優(yōu)勢

1. 精準感知與自適應控制

多參數融合感知：通過(guò)溶解氧傳感器、流量計、氨氮分析儀等設備，實(shí)時(shí)監測生物池狀態(tài)。環(huán)境自適應調節：根據進(jìn)水水質(zhì)（COD、氨氮）、水量波動(dòng)自動(dòng)調整曝氣策略，維持溶解氧穩定（±0.2 mg/L）。

2. 節能降耗顯著(zhù)

動(dòng)態(tài)變頻控制：結合鼓風(fēng)機運行工況，優(yōu)化風(fēng)量分配（調節范圍30%-100%），某案例中鼓風(fēng)機能耗降低10%-15%。避免“過(guò)度曝氣”：通過(guò)精準控制減少無(wú)效曝氣，年節省電費數十萬(wàn)元（以5萬(wàn)m3/d污水廠(chǎng)計）。

3. 工藝穩定性提升

抑制污泥膨脹：溶解氧波動(dòng)減少60%，絲狀菌繁殖得到有效控制，SVI值穩定在150以下。強化脫氮除磷：缺氧區DO精準控制，反硝化效率提升20%，總氮去除率從75%增至90%以上。

4. 可擴展性與兼容性

模塊化設計：支持與加藥控制器、內回流控制器等設備聯(lián)動(dòng)，構建全流程智能化系統?？鐖?chǎng)景適配：已在生活污水、工業(yè)廢水（如化工、印染廢水）處理中驗證，適應復雜水質(zhì)波動(dòng)。

5. 數字化運維管理

故障預警與診斷：通過(guò)振動(dòng)頻譜、電流波形等數據預測設備故障，響應時(shí)間縮短至15分鐘?？梢暬瘺Q策支持：提供溶解氧趨勢圖、能耗對比報表，輔助管理人員快速決策。

四、應用案例：浙江某污水廠(chǎng)智能化改造實(shí)踐

項目背景：該廠(chǎng)日處理規模5萬(wàn)m3，原系統依賴(lài)人工調節曝氣，出水總氮不穩定，且電耗偏高。改造目標為“穩定達標+節能降耗”。

解決方案：

部署智慧曝氣系統：安裝溶解氧傳感器與磁懸浮鼓風(fēng)機，集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制模型。間歇式曝氣策略：通過(guò)AI算法優(yōu)化曝氣周期，減少“大馬拉小車(chē)”現象。多工藝協(xié)同：聯(lián)動(dòng)內回流控制器，優(yōu)化碳源投加與反硝化效率。

實(shí)施效果：

出水水質(zhì)提升：總氮從12 mg/L降至8 mg/L以下，穩定達到一級A標準。能耗顯著(zhù)降低：鼓風(fēng)機電耗下降12%，年節省電費超80萬(wàn)元。運維成本下降：儀表校準頻率減少50%，故障響應時(shí)間縮短70%。

五、未來(lái)趨勢：從單體智能到全流程協(xié)同

取水泵房：基于流量預測的智能啟?？刂?，降低空載能耗。

凈水廠(chǎng)：混凝沉淀過(guò)程的藥劑投加優(yōu)化，藥耗減少15%。污水處理：碳足跡追蹤與碳資產(chǎn)核算，助力零碳水廠(chǎng)建設。

技術(shù)愿景：通過(guò)強化學(xué)習與數字孿生技術(shù)，實(shí)現污水處理廠(chǎng)的全局動(dòng)態(tài)優(yōu)化，推動(dòng)“新質(zhì)生產(chǎn)力”在水務(wù)領(lǐng)域的落地。

智慧曝氣系統的出現，標志著(zhù)污水處理從“經(jīng)驗驅動(dòng)”向“數據驅動(dòng)”的跨越。矢量智控等企業(yè)的創(chuàng )新實(shí)踐表明，人工智能不僅能解決傳統工藝的痛點(diǎn)，更能為行業(yè)開(kāi)辟綠色低碳發(fā)展的新路徑。未來(lái)，隨著(zhù)技術(shù)的迭代與普及，智慧水務(wù)將成為守護綠水青山的核心力量。