【案例】智能曝气系统

时间：2025-04-30 14:21

来源：中国水网

为促进行业交流进步，便于行业同侪互学互促，推动中国环境产业转型升级。E20环境产业圈层特推出《水务行业优秀案例汇编》，汇集了近150例案例，涉及村镇污水治理、工业废水治理、工业园区废水治理、水环境治理、市政污水管网、再生水回用、污泥处理处置等领域。

项目名称：智能曝气系统

推荐单位：株洲市水务投资集团有限公司

参与环节：自主研发

项目所在地：湖南省株洲市

项目概况

污水处理厂曝气系统的运行能耗占总能耗的35%~40%，节能潜力巨大。传统曝气系统主要依赖手动控制，缺乏实时性，难以及时应对水质和水量的变化，导致能耗浪费较大。

本项目旨在解决两个关键问题：一是稳定控制溶解氧，二是优化溶氧控制值。通过结合PLC控制器和大数据实时计算，设计了一种智能曝气控制装置。该装置能够根据进水水质和水量的变化，自动调整风机风量，从而优化溶氧值，实现按需曝气，降低能耗并提升运营管理水平。

该项目于2023年8月正式投产，并已在株洲市城市排水有限公司白石港水质净化中心和龙泉污水处理厂三期稳定运行，取得了预期的效果。项目还成功入选2024年度湖南省城乡建设行业协会排水系统数字化应用典型项目案例。

示范意义

本项目是我司自主独立开发的智能曝气系统，主要有以下三方面的示范意义：

1. 硬件成本锐减，性价比行业领先

系统在确保性能与市面同类产品持平的前提下，硬件配置精简至8.6万元，较传统方案345万元成本降低97.5%。通过优化通讯协议兼容性，可无缝接入主流曝气设备（底曝/表曝），显著提升风机匹配效率，为污水处理厂提供轻量化智能改造方案。

2. 工艺适配广泛，增效减排双突破

系统兼容AO、AAO、MBR等主流活性污泥工艺，通过精准曝气控制使污染物去除率有效提升，显著降低电耗与药剂成本。实际案例显示，应用企业年均能耗成本降幅达30%以上，出水水质稳定优于国家一级A标准，兼具经济收益与环保价值。

3. 产学研深度协同，市场化前景明确

技术已获上海城建院认可，并与中车尚驱达成战略合作，联合推进专利布局与产品标准化。目前正面向全省污水处理厂推广，该系统的普及将加速水务行业智能化升级，助力“双碳”目标实现。

项目亮点介绍

（1）实施效果

株洲市白石港水质净化中心自系统投用以来，每年风机用电量下降38.9%，总用电量节约28.82万度，节约PAC药剂用量约31吨；株洲市龙泉污水处理厂三期自系统投用以来，每年风机用电量下降24.3%，总用电量节约124.32万度，节约PAC药剂用量约100吨。

（2）社会效益

一是降低能耗与运营成本，减少公共财政支出；二是精准曝气减少药剂过量使用和二次污染风险，提升出水水质，降低水污染相关疾病发生率；三是推动污水处理行业智能化升级，催生技术维护、数据分析等新型就业岗位，促进绿色就业。

（3）生态效益

污水处理厂的智能曝气系统通过动态优化曝气量，减少能源消耗与碳排放，降低运行中温室气体（如N2O）释放。精准控制溶解氧可高效降解污染物，削减氮磷排放，缓解水体富营养化风险，保护水生生物多样性；同时避免过度曝气引发的污泥膨胀和药剂残留，降低对土壤及地下水的二次污染，促进水资源循环再生。系统的低碳化运行助力区域碳达峰目标，为生态系统的稳定与恢复提供技术支撑。

项目技术工艺/装备简介

（1）技术工艺/装备名称

智能曝气系统。

（2）工艺/装备原理

本项目控制系统的主要原理为：基于PLC控制器与实时数据计算相结合的方式，根据生化池溶氧数据，结合进出水水质，进水流量、进水温度、水力停留时间，采用多级PID控制模式，稳定控制生化池的溶解氧浓度，实现按需曝气。同时结合长期的运行积累数据，利用机器学习和大数据相关算法，确定最优溶氧控制值，达到最优曝气、节能曝气的效果。

（3）工艺/装备特点

本项目从设计到应用，所采用的技术均为自主实施。关键特点主要为：

可自迭代控制模型系统首次将污水处理全过程数据纳入控制模型中，通过运用机器学习的方法，寻找最佳模型参数。并且在长期的运行中，自动迭代优化。

高速数据采集技术一般污水厂SCADA系统的数据点位约为4000个，其采集为每分钟一次（0.167Hz）。本项目在不增加投资的情况下，结合特定的软件算法，能够实现60Hz的高精度采样频率，为大数据实时计算提供基础。

机组智能投切技术在实际应用场景中，曝气设备由多台相同或不同型号的风机组成。风量需求的往往是变化的，系统可根据所需求的风量，自动匹配机组，并尽量让风机工作在高效区，从而提高能源的利用效率。

仪表实时诊断技术系统自动对一定时间内的仪表数据进行计算分析，根据计算结果，自适应的调整计算公式，去除了错误信号的干扰，大幅提高了系统的稳定性。

（4）应用工业领域

本项目主要应用在污水处理行业的曝气自动控制领域。同时衍生了多项创新技术，为生产流程的持续优化和智能化转型提供了坚实支撑，它使企业能够构建更为高效、智能化的生产管理体系。其中典型的应用场景有：过程数据高速采集、风机/泵组并联运行、设备工况智能诊断、实时能耗分析等。

（5）工艺/装备流程图

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