對(duì)于污水處理廠來(lái)說(shuō)，AI 已不是一個(gè)陌生概念，智能體的引入也已成為行業(yè)趨勢(shì)。但真正落到項(xiàng)目中，仍然會(huì)遇到幾個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題：應(yīng)該從哪個(gè)環(huán)節(jié)開始？是先做智能曝氣，還是直接建設(shè)全廠智控系統(tǒng)？完成單點(diǎn)控制后，怎樣繼續(xù)向加藥、加碳、提升泵乃至廠網(wǎng)聯(lián)控?cái)U(kuò)展？

作為覆蓋全國(guó) 13 個(gè)省級(jí)區(qū)域，服務(wù)于 30 多家污水處理廠的 AI 操作系統(tǒng)，劍企?AI-OS 應(yīng)用場(chǎng)景包括市政污水、工業(yè)廢水，單廠規(guī)模從 1 萬(wàn)噸/日至 10 萬(wàn)噸/日不等，排放要求覆蓋一級(jí) A、準(zhǔn) Ⅳ 類以及各個(gè)省市和地方標(biāo)準(zhǔn)，共同構(gòu)成了系統(tǒng)持續(xù)迭代的實(shí)踐基礎(chǔ)。

從以曝氣為切入點(diǎn)的單智能體應(yīng)用，到包括提升泵、加碳、加藥、活性炭投加及廠站網(wǎng)聯(lián)控等多智能體協(xié)同，再到 L4 級(jí)污水處理全流程 AI 方案，通過(guò)這些應(yīng)用案例，可以看到一條相對(duì)清晰的智控升級(jí)路徑：

先解決一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制，再逐步擴(kuò)大協(xié)同范圍，最終實(shí)現(xiàn)從單點(diǎn)智能到全廠工藝智控。

一、從曝氣環(huán)節(jié)切入，建立第一個(gè)控制閉環(huán)

在污水處理過(guò)程中，曝氣既是保障生化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是水廠主要的能耗來(lái)源之一，因此很多污水廠會(huì)選擇劍企曝氣智能體作為智控建設(shè)的切入點(diǎn)。

傳統(tǒng)運(yùn)行模式下，風(fēng)機(jī)頻率和風(fēng)量往往依賴運(yùn)行人員根據(jù)溶解氧、進(jìn)水水量和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)進(jìn)水負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，人工控制容易出現(xiàn)響應(yīng)滯后、曝氣過(guò)量或溶解氧波動(dòng)較大的情況。

劍企曝氣智能體并不是簡(jiǎn)單設(shè)置一個(gè)固定的 DO 目標(biāo)，把風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)低，而是綜合 DO、ORP、MLSS、水量及進(jìn)出水水質(zhì)等數(shù)據(jù)，判斷生化系統(tǒng)的實(shí)際需氧量，并對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。這種「實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)—智能判斷—自動(dòng)調(diào)節(jié)—結(jié)果反饋」的閉環(huán)，使曝氣控制從依賴人工經(jīng)驗(yàn)，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榛诠に嚁?shù)據(jù)的連續(xù)控制。

以浙江湖州某污水處理廠為例，劍企曝氣智能體部署前，南溝 DO 濃度在 0.9—2.0mg/L 之間變化，北溝則達(dá)到 4.5—7.0mg/L，兩個(gè)區(qū)域的供氧狀態(tài)差異較大。經(jīng)過(guò)智能體持續(xù)調(diào)節(jié)后，南溝 DO 穩(wěn)定在 1.05—1.15mg/L，北溝穩(wěn)定在 1.3—1.5mg/L，波動(dòng)范圍約為±0.1mg/L。在水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，每去除 1kg 氨氮和 1kg COD 所消耗的電量分別降低約 29%和 39%。這說(shuō)明，曝氣智控的價(jià)值不僅是「降低 DO」，更重要的是減少無(wú)效曝氣，使供氧量與實(shí)際污染物負(fù)荷更加匹配。

江蘇溧陽(yáng)某污水處理廠，處理規(guī)模 10 萬(wàn)噸/日，智能曝氣部署后，與人工控制模式相比，風(fēng)機(jī)噸水電耗降低約 12%；單位 COD 和氨氮去除所對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)能耗分別降低約 27%和 24%。與此同時(shí)，出水 COD、氨氮、總氮和總磷保持穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，各項(xiàng)污染物去除率維持在較高水平，有效驗(yàn)證了在 10 萬(wàn)噸級(jí)規(guī)模下的智控效果。

湖南懷化某污水廠的案例則提供了另一個(gè)值得關(guān)注的角度。智能曝氣投用后，每去除 1kg COD 和 1kg 氨氮所消耗的電量分別降低約 14%和 8%。如果只觀察這一項(xiàng)指標(biāo)，可能會(huì)得出「節(jié)能效果不明顯」的結(jié)論。但與此同時(shí)，PAC 單耗環(huán)比下降 81.1%，碳源單耗環(huán)比下降 61.7%；COD 平均去除率由 87%提高至 93%，總氮去除率由 54%提高至 64%，總磷去除率由 87%提高至 93%。

這說(shuō)明，曝氣智能體的工藝效果，不僅體現(xiàn)在噸水電耗上，還能節(jié)省藥劑、提高能耗效率、降低人工接管頻次。污水廠得到的不只是一個(gè)自動(dòng)調(diào)風(fēng)系統(tǒng)，而是建立了第一個(gè)可以量化、驗(yàn)證和持續(xù)優(yōu)化的工藝控制閉環(huán)。

二、從單點(diǎn)控制擴(kuò)展到多智能體協(xié)同

曝氣控制能夠解決生化系統(tǒng)中的重要問(wèn)題，但一座水廠的穩(wěn)定運(yùn)行并不只取決于風(fēng)機(jī)。曝氣降低可能改變硝化反硝化條件，進(jìn)而影響碳源需求；進(jìn)水水量波動(dòng)會(huì)同時(shí)影響提升泵、曝氣和加藥；總磷控制則與生物除磷狀態(tài)、化學(xué)藥劑投加和深度處理負(fù)荷密切相關(guān)。

這意味著，真正的全流程優(yōu)化不能讓各環(huán)節(jié)各自追求局部最優(yōu)，而要讓不同智能體圍繞「穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、節(jié)能降耗、減少人工干預(yù)」這一共同目標(biāo)協(xié)同決策。

江陵威德水質(zhì)凈化廠的案例體現(xiàn)了這一升級(jí)路徑。該廠處理規(guī)模為 3.8 萬(wàn)噸/日，出水執(zhí)行準(zhǔn) Ⅳ 類標(biāo)準(zhǔn)，先后部署了曝氣、加碳、加藥、提升泵、內(nèi)外回流等智能體，并由中樞智能體統(tǒng)一協(xié)調(diào)，全局尋優(yōu)：

• 前端根據(jù)管網(wǎng)、泵站和進(jìn)水變化，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)進(jìn)水與提升；

• 中段根據(jù)污染物負(fù)荷和生化狀態(tài)，協(xié)同優(yōu)化曝氣與碳源投加；

• 后端根據(jù)出水目標(biāo)，聯(lián)動(dòng)除磷、活性炭投加及深度處理進(jìn)水；

• 全流程在穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的約束下，統(tǒng)籌能耗、藥耗、設(shè)備運(yùn)行與人工干預(yù)。

多環(huán)節(jié)協(xié)同運(yùn)行后，該廠噸水電耗由 0.334kWh/m3 降至 0.216kWh/m3，降低約 35%；PAC 投加量降低約 43%，乙酸鈉投加量降低約 32%，日均污泥產(chǎn)生量降低約 20%。

在降耗的同時(shí)，出水水質(zhì)保持穩(wěn)定：2026 年 1—3 月，出水總氮穩(wěn)定在 7—9 mg/L，總磷穩(wěn)定在 0.11—0.13 mg/L，COD 和氨氮等指標(biāo)保持達(dá)標(biāo)。

江陵案例顯示，當(dāng)曝氣、加碳、加藥和水量調(diào)度能夠根據(jù)同一套工藝目標(biāo)協(xié)同運(yùn)行時(shí)，節(jié)能、降藥、減泥和穩(wěn)定水質(zhì)不再是彼此獨(dú)立的任務(wù)，而是可以通過(guò)全流程優(yōu)化同時(shí)推進(jìn)。

江陵威德水質(zhì)凈化廠

三、邁向 L4 級(jí)污水處理全流程自主運(yùn)行

如果說(shuō)單點(diǎn)智能解決的是一個(gè)設(shè)備或一個(gè)工藝環(huán)節(jié)的問(wèn)題，多智能體協(xié)同解決的是不同環(huán)節(jié)之間的聯(lián)動(dòng)問(wèn)題，那么 L4 級(jí)污水處理全流程 AI 方案要解決的，則是整座水廠如何實(shí)現(xiàn)少人化、自適應(yīng)、全域化的自主運(yùn)行。

浙江德清威德污水處理廠采用 AAO 工藝，處理規(guī)模為 2 萬(wàn)噸/日，工業(yè)污水占比 70% 以上，是全國(guó)首個(gè) L4 級(jí)智能化水廠建設(shè)案例。項(xiàng)目面向「廠—網(wǎng)—泵」全域協(xié)同和全局統(tǒng)籌尋優(yōu)，推動(dòng)水廠由自動(dòng)化運(yùn)行進(jìn)一步邁向少人化、自適應(yīng)、全域化的自主運(yùn)行。

L4 級(jí)方案不是推翻水廠原有自動(dòng)化系統(tǒng)重新建設(shè)，它可以連接既有 SCADA、PLC、DCS、MES 以及傳感器、儀表、巡檢和化驗(yàn)等數(shù)據(jù)，通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)和軟硬件終端逐步接入，在利舊基礎(chǔ)上完成分階段建設(shè)和平滑升級(jí)。形成了四個(gè)層面的系統(tǒng)升級(jí)：

1. 兼容利舊，降低建設(shè)門檻：連接既有控制系統(tǒng)和儀表設(shè)備，避免重復(fù)建設(shè)；

2. 全流程協(xié)同，減少局部最優(yōu)：貫通廠站網(wǎng)、提升、曝氣、加藥、回流和深度處理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)；

3. 穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，推動(dòng)降本增效：根據(jù)實(shí)時(shí)工況動(dòng)態(tài)調(diào)參，在水質(zhì)達(dá)標(biāo)約束下優(yōu)化電耗與藥耗；

4. 工藝智控與生產(chǎn)智管融合：將 AI 能力逐步延伸至巡檢、化驗(yàn)、設(shè)備、能耗和運(yùn)營(yíng)管理，支撐全流程自主運(yùn)行。

德清項(xiàng)目所體現(xiàn)的 L4 級(jí)能力，最終呈現(xiàn)出三項(xiàng)具有代表性的階段性成果：

• 噸水電耗下降約 38%：由約 0.50kWh/m3降至 0.32kWh/m3；

• 碳源投加量下降約 29%：由 59.7mg/L 降至 38mg/L；

• 人工接管頻次下降約 95%，同時(shí)出水水質(zhì)保持穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

從這個(gè)意義上說(shuō)，德清威德不是一個(gè)單項(xiàng)節(jié)能案例，而是劍企AI-OS工藝智控操作系統(tǒng)由「控制某個(gè)環(huán)節(jié)」走向「統(tǒng)籌整座水廠」的代表性實(shí)踐，也為智慧水廠、標(biāo)桿水廠以及具有廠網(wǎng)泵協(xié)同需求的區(qū)域提供了可復(fù)制的建設(shè)路徑。

浙江德清威德污水處理廠

四、小結(jié)

從單點(diǎn)曝氣到多智能體協(xié)同，再到 L4 級(jí)污水處理全流程自主運(yùn)行，劍企 AI-OS 正在全國(guó)不同規(guī)模、不同工藝和不同運(yùn)行基礎(chǔ)的水處理項(xiàng)目中不斷驗(yàn)證和完善。

對(duì)于儀表和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)尚不完整的水廠，可以先補(bǔ)齊關(guān)鍵監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，從能耗較高、人工干預(yù)頻繁、效果容易驗(yàn)證的曝氣環(huán)節(jié)開始。當(dāng)曝氣閉環(huán)穩(wěn)定后，再根據(jù)實(shí)際問(wèn)題逐步接入提升泵、加碳、加藥等智能體，擴(kuò)大協(xié)同控制范圍。當(dāng)水廠主要工藝環(huán)節(jié)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通和自動(dòng)執(zhí)行后，才具備進(jìn)一步開展廠站網(wǎng)聯(lián)控，邁向更高級(jí)別的 L4 級(jí)自主運(yùn)行全流程智控。

水廠智能化不是一次性完成的系統(tǒng)建設(shè)，而是一個(gè)不斷積累數(shù)據(jù)、完善控制閉環(huán)、擴(kuò)大協(xié)同范圍的過(guò)程。它的價(jià)值也不只是減少一次人工調(diào)節(jié)、降低某一個(gè)月的電耗，而是讓水廠逐步形成持續(xù)感知、動(dòng)態(tài)決策、自動(dòng)執(zhí)行和自我優(yōu)化的能力。

從「調(diào)一臺(tái)風(fēng)機(jī)」到「管一座水廠」，劍企 AI-OS 的實(shí)踐證明：污水處理的智能化升級(jí)，可以從一個(gè)明確的問(wèn)題開始，沿著一條可驗(yàn)證、可擴(kuò)展的路徑逐步走向全流程協(xié)同。

編輯：趙凡