潮平两岸阔 风正一帆悬

张琼+刘岩松

清华大学环境学院污水处理过程控制与节能降耗研究团队，在城市化发展浪潮中，善思而立、创新以恒，始终在执着和坚持中默默探索与耕耘着，在有效推进污水处理工作的同时，为共和国的环境事业注入了一股锐意进取的科技新气息。

社会不断发展，污水处理的过程控制及节能降耗不断遇到新的挑战。清华大学环境学院污水处理过程控制与节能降耗研究团队凭借着深厚的科研底蕴和丰富的技术积淀，始终能紧紧抓住科技发展的脉搏，执着进取在污水处理与节能降耗科研领域的最前沿，在越来越广阔的平台上，引领着污水处理事业这艘“大船”在波澜壮阔的大潮中不断前进。

在污水处理科技界，有这样一支团队，他们情系祖国，遵循着污水处理科技创新的脉络，孜孜不倦地行走于科技创新与产业实践之间，研精覃思，溯往观来，将多学科的前沿技术融入到污水处理的过程控制和节能降耗研究之中，以不竭的创新精神沿着这一方向不断地向前发展。

这个污水处理过程控制团队依托于环境模拟与污染控制国家联合重点实验室。据团队负责人施汉昌介绍，从上个世纪90年代开始，他们污水处理控制工业团队，就建立了国内第一个污水处理过程模拟软件，可以说是积淀比较深，历史很长。而随着污水处理的发展，这个团队发展了多项新技术，并在全国几十座污水处理厂取得了很好的推广应用。

科技研发只有紧贴生产实践，才能彰显其价值。施汉昌介绍，团队研究的科学与工程技术问题都源于污水处理厂的实际需要，如今，他们针对新的挑战，不断地创新思路，将最新的监测技术、新材料技术、新的计算机信息技术等运用到传统的污水处理上来，尤其是最近这些年来，所取得的成绩和社会效益是有目共睹的。

（一）典型研究技术成果

我国运行污水处理厂大都以简单的反馈控制来实现对复杂处理过程的运行控制，导致现有的一些污水处理厂均存在运行效果不良的情况。而一些较先进的技术难以在目前污水处理厂运行过程中得以实现，运行效率低下。

该研究团队提出了基于动态进水负荷的动态数学模拟，建立以进水负荷前馈补偿多回路串级反馈曝气控制为核心的多参数控制系统。控制系统以进水负荷前馈补偿-多回路串级反馈控制为特点，通过对曝气量的优化控制，保证了厌氧-缺氧-好氧段的最佳氧化还原状态，实现了同步硝化反硝化。在保证出水达到排放标准的前提下大幅度降低了污水处理的能耗达5%以上（0.08～0.12kWh/m3），降低化学除磷的药耗达20%以上。

1. AAO工艺曝气过程的优化控制策略与系统研究

曝气控制系统的精准程度，特别是增加了前馈控制后，在很大程度上要取决于对污水生物反应动力学过程的可靠模拟。在生物处理工艺中，由于入水水质波动等干扰，DO在时间和空间分布是不稳定的，而且其动力学特性是非线性的。为了克服前馈控制策略带来的不确定性，考虑到工程实践的可行性，研究团队提出了如图1所示的控制策略。

图2为污水处理工艺的曝气控制系统界面。控制界面包括三种控制模式：负荷前馈控制、溶解氧定值反馈和空气量定值反馈等。操作工人可以选择不同的控制回路和策略，然后根据工艺条件设定需要的目标参数。目前最常用的方式是根据工艺运行情况，设定溶解氧浓度的目标值。曝气控制系统可以很好地将溶解氧的波动控制在0.5 mg/L以内，以实现良好的控制效果。在保证出水达到排放标准的前提下降低了污水处理的能耗达5%以上。

2.AAO工艺除磷加药过程的优化控制策略与系统

根据AAO工艺常用的同步除磷和后置除磷工艺，设计了化学除磷的动态控制系统，如图3所示。化学除磷的动态控制系统由在线仪表、加药设备、控制软件及通讯设备等组成，系统采用前馈控制与反馈控制相结合的方法，根据进水流量、生化池加药前正磷浓度和出水总磷浓度计算合理的加药量，控制加药泵的运行。

化学除磷过程控制技术主要包括两部分：测定进水流量Q、生化段出水磷酸盐浓度P1，前馈控制前置加药泵的流量；测定反硝化滤池出水磷酸盐浓度P2，反馈控制后置加药泵的流量。以上内容分别对应两套除磷控制系统，均包括采样监测设备、数据采集与控制、控制信号输出与执行系统等。

3.AAO工艺全流程优化控制技术与系统

研究团队在分析典型单元运行功能和识别单元可控设备及变量的基础上，从全流程优化运行角度，分析单元间运行相关性，进而以稳定达标运行和节能降耗为目标，构建城市污水处理厂全流程多参数控制模型及在线数据处理系统。在策略和算法研究和模拟的基础上，给出这套系统应用推广到其他污水处理厂的集成方案，并通过控制系统软件设计，并辅助以硬件匹配设计，极大的提高其推广应用的实际可操作性，方案集成及应用流程见图4。

（二）工程示范与产业化

1.芦村污水处理厂工程示范

研究成果在无锡芦村污水处理厂四期工程进行脱氮优化技术和智能化学除磷控制技术的实际应用示范，提出了适合无锡地区污水水质特点的总氮达标排放技术，建立了基于进水动态变化的智能曝气控制系统，为该地区城市污水处理厂一级A稳定达标提供了技术指导。项目针对环太湖污水处理厂水质波动大、冬季运行出水水质差的特点，优化辅助化学除磷工艺技术，建立辅助化学除磷智能动态控制系统，为苏锡常以及太湖流域的污水处理厂实现一级A达标排放提供技术支撑。项目依托无锡市芦村污水处理厂，围绕提高生物脱氮效率和一级A标准，完成了四期新建工程（10万吨/天）前期的技术研发、设计与总体集成以及示范跟踪和运行优化。项目在无锡芦村污水处理厂建立示范工程，通过实际工程与现场试验相结合，将研究内容应用于实际，为污水厂实现稳定的一级A达标排放的同时节能降耗提供技术支撑，为全国污水处理厂升级改造提供良好的应用示范，扩大了研究成果的影响力。

在芦村污水处理厂四期工程实施了协同化学除磷动态控制技术的示范工程。在示范工程实施过程中，首先基于化学除磷工艺的运行状况，更新在线仪表设备的配置，建立了化学除磷的控制模型和算法，并在中控室集成了化学除磷的控制程序，最后在10万m3/d的生产线上进行了验证试验。试验结果表明，基于“前馈-反馈”相结合的化学除磷动态控制技术可实现出水一级A的稳定达标，并能使出水TP浓度维持在合理的浓度范围内；动态控制技术还能最大限度降低投药量和药剂对系统生物反应过程影响，药剂投加量减少20%以上，大大降低了化学除磷的运行成本。本研究成果国内首次实现基于进水负荷变化前馈与好氧池末端磷浓度在线监测的反馈的联合优化控制。

2. 小红门污水处理厂工程示范

小红门污水处理厂采用AAO工艺，设计处理污水能力60万m3/d，生物反应池分为4个系列，每系列处理规模15×104m3/d，4座池可各自独立运行。

小红门污水处理厂实施全流程控制系统，采用了进水负荷前馈-溶解氧浓度反馈的曝气控制技术。对比控制前后一段的溶解氧浓度逐分钟变化曲线（图5所示），可以发现溶解氧浓度存在很大差异。经测算该曝气池的供气量比控制之前减少15%～20%，在全厂实施该控制模式，并对鼓风机的运行状况进行优化，可以实现全厂耗电量减少8%～10%的效果。

“潮平两岸阔，风正一帆悬”——春潮涌涨，江水浩渺，污水处理正待英才迸发；潮平岸阔，恢弘广袤，直挂云帆竞豪迈！

清华大学环境学院污水处理过程控制与节能降耗研究团队，在城市化发展浪潮中，善思而立、创新以恒，始终在执着和坚持中默默探索与耕耘着，在有效推进污水处理工作的同时，为共和国的环境事业注入了一股锐意进取的科技新气息。

社会不断发展，污水处理的过程控制及节能降耗不断遇到新的挑战。清华大学环境学院污水处理过程控制与节能降耗研究团队凭借着深厚的科研底蕴和丰富的技术积淀，始终能紧紧抓住科技发展的脉搏，执着进取在污水处理与节能降耗科研领域的最前沿，在越来越广阔的平台上，引领着污水处理事业这艘“大船”在波澜壮阔的大潮中不断前进。

在污水处理科技界，有这样一支团队，他们情系祖国，遵循着污水处理科技创新的脉络，孜孜不倦地行走于科技创新与产业实践之间，研精覃思，溯往观来，将多学科的前沿技术融入到污水处理的过程控制和节能降耗研究之中，以不竭的创新精神沿着这一方向不断地向前发展。

这个污水处理过程控制团队依托于环境模拟与污染控制国家联合重点实验室。据团队负责人施汉昌介绍，从上个世纪90年代开始，他们污水处理控制工业团队，就建立了国内第一个污水处理过程模拟软件，可以说是积淀比较深，历史很长。而随着污水处理的发展，这个团队发展了多项新技术，并在全国几十座污水处理厂取得了很好的推广应用。

科技研发只有紧贴生产实践，才能彰显其价值。施汉昌介绍，团队研究的科学与工程技术问题都源于污水处理厂的实际需要，如今，他们针对新的挑战，不断地创新思路，将最新的监测技术、新材料技术、新的计算机信息技术等运用到传统的污水处理上来，尤其是最近这些年来，所取得的成绩和社会效益是有目共睹的。

（一）典型研究技术成果

我国运行污水处理厂大都以简单的反馈控制来实现对复杂处理过程的运行控制，导致现有的一些污水处理厂均存在运行效果不良的情况。而一些较先进的技术难以在目前污水处理厂运行过程中得以实现，运行效率低下。

该研究团队提出了基于动态进水负荷的动态数学模拟，建立以进水负荷前馈补偿多回路串级反馈曝气控制为核心的多参数控制系统。控制系统以进水负荷前馈补偿-多回路串级反馈控制为特点，通过对曝气量的优化控制，保证了厌氧-缺氧-好氧段的最佳氧化还原状态，实现了同步硝化反硝化。在保证出水达到排放标准的前提下大幅度降低了污水处理的能耗达5%以上（0.08～0.12kWh/m3），降低化学除磷的药耗达20%以上。

1. AAO工艺曝气过程的优化控制策略与系统研究

曝气控制系统的精准程度，特别是增加了前馈控制后，在很大程度上要取决于对污水生物反应动力学过程的可靠模拟。在生物处理工艺中，由于入水水质波动等干扰，DO在时间和空间分布是不稳定的，而且其动力学特性是非线性的。为了克服前馈控制策略带来的不确定性，考虑到工程实践的可行性，研究团队提出了如图1所示的控制策略。

图2为污水处理工艺的曝气控制系统界面。控制界面包括三种控制模式：负荷前馈控制、溶解氧定值反馈和空气量定值反馈等。操作工人可以选择不同的控制回路和策略，然后根据工艺条件设定需要的目标参数。目前最常用的方式是根据工艺运行情况，设定溶解氧浓度的目标值。曝气控制系统可以很好地将溶解氧的波动控制在0.5 mg/L以内，以实现良好的控制效果。在保证出水达到排放标准的前提下降低了污水处理的能耗达5%以上。

2.AAO工艺除磷加药过程的优化控制策略与系统

根据AAO工艺常用的同步除磷和后置除磷工艺，设计了化学除磷的动态控制系统，如图3所示。化学除磷的动态控制系统由在线仪表、加药设备、控制软件及通讯设备等组成，系统采用前馈控制与反馈控制相结合的方法，根据进水流量、生化池加药前正磷浓度和出水总磷浓度计算合理的加药量，控制加药泵的运行。

化学除磷过程控制技术主要包括两部分：测定进水流量Q、生化段出水磷酸盐浓度P1，前馈控制前置加药泵的流量；测定反硝化滤池出水磷酸盐浓度P2，反馈控制后置加药泵的流量。以上内容分别对应两套除磷控制系统，均包括采样监测设备、数据采集与控制、控制信号输出与执行系统等。

3.AAO工艺全流程优化控制技术与系统

研究团队在分析典型单元运行功能和识别单元可控设备及变量的基础上，从全流程优化运行角度，分析单元间运行相关性，进而以稳定达标运行和节能降耗为目标，构建城市污水处理厂全流程多参数控制模型及在线数据处理系统。在策略和算法研究和模拟的基础上，给出这套系统应用推广到其他污水处理厂的集成方案，并通过控制系统软件设计，并辅助以硬件匹配设计，极大的提高其推广应用的实际可操作性，方案集成及应用流程见图4。

（二）工程示范与产业化

1.芦村污水处理厂工程示范

研究成果在无锡芦村污水处理厂四期工程进行脱氮优化技术和智能化学除磷控制技术的实际应用示范，提出了适合无锡地区污水水质特点的总氮达标排放技术，建立了基于进水动态变化的智能曝气控制系统，为该地区城市污水处理厂一级A稳定达标提供了技术指导。项目针对环太湖污水处理厂水质波动大、冬季运行出水水质差的特点，优化辅助化学除磷工艺技术，建立辅助化学除磷智能动态控制系统，为苏锡常以及太湖流域的污水处理厂实现一级A达标排放提供技术支撑。项目依托无锡市芦村污水处理厂，围绕提高生物脱氮效率和一级A标准，完成了四期新建工程（10万吨/天）前期的技术研发、设计与总体集成以及示范跟踪和运行优化。项目在无锡芦村污水处理厂建立示范工程，通过实际工程与现场试验相结合，将研究内容应用于实际，为污水厂实现稳定的一级A达标排放的同时节能降耗提供技术支撑，为全国污水处理厂升级改造提供良好的应用示范，扩大了研究成果的影响力。

在芦村污水处理厂四期工程实施了协同化学除磷动态控制技术的示范工程。在示范工程实施过程中，首先基于化学除磷工艺的运行状况，更新在线仪表设备的配置，建立了化学除磷的控制模型和算法，并在中控室集成了化学除磷的控制程序，最后在10万m3/d的生产线上进行了验证试验。试验结果表明，基于“前馈-反馈”相结合的化学除磷动态控制技术可实现出水一级A的稳定达标，并能使出水TP浓度维持在合理的浓度范围内；动态控制技术还能最大限度降低投药量和药剂对系统生物反应过程影响，药剂投加量减少20%以上，大大降低了化学除磷的运行成本。本研究成果国内首次实现基于进水负荷变化前馈与好氧池末端磷浓度在线监测的反馈的联合优化控制。

2. 小红门污水处理厂工程示范

小红门污水处理厂采用AAO工艺，设计处理污水能力60万m3/d，生物反应池分为4个系列，每系列处理规模15×104m3/d，4座池可各自独立运行。

小红门污水处理厂实施全流程控制系统，采用了进水负荷前馈-溶解氧浓度反馈的曝气控制技术。对比控制前后一段的溶解氧浓度逐分钟变化曲线（图5所示），可以发现溶解氧浓度存在很大差异。经测算该曝气池的供气量比控制之前减少15%～20%，在全厂实施该控制模式，并对鼓风机的运行状况进行优化，可以实现全厂耗电量减少8%～10%的效果。

“潮平两岸阔，风正一帆悬”——春潮涌涨，江水浩渺，污水处理正待英才迸发；潮平岸阔，恢弘广袤，直挂云帆竞豪迈！

清华大学环境学院污水处理过程控制与节能降耗研究团队，在城市化发展浪潮中，善思而立、创新以恒，始终在执着和坚持中默默探索与耕耘着，在有效推进污水处理工作的同时，为共和国的环境事业注入了一股锐意进取的科技新气息。

社会不断发展，污水处理的过程控制及节能降耗不断遇到新的挑战。清华大学环境学院污水处理过程控制与节能降耗研究团队凭借着深厚的科研底蕴和丰富的技术积淀，始终能紧紧抓住科技发展的脉搏，执着进取在污水处理与节能降耗科研领域的最前沿，在越来越广阔的平台上，引领着污水处理事业这艘“大船”在波澜壮阔的大潮中不断前进。

在污水处理科技界，有这样一支团队，他们情系祖国，遵循着污水处理科技创新的脉络，孜孜不倦地行走于科技创新与产业实践之间，研精覃思，溯往观来，将多学科的前沿技术融入到污水处理的过程控制和节能降耗研究之中，以不竭的创新精神沿着这一方向不断地向前发展。

这个污水处理过程控制团队依托于环境模拟与污染控制国家联合重点实验室。据团队负责人施汉昌介绍，从上个世纪90年代开始，他们污水处理控制工业团队，就建立了国内第一个污水处理过程模拟软件，可以说是积淀比较深，历史很长。而随着污水处理的发展，这个团队发展了多项新技术，并在全国几十座污水处理厂取得了很好的推广应用。

科技研发只有紧贴生产实践，才能彰显其价值。施汉昌介绍，团队研究的科学与工程技术问题都源于污水处理厂的实际需要，如今，他们针对新的挑战，不断地创新思路，将最新的监测技术、新材料技术、新的计算机信息技术等运用到传统的污水处理上来，尤其是最近这些年来，所取得的成绩和社会效益是有目共睹的。

（一）典型研究技术成果

我国运行污水处理厂大都以简单的反馈控制来实现对复杂处理过程的运行控制，导致现有的一些污水处理厂均存在运行效果不良的情况。而一些较先进的技术难以在目前污水处理厂运行过程中得以实现，运行效率低下。

该研究团队提出了基于动态进水负荷的动态数学模拟，建立以进水负荷前馈补偿多回路串级反馈曝气控制为核心的多参数控制系统。控制系统以进水负荷前馈补偿-多回路串级反馈控制为特点，通过对曝气量的优化控制，保证了厌氧-缺氧-好氧段的最佳氧化还原状态，实现了同步硝化反硝化。在保证出水达到排放标准的前提下大幅度降低了污水处理的能耗达5%以上（0.08～0.12kWh/m3），降低化学除磷的药耗达20%以上。

1. AAO工艺曝气过程的优化控制策略与系统研究

曝气控制系统的精准程度，特别是增加了前馈控制后，在很大程度上要取决于对污水生物反应动力学过程的可靠模拟。在生物处理工艺中，由于入水水质波动等干扰，DO在时间和空间分布是不稳定的，而且其动力学特性是非线性的。为了克服前馈控制策略带来的不确定性，考虑到工程实践的可行性，研究团队提出了如图1所示的控制策略。

图2为污水处理工艺的曝气控制系统界面。控制界面包括三种控制模式：负荷前馈控制、溶解氧定值反馈和空气量定值反馈等。操作工人可以选择不同的控制回路和策略，然后根据工艺条件设定需要的目标参数。目前最常用的方式是根据工艺运行情况，设定溶解氧浓度的目标值。曝气控制系统可以很好地将溶解氧的波动控制在0.5 mg/L以内，以实现良好的控制效果。在保证出水达到排放标准的前提下降低了污水处理的能耗达5%以上。

2.AAO工艺除磷加药过程的优化控制策略与系统

根据AAO工艺常用的同步除磷和后置除磷工艺，设计了化学除磷的动态控制系统，如图3所示。化学除磷的动态控制系统由在线仪表、加药设备、控制软件及通讯设备等组成，系统采用前馈控制与反馈控制相结合的方法，根据进水流量、生化池加药前正磷浓度和出水总磷浓度计算合理的加药量，控制加药泵的运行。

化学除磷过程控制技术主要包括两部分：测定进水流量Q、生化段出水磷酸盐浓度P1，前馈控制前置加药泵的流量；测定反硝化滤池出水磷酸盐浓度P2，反馈控制后置加药泵的流量。以上内容分别对应两套除磷控制系统，均包括采样监测设备、数据采集与控制、控制信号输出与执行系统等。

3.AAO工艺全流程优化控制技术与系统

研究团队在分析典型单元运行功能和识别单元可控设备及变量的基础上，从全流程优化运行角度，分析单元间运行相关性，进而以稳定达标运行和节能降耗为目标，构建城市污水处理厂全流程多参数控制模型及在线数据处理系统。在策略和算法研究和模拟的基础上，给出这套系统应用推广到其他污水处理厂的集成方案，并通过控制系统软件设计，并辅助以硬件匹配设计，极大的提高其推广应用的实际可操作性，方案集成及应用流程见图4。

（二）工程示范与产业化

1.芦村污水处理厂工程示范

研究成果在无锡芦村污水处理厂四期工程进行脱氮优化技术和智能化学除磷控制技术的实际应用示范，提出了适合无锡地区污水水质特点的总氮达标排放技术，建立了基于进水动态变化的智能曝气控制系统，为该地区城市污水处理厂一级A稳定达标提供了技术指导。项目针对环太湖污水处理厂水质波动大、冬季运行出水水质差的特点，优化辅助化学除磷工艺技术，建立辅助化学除磷智能动态控制系统，为苏锡常以及太湖流域的污水处理厂实现一级A达标排放提供技术支撑。项目依托无锡市芦村污水处理厂，围绕提高生物脱氮效率和一级A标准，完成了四期新建工程（10万吨/天）前期的技术研发、设计与总体集成以及示范跟踪和运行优化。项目在无锡芦村污水处理厂建立示范工程，通过实际工程与现场试验相结合，将研究内容应用于实际，为污水厂实现稳定的一级A达标排放的同时节能降耗提供技术支撑，为全国污水处理厂升级改造提供良好的应用示范，扩大了研究成果的影响力。

在芦村污水处理厂四期工程实施了协同化学除磷动态控制技术的示范工程。在示范工程实施过程中，首先基于化学除磷工艺的运行状况，更新在线仪表设备的配置，建立了化学除磷的控制模型和算法，并在中控室集成了化学除磷的控制程序，最后在10万m3/d的生产线上进行了验证试验。试验结果表明，基于“前馈-反馈”相结合的化学除磷动态控制技术可实现出水一级A的稳定达标，并能使出水TP浓度维持在合理的浓度范围内；动态控制技术还能最大限度降低投药量和药剂对系统生物反应过程影响，药剂投加量减少20%以上，大大降低了化学除磷的运行成本。本研究成果国内首次实现基于进水负荷变化前馈与好氧池末端磷浓度在线监测的反馈的联合优化控制。

2. 小红门污水处理厂工程示范

小红门污水处理厂采用AAO工艺，设计处理污水能力60万m3/d，生物反应池分为4个系列，每系列处理规模15×104m3/d，4座池可各自独立运行。

小红门污水处理厂实施全流程控制系统，采用了进水负荷前馈-溶解氧浓度反馈的曝气控制技术。对比控制前后一段的溶解氧浓度逐分钟变化曲线（图5所示），可以发现溶解氧浓度存在很大差异。经测算该曝气池的供气量比控制之前减少15%～20%，在全厂实施该控制模式，并对鼓风机的运行状况进行优化，可以实现全厂耗电量减少8%～10%的效果。

“潮平两岸阔，风正一帆悬”——春潮涌涨，江水浩渺，污水处理正待英才迸发；潮平岸阔，恢弘广袤，直挂云帆竞豪迈！