如何让污水处理更智慧？埃睿迪用深度神经网络建立智慧曝气模型

　　污水处理中常用的一种处理方法就是曝气，通过曝气将空气中的氧溶解于水中，将水中的气体和挥发性物质释放到空气中，促进气体与液体间进行物质交换。为好氧池微生物创造适宜的生存环境，加快水体有机污染物降解速率。曝气工艺具备高效益低投资的优势，但在实际运行中，曝气系统由于鼓风器等设备大多为能耗大户，其电耗占了污水处理厂60%的运行费用。

　　大部分传统污水处理厂对曝气控制的精确程度较低，采用曝气控制技术主要有：手动控制鼓风机启停和调节阀门调节风量；不同时间段的曝气量控制（经验法）；恒溶解氧（DO）控制等。但这些传统的曝气方式大多依靠工人凭经验手动控制，如果曝气量不足，会导致工艺运行恶化，出水水质排放超标；若曝气量过多，会导致高能耗，造成运行成本增加。

　　随着在线监测仪表及相关设备的成本降低和性能不断提高，针对传统曝气模式的不足，行业内智慧水务的软硬件公司提出对曝气量进行精确控制的设想。提前判断好氧池所需的曝气量，并将在线仪表、阀门和鼓风机控制集成到一个智能化的控制系统当中，通过动态优化调整供气量，尽可能的做到按需供气，以求达到稳定污水厂出水水质和节能的目的。当前智慧水务较为精准的曝气控制技术主要有两种：“前馈+模型+反馈” 的多因子智慧曝气控制方式和“反馈调节+高品质控制硬件”的恒DO曝气控制方式。

　　埃睿迪在进行污水处理厂的工艺优化项目工作中，基于优越的硬件能力和行业机理模型优势，在保障生化工艺稳定运行及水质达标的环保合规要求前提下，建立“输入-响应-调控”的小闭环控制体系，利用智能感知设备采集进水负荷、生化池出水氨氮等工艺数据，并建立信号反馈控制模型，基于机理模型实现工艺参数的实时计算，通过InsightsX智能设备控制鼓风机的风量调整。在对污水处理厂进行曝气精确分配与控制系统的优化和改造后，使活性污泥与有机污染物质充分接触，并满足污泥中微生物增长及分解有机污染物的氧气需求。埃睿迪在项目的实践中，相关污水处理厂均实现出水水质稳定，出水指标满足排放标准要求；实现精准控制曝气，节电10%以上；生化池出水溶解氧均值降低30%以上。

　　目前主流的精准曝气系统主要依赖于模型的精准性，在实践中，虽然取得了巨大的改进，但由于活性污泥中存在的微生物种类繁多，建立精准机理模型的困难极大，精准曝气仍然存在曝气效果不精准、成本造价较高等局限性。埃睿迪在污水工艺优化的工作中不断追求环保与效率的极致，通过深入研究谷歌提出的基于深度神经网络（DNN）的新算法。将人工智能和边缘计算进行结合，在埃睿迪硬科技公司研发的Insights x1000边缘计算硬件平台上增加嵌入式人工智能学习框架和引擎的方式，将原来的固化模型的精准曝气技术方案，升级为可自学习、自适应的动态智慧曝气模型方案。

　　通过深度神经网络技术，可不建立完整的微生物机理模型，而利用沉淀的工艺参数和水质、设备等水务大数据，实现“一厂一模型”的智慧模型。针对模型进行优化后，模型可使用在具备GPU、CPU等算力的边缘设备中。并可基于边缘计算设备，动态的部署到智能化设备中，当水质、设备等参数发生变化时间，可以自动调整模型和算法。该方案还在不断优化和进化之中，同时由于其端云一体、软硬一体的新技术架构特征，使得其模型算法具备了自我进化、自我提升的能力，是智慧曝气的未来重要方向。

　　智慧曝气的应用，首先降低了人工运维和调整的工作量，并减少碳源投放量，进一步降低能耗。同时保证了污水处理厂的稳定达标排放。埃睿迪在“污水大脑”的整体方案中，实现“输入-响应-优化-调控”的完整闭环控制体系，不仅提供预警及异常的解决，而且提供“智慧曝气”、“智慧加药”等工艺优化建议与自动化控制。整体方案可满足无人或者少人的值守与运维，大幅度降低人工和能耗投入，且提升工艺稳定和抗风险能力。实现“避险合规、降本增效”的建设目标。AI模型的通用性、扩展性较强，埃睿迪将相应模型与技术进一步应用在爆管预警模型、降水淹没模型、城市排水预测模型等方面，推动埃睿迪的智慧能力、硬科技能力与水务、水利数智化工作进行结合与转换，在与多个省、市水务、水利单位展开合作，实现行业绿色低碳的高质量发展。

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