DYC-R001 污水处理厂智慧运行平台(精准曝气、精准加药、数字孪生-AI学习-算法模型)

一.技术指标

1.处理水量：30L/h。

2.工作电源：电压AC220V±10%、50Hz，单相三线制，功率≤400w；安全保护：具有接地保护、漏电保护、过流保护。

3.电源线及控制线安装：环保阻燃电气配线槽，绝缘、防弧、阻燃自熄，布线整齐，尺寸30*30mm。

4.池体及配件标识牌（拉丝银板），管路性质和水流箭头标识，便于学生了解设备。

5.304不锈钢台面、不锈钢框架实验台（30*30mm不锈钢方管、配脚轮均为万向轮带禁锢脚）。

6.装置外形尺寸：3500mm×600mm×1500mm。

二.主要配置及参数

1.原水箱1个：PE材质，容积1.5m3；配套原水输送泵1台，流量10-100L/h；COD传感器1套，远传，0-1000mg/L；氨氮传感器1套，远传，0-100mg/L，硝氮传感器1套，远传，0-100mg/L。

2.A2/O生化单元：

（1）厌氧池1套（加固）：亚克力材质，有效容积30L；配套搅拌装置1套，调速电机、不锈钢搅拌桨。

（2）缺氧池1套（加固）：亚克力材质，有效容积120L；配套搅拌装置1批，调速电机、不锈钢搅拌桨；ORP传感器1支，远传，-1500～+1500mV。

（3）好氧池1套（加固）：亚克力材质，有效容积170L；曝气装置1套，微孔曝气管路一批；DO传感器1只，远传，0-20mg/L；MLSS传感器1只，远传，0-20000mg/L。

（4）沉淀池1套：有机玻璃材质，有效容积50L。

3. 混合液回流系统1套（好氧→缺氧）：混合液回流泵1台，流量20-100L/h；回流管路一批。

4. 污泥回流系统1套（沉淀池→厌氧）：污泥回流泵1台，流量10-50L/h；回流管路一批。

5. 加药系统1套：PE营养剂加药（碳源补充）罐1只，计量泵1台，流量1-100ml/h。

6. 清水箱1个：PE材质，容积1.5m3；COD传感器1套，远传，0-1000mg/L；氨氮传感器1套，远传，0-100mg/L，硝氮传感器1套，远传，0-100mg/L。

7. 排泥系统1套：排泥泵1台，流量0.1-10L/h；排泥管路一批。

8. 污泥箱1个：PE材质，容积200L。

9. PLC控制系统：模拟量输入、模拟量输出、通讯模块、电源模块、数据储存模块。电箱1个。数据采集：实时采集所有传感器数据。安全保护：配备紧急停止按钮，电机过载、短路保护，保障设备安全运行。

10.       数字孪生软件系统：采用三维BIM建模，建模精度达LOD300，1:1等比例还原AAO工艺小型实验设备全部核心部件，包括厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池及加药、水泵等设备，构件关联详细属性与教学知识点。软件可精准仿真AAO全流程运行，支持进水流量、DO、MLSS等核心参数调节，内置异常工况模拟功能，适配教学演示与故障排查实训。同时具备知识点关联、虚拟操作、数据记录导出等教学辅助功能，运行稳定、操作便捷，可满足教师演示、学生自主实训及考核需求，实现虚实结合的教学效果。

11.       精准曝气控制系统1套和精准加药控制系统1套。

12. 污水处理AAO工艺算法模型：本算法模型采用机理模型与数据驱动方法融合的技术路线，构建污水处理过程的智能分析与优化机制。以活性污泥法为基础，结合 ASM（Activated Sludge Model）系列生化反应机理，对 COD（化学需氧量）、氨氮（NH₄⁺-N）、总氮（TN）的去除过程进行建模，涵盖有机物降解、硝化/反硝化及生物除磷等关键生化路径；同时引入 LSTM（长短期记忆网络）对历史运行数据进行时序建模，有效捕捉进水负荷波动与四项出水指标之间的动态响应关系。针对机理模型中难以在线标定的动力学参数（如异养菌产率、硝化最大比速率等），采用贝叶斯优化方法，结合实时水质监测数据进行动态校准，提升模型对实际工况的适应能力。基于该融合建模框架，系统重点围绕 COD、氨氮、总氮、总磷 四项出水指标的稳定达标，实现以下功能：

（1）动态运行参数优化：在确保出水 COD、氨氮、总氮、总磷 稳定达标的前提下，利用强化学习（RL）与工艺规则约束相结合的策略，对曝气量、内外回流比、碳源投加等关键操作变量进行实时调整，在满足四项核心水质指标排放要求的同时，降低不必要的能耗与药耗。

（2）多指标耦合仿真分析：支持对单一进水异常（如氨氮突增、碳源不足或高磷负荷）引发的系统响应进行仿真，评估其对 COD 去除率、氨氮硝化效率、总氮反硝化能力及总磷生物去除效果 的耦合影响，辅助运行人员预判四项出水指标的超标风险并提前干预。

（3）异常工况辅助诊断：通过 LSTM 模型学习正常工况下 COD、氨氮、总氮、总磷与运行参数之间的稳定映射关系，结合残差分析识别指标偏离行为，初步判断可能导致某项或多项出水指标异常的原因（如碳源不足引发总氮升高、溶解氧不足导致氨氮积累等），为运维决策提供参考。

（4）能效动态评估与管理：基于融合模型建立以 COD、氨氮、总氮、总磷 达标为约束条件的分单元、分时段能耗基准，结合实际电耗数据开展能效对标分析，在保障四项出水指标持续合格的前提下，识别高耗能环节，支撑精细化节能管理。

13. 高算力服务器：处理器：搭载第10代英特尔酷睿处理器，最高支持10核20线程运算能力；内存：配备DDR4内存，可扩展CPU和RAM选择；扩展插槽：提供最多3个PCIe/PCI插槽、1个M.2（B键）、1个mPCIe和2个2.5英寸SSD，支持灵活扩展各种外设和适配器。I/O接口：配备4个USB 3.2、2个USB 2.0、3个GigaLAN、2个RS-232/422/485和1个RS-232端口等，满足各种外设连接需求；环境适应性：温度范围：支持-20～50℃的宽温工作环境。防护等级：IP20防护等级，具备防尘防水功能。抗冲击振动：50G抗冲击能力，4Grms随机振动保护。

14. 阀门系统、管路系统、支架系统、电气系统各1批。

15. 辅助配件：液位计、污泥排放口、采样口等若干。