十二五期间，由无锡市排水有限公司牵头、清华大学等作为技术支持单位的“污水处理系统区域优化运行及城市面源削减技术研究与示范”课题，以削减环太湖流域水网地区城市群水污染总负荷为核心，从城市区域层面出发，开展污水处理优化运行、污水管网运行维护与高效管理、城市面源污染负荷评估方法与综合控制技术等研究。通过技术研发、集成创新和综合示范，在区域管理和调控层面，实现污水处理节能降耗、管网优化运行及厂网联合调度，建立城市面源综合评估及控制技术体系，有力地促进城市区域水环境质量的改善。研究成果为工程示范点无锡市创建“城市水环境改善和饮用水安全保障”示范城市提供了重要的技术支撑，为城市区域水体的污染控制和水环境保护提供系统的技术支持和治理模式。
太湖流域是我国经济最为发达的地区之一，人口与经济对环境的压力很大。“十一五”期间，无锡地区完成了城镇污水处理厂的全面升级改造，出水可以达到一级A排放标准，“提标改造”和“控源截污”等工作取得了明显成效。但是，无锡地区仍然面临着发展新阶段出现的污水处理厂节能降耗、排水管网优化运行和城市河网水质保持等实际需求，亟须以城市排水管网和污水处理厂的区域性运行技术为重点，建立和完善城市污水收集、输送、处理和排放的科技开发综合平台，并开展相关的工程示范和技术推广。
本课题通过关键技术突破、集成创新和综合示范，开发了“MBR工艺优化运行控制技术”等6类城市区域水体污染控制关键技术、“污水处理工艺优化运行控制器”等4类关键设备、“污水管网——污水处理厂”联合运行与调度系统等 3套应用软件，完成了“太湖流域城镇污水处理厂一级A稳定达标工艺技术指南”等3项指南的编制，建设了梅村Ⅲ期MBR优化运行示范工程等7项示范工程，发表论文40余篇，申请专利15项，获得软件著作权5项。通过城市排水技术的集成与创新，提高了无锡地区排水基础设施的区域管理和宏观调控能力，有力促进城市区域水环境的保持和改善。为“环太湖河网地区城市水环境整治技术研究与综合示范”项目总体目标的实现提供了技术支撑和示范。
成果一：MBR工艺节能降耗与优化运行技术
针对现有MBR工艺运行能耗偏高等问题，通过现场调查和监测，识别出膜池曝气和生化曝气为节能降耗的关键，研发出脉冲曝气（图1）等膜池曝气控制技术、“氨氮——DO二阶反馈”的生化池曝气控制技术、膜污染清洗技术等，实现了MBR稳定运行基础上的节能降耗。成果分别在无锡梅村污水厂和城北污水厂得到应用，建成示范工程2座，规模均为5万m3/d，稳定运行半年以上，出水水质均稳定地达到一级A排放标准，能耗相比示范前分别降低20.3%和15.6%。
图1 MBR示范工程中膜池脉冲曝气系统和控制原理
成果二：氧化沟优化运行与节能降耗自控系统技术
通过模型模拟优化、控制策略设计、硬件系统开发、上下位机集成等工作，研发了氧化沟工艺优化运行控制系统（图2），包括转碟曝气、碳源投加以及除磷加药等单元控制环节，采用“前馈补偿——反馈控制”控制思想，可以根据进水负荷的变化动态调整工艺运行参数。成果在城北污水厂得到应用，建立Orbal氧化沟工艺节能降耗示范工程1项，规模5万m3/d，出水水质达到一级A，能耗与优化运行前相比降低10.8%。
成果三：太湖流域一级A稳定达标的工艺过程诊断与对策技术以太湖流域已建成典型一级A排放标准城镇污水处理厂为主要研究对象，构建了城镇污水处理系统运行效能评估诊断策略及实施方案（图 3），完成了太湖流域城镇污水处理厂工艺运行效能分析报告，提出具有针对性的一级A稳定达标工艺技术路线、对策技术、工程技术方案和运行控制方案，形成工艺技术指南，为太湖流域一级A排放标准污水处理厂的出水一级A稳定达标提供技术支持。
图2 Orbal氧化沟示范工程的系统控制界面