清(qing)華大學環境學院教授(shou) 施漢昌

以下內(nei)容根據嘉賓發言(yan)整理。

上個(ge)世紀70年代，國際(ji)上開始有人探討將ICA技(ji)術（儀表、控制與自(zi)動(dong)化）引入污水(shui)(shui)處(chu)理(li)領域。標志性的起(qi)點是1973年倫敦(dun)舉(ju)行的國際(ji)水(shui)(shui)協第一屆(jie)ICA技(ji)術會議(yi)，距今已50年。十年前，基(ji)于發展信息化和智慧城市的機(ji)遇，我國水(shui)(shui)務(wu)行業開始向(xiang)智慧化方向(xiang)發展。

2022年，中國首次舉辦ICA國際水(shui)協系(xi)列(lie)會議(yi)，涉及(ji)(ji)污(wu)水(shui)處理運行過程控(kong)制中的(de)(de)(de)(de)ICA、排水(shui)系(xi)統智能控(kong)制、基于智能檢(jian)測(ce)的(de)(de)(de)(de)軟傳(chuan)感器、用(yong)于資源(yuan)回(hui)收(shou)的(de)(de)(de)(de)ICA、溫室氣體減(jian)排的(de)(de)(de)(de)ICA、過程控(kong)制建模、數字孿生、人工智能在污(wu)水(shui)系(xi)統檢(jian)測(ce)和預測(ce)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)，以及(ji)(ji)新(xin)興污(wu)染物(wu)的(de)(de)(de)(de)監測(ce)與(yu)控(kong)制。

智(zhi)慧水(shui)務的(de)要素、目標和范疇

歐(ou)美國家用50年(nian)(nian)從儀器化、控制系統、自(zi)動化、信息(xi)化走向智能(neng)化。我國十年(nian)(nian)的發展雖(sui)有(you)后發優勢(shi)，但是(shi)也有(you)快的問題(ti)。下一步智慧水務的發展要(yao)更注重實用技術(shu)，使其(qi)產生(sheng)效益。

智(zhi)慧水務包括五個方(fang)(fang)(fang)面(mian)的要(yao)素、兩個方(fang)(fang)(fang)面(mian)的目標、四個方(fang)(fang)(fang)面(mian)的公(gong)共范疇，其基礎(chu)就是信息化和(he)智(zhi)能化。

水務不僅有污水處(chu)理(li)還(huan)有飲(yin)用(yong)水的供給，還(huan)須保(bao)證水生態環境的安全，并實(shi)施(shi)水資源(yuan)的合理(li)配(pei)置與利用(yong)。為了實(shi)現這兩個方面的目(mu)標，我(wo)們需要(yao)做什(shen)么呢？

水生態環境的安全保障

智慧水務(wu)平(ping)臺都(dou)給出(chu)了(le)從感知(zhi)層(ceng)(ceng)、管(guan)理層(ceng)(ceng)到智能應用層(ceng)(ceng)的大框架。既(ji)要(yao)建(jian)立流域立體(ti)(ti)監測網絡，又(you)要(yao)建(jian)立智慧水務(wu)決策支持系統，還要(yao)健全水環境公共信息平(ping)臺。

大方向(xiang)和(he)框架正確，但是存在短板，如檢測(ce)手段和(he)數(shu)據采集。全國(guo)的(de)國(guo)控站(zhan)(zhan)、省控站(zhan)(zhan)總(zong)量相較于整個流域來說相對稀疏。我(wo)國(guo)處在工(gong)(gong)業(ye)化(hua)平臺時期，污(wu)染(ran)源比處于后工(gong)(gong)業(ye)化(hua)時期的(de)歐美多。在這一方面，我(wo)國(guo)的(de)突破(po)將是基于光電(dian)的(de)小(xiao)(xiao)型低(di)(di)功(gong)(gong)耗傳感器(qi)(qi)。集成(cheng)(cheng)度(du)高才能(neng)小(xiao)(xiao)型化(hua)，小(xiao)(xiao)型化(hua)才能(neng)降低(di)(di)功(gong)(gong)耗和(he)藥(yao)劑(ji)(ji)消耗，從而(er)降低(di)(di)運(yun)(yun)行成(cheng)(cheng)本。目前我(wo)們的(de)研發可以做到利用(yong)風(feng)能(neng)、太(tai)陽能(neng)、甚至水波(bo)的(de)動能(neng)產生電(dian)能(neng)供(gong)給小(xiao)(xiao)型低(di)(di)功(gong)(gong)耗的(de)傳感器(qi)(qi)。現在很(hen)多監(jian)測(ce)站(zhan)(zhan)建成(cheng)(cheng)后運(yun)(yun)行費用(yong)壓力大，需要與少(shao)試劑(ji)(ji)或免試劑(ji)(ji)的(de)儀器(qi)(qi)和(he)定點站(zhan)(zhan)及移動巡檢監(jian)測(ce)相結合(he)，這是將來有(you)可能(neng)發展和(he)磨煉內功(gong)(gong)之(zhi)所在。

智慧的基礎(chu)是模型，是在水(shui)(shui)動力、水(shui)(shui)容量，反應過程機理研(yan)究的基礎(chu)上總(zong)結、提升到數學高度的表(biao)達(da)。我(wo)國很多(duo)計(ji)算是采用國外的模型和軟件，污水(shui)(shui)是ASM模型，管道是SWMM模型。我(wo)們以這些為(wei)基礎(chu)結合(he)實(shi)際情況來發(fa)展理論模型、經(jing)驗模型、以及人工智能的AI模型。

在水生態環境(jing)安全(quan)保障方面(mian)，檢測技術獲(huo)取信息(xi)和建立信息(xi)之(zhi)間的內(nei)在聯系也是我們需要補的短板。

水資源的合理配置與(yu)利用(yong) 

水(shui)(shui)的(de)循(xun)環(huan)(huan)要建(jian)立區域(yu)水(shui)(shui)環(huan)(huan)境的(de)水(shui)(shui)源(yuan)、雨水(shui)(shui)、再生水(shui)(shui)的(de)水(shui)(shui)量/水(shui)(shui)質(zhi)信(xin)息庫和生活、工業(ye)、農業(ye)、生態(tai)用(yong)水(shui)(shui)的(de)水(shui)(shui)量/水(shui)(shui)質(zhi)信(xin)息庫，兩(liang)個(ge)信(xin)息庫要能(neng)對得起來，才能(neng)做(zuo)合理調配。

完善分質(zhi)用(yong)水(shui)的(de)(de)供(gong)水(shui)系統，實(shi)(shi)現(xian)(xian)再(zai)生水(shui)就(jiu)近利用(yong)，構建水(shui)廠、管(guan)網、泵站、儲水(shui)池的(de)(de)聯合調度模型與合理配(pei)置系統。在供(gong)水(shui)方(fang)面，要(yao)加強對新污染物檢測和去除技術的(de)(de)研發。對居民用(yong)戶和工業的(de)(de)分質(zhi)供(gong)水(shui)，要(yao)精(jing)準運行，實(shi)(shi)現(xian)(xian)節能降耗減碳。

污(wu)水(shui)處理廠向資源能源中心的轉化

我(wo)國污(wu)水(shui)處(chu)理(li)廠(chang)在發展過程(cheng)中存在儀器(qi)化(hua)和(he)(he)自(zi)動(dong)化(hua)的(de)(de)短板。歐(ou)美污(wu)水(shui)處(chu)理(li)廠(chang)人員少，夜(ye)間可以無人值(zhi)守，需要設備的(de)(de)可靠性(xing)和(he)(he)系統的(de)(de)穩定性(xing)。我(wo)們的(de)(de)設備經常出問題，難以自(zi)動(dong)化(hua)運(yun)行和(he)(he)自(zi)動(dong)化(hua)檢測，必須(xu)從制度上避(bi)免單純低價競爭以保證質(zhi)量。

污水處(chu)理(li)(li)中(zhong)實(shi)現(xian)智能(neng)(neng)化(hua)，提高準確性、預測性，需(xu)要理(li)(li)論(lun)模(mo)型和AI技術的結合。我希望(wang)污水處(chu)理(li)(li)廠能(neng)(neng)夠部分或全(quan)部轉(zhuan)化(hua)成資源能(neng)(neng)源中(zhong)心。碳(tan)減(jian)排可(ke)以通過(guo)節能(neng)(neng)降耗，補上綠色(se)能(neng)(neng)源的間接排放和碳(tan)分離(li)，減(jian)少氧化(hua)、通過(guo)生物轉(zhuan)化(hua)成能(neng)(neng)源或者資源的直(zhi)接排放來實(shi)現(xian)。多地已(yi)經開始實(shi)踐。

工藝技術是(shi)否能(neng)實現前(qian)端碳(tan)(tan)源分(fen)離(li)，后(hou)端資源回(hui)收？在分(fen)離(li)環節(jie)，超(chao)細(xi)格柵(zha)+膜可把前(qian)端的碳(tan)(tan)盡可能(neng)的分(fen)出去變(bian)成(cheng)低碳(tan)(tan)污水，后(hou)續通過吸附回(hui)收磷(lin)，短程(cheng)或厭(yan)氧(yang)氨氧(yang)化(hua)技術脫(tuo)氮。從厭(yan)氧(yang)的角度，前(qian)面(mian)(mian)截留的碳(tan)(tan)源可產沼氣(qi)作(zuo)為能(neng)源回(hui)用(yong)，但是(shi)根據住(zhu)建部的評估，十萬噸以(yi)下做沼氣(qi)并不經(jing)濟(ji)，前(qian)端碳(tan)(tan)節(jie)流好并不能(neng)突破后(hou)端沼氣(qi)全(quan)面(mian)(mian)利用(yong)的瓶(ping)頸(jing)。

如果能(neng)夠(gou)通過加強水(shui)解產(chan)生高價值的(de)碳源(yuan)利用，可解決我國糧(liang)食資(zi)源(yuan)緊缺(que)的(de)問題(ti)。2021年我國糧(liang)食總量為8.5億(yi)(yi)噸，其中進(jin)口1.6億(yi)(yi)噸。我國工(gong)業用碳源(yuan)用糧(liang)占比達16%（約1.4億(yi)(yi)噸）。如果污水(shui)中的(de)碳源(yuan)能(neng)夠(gou)收集起來通過水(shui)解變成(cheng)有用的(de)工(gong)業碳源(yuan)，可作(zuo)為工(gong)業原料產(chan)出。

技術的(de)瓶頸(jing)是高(gao)效水解微生物種群。將(jiang)來可(ke)能通過合成生物學突破瓶頸(jing)，將(jiang)污水處理廠轉變(bian)成資源中心，將(jiang)減(jian)輕國家進口糧食(shi)的(de)壓力，具有戰略意義。

儀(yi)器化(hua)和(he)智能(neng)化(hua)技(ji)術需求(qiu)廣(guang)泛，如污水處理(li)廠的加藥系(xi)統(tong)，需要機理(li)模型(xing)、原理(li)模型(xing)、工(gong)程模型(xing)和(he)AI結合，復雜(za)的工(gong)藝更需要精準控制(zhi)。從(cong)發展來講，水務行業要以實(shi)現(xian)系(xi)統(tong)化(hua)、增進實(shi)效(xiao)為重點，推(tui)進信(xin)息化(hua)、智能(neng)化(hua)是大趨勢。

從頂層對總體研(yan)發做(zuo)好規(gui)劃需要(yao)五年到十年的(de)時(shi)間。太(tai)遠對于(yu)企業不太(tai)現實，太(tai)短又(you)很(hen)難做(zuo)出好的(de)自主(zhu)技術(shu)。很(hen)多技術(shu)要(yao)從應用基(ji)礎(chu)做(zuo)起，結(jie)合工程，利用北控(kong)水務與多家研(yan)究院校合作的(de)基(ji)礎(chu)，企校分工合作，將基(ji)礎(chu)研(yan)究放(fang)到學校或研(yan)究單(dan)位，在企業做(zuo)工程化研(yan)發和(he)轉(zhuan)化，研(yan)發出企業真(zhen)正(zheng)能(neng)用的(de)高(gao)水平裝備(bei)和(he)技術(shu)。

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