韓紅桂：給污水廠配備水質(zhì)“體檢專家”

在線實(shí)時(shí)檢測污水處理出水水質(zhì)，毫秒級精準(zhǔn)計(jì)算各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，突破性提升污水檢測智能化水平……2月15日，在北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，該院教授韓紅桂向科技日報(bào)記者介紹了團(tuán)隊(duì)研發(fā)的出水水質(zhì)智能特征檢測技術(shù)。有了這項(xiàng)技術(shù)，污水處理廠相當(dāng)于“請”了一位24小時(shí)在線的水質(zhì)“體檢專家”。

自2005年讀研起，韓紅桂便專注于人工智能技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用研究。20年來，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)持續(xù)開展技術(shù)創(chuàng)新，將技術(shù)應(yīng)用于城市污水處理系統(tǒng)，相關(guān)成果在我國多個(gè)城市的污水處理廠落地。

前不久，韓紅桂獲得第十八屆中國青年科技獎(jiǎng)。

出水水質(zhì)是衡量城市污水處理效果的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到水資源的可持續(xù)利用。在線檢測出水水質(zhì)是長期困擾學(xué)術(shù)界的難題。

“當(dāng)時(shí)，國內(nèi)在線檢測出水水質(zhì)的儀器、技術(shù)都不成熟。國外雖然有相關(guān)設(shè)備，但價(jià)格昂貴。”韓紅桂說，為了研究，團(tuán)隊(duì)從國外買了一臺相關(guān)儀器，但由于未掌握核心技術(shù)裝置原理，他們難以對其進(jìn)行拆解分析。

最棘手的難題出在探頭上。

探頭是在線檢測出水水質(zhì)系統(tǒng)的核心技術(shù)裝置，用于采集并收集水質(zhì)相關(guān)信息。韓紅桂團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)國外檢測儀器采用封閉式設(shè)計(jì)，無法替換維修，核心技術(shù)參數(shù)也被國外廠商嚴(yán)格封鎖。

“必須研制出自己的探頭。”韓紅桂決定不再采用國外技術(shù)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從零開始自主研制。

研究比韓紅桂預(yù)想的要艱難。查文獻(xiàn)、“啃”資料、定方案、做實(shí)驗(yàn)，這些成了韓紅桂的“家常便飯”。歷經(jīng)5年的日夜奮戰(zhàn)，韓紅桂帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在探頭裝置方面實(shí)現(xiàn)了自主突破。

然而，在實(shí)際應(yīng)用中，韓紅桂發(fā)現(xiàn)，雖然探頭在出水水質(zhì)檢測精度上已經(jīng)達(dá)到較高水平，但由于原始信息捕捉能力不足，實(shí)際應(yīng)用范圍仍受限。

“于是，我們想到了一種辦法，由用探頭捕獲電信號改為捕獲光信號。當(dāng)時(shí)，誰也不知道這個(gè)方案是否可行，大家只能摸著石頭過河。”韓紅桂回憶。功夫不負(fù)有心人，耗時(shí)10余年，團(tuán)隊(duì)最終解決了探頭的普適性問題。

探頭難題的解決為實(shí)時(shí)檢測出水水質(zhì)打下了基礎(chǔ)，推動團(tuán)隊(duì)研制出水水質(zhì)智能特征檢測技術(shù)。經(jīng)過數(shù)次迭代更新，該技術(shù)的檢測速度已經(jīng)達(dá)到毫秒級。相關(guān)成果目前已經(jīng)應(yīng)用在全國多個(gè)城市的污水處理廠。

讓城市污水處理更智能，是韓紅桂團(tuán)隊(duì)的另一個(gè)目標(biāo)。

污水處理是一個(gè)極為復(fù)雜的工業(yè)過程。入水流量、水質(zhì)及各類污染物含量時(shí)刻處于動態(tài)變化之中，使得整個(gè)污水處理過程始終伴隨著不確定性。因此，污水控制方法必須根據(jù)污水的實(shí)時(shí)變化進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

10多年前，國外的污水處理控制技術(shù)已經(jīng)相對成熟，但技術(shù)引進(jìn)到國內(nèi)后，卻面臨難以適應(yīng)本土水質(zhì)的問題。

“不僅如此，國外設(shè)備的后期維護(hù)費(fèi)用很高。”韓紅桂說，他和團(tuán)隊(duì)決定自主研發(fā)智能特征檢測與協(xié)同優(yōu)化控制系統(tǒng)，解決城市污水智能化處理問題。

此后，白天韓紅桂帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)前往污水處理廠，在散發(fā)惡臭的生化反應(yīng)池布設(shè)傳感器、采集數(shù)據(jù)。晚上回到實(shí)驗(yàn)室，他們分析污水處理過程，建立模型，設(shè)計(jì)算法。

“僅積累數(shù)據(jù)一項(xiàng)工作，我們就用了5年時(shí)間。”韓紅桂坦言，工作辛苦不算什么，讓他揪心的是技術(shù)穩(wěn)定性問題。“設(shè)備在技術(shù)測試時(shí)明明沒有問題，但應(yīng)用到水廠后就會報(bào)錯(cuò)。”

一遍又一遍，摳細(xì)節(jié)、調(diào)參數(shù)、分析數(shù)據(jù)，韓紅桂沒有氣餒。在團(tuán)隊(duì)成員的共同努力下，智能特征檢測與協(xié)同優(yōu)化控制系統(tǒng)的研發(fā)取得重要突破。

如今，這套控制系統(tǒng)更加智能。只需簡單操作，系統(tǒng)就可以自行分析數(shù)據(jù)、調(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

目前，這套系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于17個(gè)省（市）的污水處理廠，顯著提高了我國城市污水處理的智能化水平，使噸水處理電耗平均減少5%、藥耗降低10%。

盡管已經(jīng)取得諸多成果，但韓紅桂并未止步。如今，他又將目光瞄準(zhǔn)另一個(gè)環(huán)保難題——電子垃圾回收。

“環(huán)境保護(hù)只有起點(diǎn)，沒有終點(diǎn)。智慧環(huán)保領(lǐng)域的科技創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上。”韓紅桂說。

作為高校科技工作者，韓紅桂不僅是智慧環(huán)保領(lǐng)域的科研先鋒，還是學(xué)生學(xué)術(shù)成長的引路人。

10多年來，韓紅桂指導(dǎo)的多名博士生撰寫的論文獲評北京市級及以上優(yōu)秀博士學(xué)位論文，他本人則獲評北京市優(yōu)秀研究生指導(dǎo)教師等稱號。當(dāng)被問有何培育秘訣時(shí)，韓紅桂說：“我沒什么妙招，就是指導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、解決真問題。”

對韓紅桂而言，做一名好老師就是最幸福的事。“首先，我要做學(xué)生的‘大家長’，既要指導(dǎo)他們的學(xué)業(yè)，又要幫助他們解決實(shí)際問題。”他說。

研究生在入學(xué)第一年，韓紅桂就幫助他們開題。“盡早確定方向，可以使他們更加專注于科研工作。”他說。

身教重于言傳，是韓紅桂培養(yǎng)學(xué)生遵循的教育理念。每日清晨，韓紅桂總是最早來到實(shí)驗(yàn)室，夜深人靜時(shí)，他才離開。他說：“我希望學(xué)生遇到問題時(shí)，可以隨時(shí)找到我。”

韓紅桂常對學(xué)生們說，做研究要有一個(gè)好心態(tài)。“在科研過程中，我們肯定會遇到很多挫折，要學(xué)會做階段性總結(jié)，給自己正反饋。”韓紅桂說，“我們有時(shí)干一個(gè)月沒有任何收獲，有時(shí)得到的甚至是錯(cuò)誤的結(jié)論，但那也是一個(gè)正反饋，至少幫你排除了一個(gè)錯(cuò)誤選項(xiàng)。”

令韓紅桂感到欣慰的是，隨著越來越多的年輕人加入環(huán)保領(lǐng)域，他的團(tuán)隊(duì)日益壯大。“未來，我將帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)扎實(shí)做好科學(xué)研究，守護(hù)藍(lán)天白云、綠水青山。”韓紅桂說。

◎ 來源｜科技日報(bào)