水環境治理產業走進智能化時代

環境保護是我國的基本國策，是“兩會”期間政府工作報告的重要內容之一。水環境治理工作是國家與地方共同關注的熱點，而其中的智能化改造提升內容近年來也備受關注。水環境治理產業走進智能化時代是大勢所趨，而山西省污水處理行業在這方面的工作已經取得了初步成效，其中的核心是污水廠的智能化改造。污水處理行業的智能化歸屬于“水系統”的智能化或智慧化。積極推進污水、給水工程相關的市政基礎設施的智能化提升，使水處理專業順應行業發展的迫切需求，必將持續助力生態環境保護，提升綠色低碳發展水平。

" 一、水環境治理的智能化發展趨勢

" 1.水系統的智能化應用場景

水環境治理的智能化包括全方位、多領域的智能化工作場景，近年來集中體現在“水系統”智能化領域，主要包括城市供水系統、城市排水系統、再生水綜合利用系統。具體而言，涉及智慧水務、智能控制、模型應用、物聯網、信息技術、智能建筑給排水等場景。同時廣泛地與海綿城市、防洪排澇、水體應急、河道治理、人工濕地等生態環境工作相關聯。從水處理廠的角度而言，可以分為給水（自來水）凈化廠、污水處理廠、污水深度處理與回用設施等場合的智能化應用，既體現在水環境全系統的智能化，更體現在水處理廠設施與設備的智能化。在人工智能技術的快速發展推動下，以智慧水務為標志的水環境系統治理智能化已成為行業熱點。歷經十多年的發展，已由傳統的機械及自動化提升為現代數字化新階段。各類大數據、物聯網技術廣泛應用于其中。借助實時流體模型、機器算法解析，深入數據流挖掘提純，耦合實現智慧管理和決策。

" 2.污水處理廠的智能化

污水廠行業也面臨著智能化轉型。傳統污水廠的自動控制系統并未成為全廠的核心系統，很多專業人員仍然依賴于經驗與人工控制。良好的污水廠工藝智能化系統，既能保障設備穩定運行及污水達標排放，又可實現節能降耗與碳減排，符合國家大政方針，同時實現“利國、利民、利企”。污水處理的智能化應用主要體現在進水指標與環保排污指標的在線監測、污水處理設施的智能化運行控制、遠程監控與管理物聯網、遠程故障診斷與維護保養、污水處理工藝的實時優化。通過污水處理行業的科技創新，加強基礎研究和原始創新，突破污染物降解過程的關鍵核心技術，能夠大幅度解決污水處理企業的技術疑難雜癥，推動傳統污水廠的轉型升級。

" 3.難點與困擾

水環境治理與污水處理廠是復雜的系統，涉及化學、物理、地理學、生態學等多種學科，關聯信息數據量龐大，其中的污染物成分、微生物群落結構、流體力學等因素復雜，急需開發新的監控、檢測儀器儀表，縮短檢測時間，提高檢測靈敏度。為機器學習提供維度豐富、表征準確的數據庫。在機器學習應用中，需克服單一算法模型的先天性缺陷，找到適應具體污水處理工藝的精準算法，支持耦合多重模型聯合使用或混合計算。需避免各地、各省市污水廠獨自戰斗的局面，積極推進大數據聯網共享，急需建設統攬全國或全省的水環境大數據平臺，為智能化計算提供充足、可靠的數據庫支撐。

" 二、企業技術創新與高校科研引領

山西青舟環境科技有限公司是國內知名的環保科技企業，多年來致力于水環境治理產業落地與技術研發，獲得了二十余項發明專利，將智能化技術在環保工程中實施應用，所生產的智能化水處理裝備已在國內多個省市的施工現場得到成功應用。青舟產品與工藝包主要包括Bluark-View全流程周期智慧管控平臺及單體裝備、水處理單元現場運行機器人（Bluark-Ww系統）及其子系統、生化反應過程邏輯控制器、精準曝氣與藥劑控制、全廠無人值守系統等產品。在市政水系統管網領域，研發成功了智慧水務監控與水質保障模塊、廠網一體化遠程安全監控智慧模塊、雨污分流與河道污染監管智慧模塊。

中南大學、太原理工大學的青年科技工作者積極與企業開展橫向合作研究，致力于污水廠智慧管理，實現污水處理廠無人值守智能化優質運行；單元工藝智能控制，實現單元水處理工藝的自動智能化運轉。所獲得的“機器自主學習型污水廠”技術成果，能夠實現水質預測與前饋、故障診斷與智能修復、全廠系統智能控制三項功能，實現無人值守、節能降耗、綠色減碳三重目標。實施污水廠運行過程生物化學指標的梯級控制，實現主變量（DO、pH）、輔助變量（ORP、DOUR、ALK、MLSS）、邊界變量（COD、NH3-N、TN、TP）三階梯變量分級控制。通過自主研發的蜂群分散式曝氣機、BP神經網絡前饋優化-PID反饋集成自動加藥系統、立體精準脫氮除磷智能化系統，實現污水廠的快速穩定無人化運行。

" 三、結語

人工智能正在為中國經濟發展賦能，也必將為環保產業賦予巨大的發展機遇。水環境治理產業與智能化技術存在廣泛的耦合空間，而且具有很好的政策優勢。污水處理智能化產業符合山西省優先發展的高新技術產業，污水處理智能化裝備研發制造屬于先進裝備制造，也屬于節能技術、環保材料領域。當水環境治理產業遇見人工智能，必將迸發出靚麗的火花，融入智能化新時代。

（作者單位：中南大學機電工程學院）