基于控制系統(tǒng)的工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理及優(yōu)化

趙純真

（安徽東晟環(huán)保科技集團(tuán)有限公司 安徽合肥 230000）

引言

工業(yè)園區(qū)是國(guó)家或地區(qū)根據(jù)實(shí)際發(fā)展需要，利用行政手段劃出一塊區(qū)域，聚集各種生產(chǎn)要素，科學(xué)整合一定空間范圍內(nèi)的各種要素，提升工業(yè)集約強(qiáng)度，優(yōu)化園區(qū)功能布局，突出產(chǎn)業(yè)特色，以滿足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)及產(chǎn)業(yè)升級(jí)需要。工業(yè)園區(qū)發(fā)展模式，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也帶來(lái)了諸多問(wèn)題。其中，突出問(wèn)題是工業(yè)園區(qū)水環(huán)境問(wèn)題，逐漸成為當(dāng)?shù)厮廴镜闹貫?zāi)區(qū)。

1 控制論的相關(guān)論述

1.1 控制論

20 世紀(jì)40 年代后期，諾伯特·維納出版了《控制論——關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)》，自此，“控制論”的思想和方法滲透至自然與社會(huì)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域?？刂普摮蔀檠芯縿?dòng)態(tài)系統(tǒng)變化環(huán)境下保持平衡或穩(wěn)定狀態(tài)的科學(xué)?？刂普摰木唧w內(nèi)容主要包括四個(gè)方面：最優(yōu)控制理論。即，在各種復(fù)雜控制系統(tǒng)中，利用科學(xué)、數(shù)學(xué)方法等解決大系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化。模糊理論。常用以在復(fù)雜系統(tǒng)中解決不確定型的問(wèn)題。大系統(tǒng)理論[1]。以功能綜合、繁多因素、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等工程或非工程大系統(tǒng)自動(dòng)化為研究對(duì)象，是大系統(tǒng)最優(yōu)化?？刂普撓到y(tǒng)有四大特征：預(yù)定的平衡或穩(wěn)定狀態(tài)；外部環(huán)境到系統(tǒng)內(nèi)部的信息傳遞；過(guò)程性；動(dòng)態(tài)統(tǒng)一性。

1.2 反饋控制

反饋控制則是指某一任務(wù)或行動(dòng)完成結(jié)束后，將獲得的實(shí)際結(jié)果進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果以影響下一步任務(wù)或行動(dòng)，從而起到較好的控制作用。反饋控制具有諸多優(yōu)勢(shì)，能夠根據(jù)對(duì)偏差的控制，從而有效解決內(nèi)外擾動(dòng)對(duì)被控量產(chǎn)生的影響，即，根據(jù)以往的操作達(dá)到調(diào)整未來(lái)行為的效果。

1.3 前饋控制

顧名思義，就是利用收集整理信息、觀察實(shí)時(shí)情況、把握特征規(guī)律、預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)將來(lái)可能發(fā)生的各種問(wèn)題，從而采取相應(yīng)的對(duì)策措施，提前將可能出現(xiàn)的偏差消除在萌芽狀態(tài)，對(duì)未來(lái)不同發(fā)展階段問(wèn)題提前事先采取措施予以應(yīng)對(duì)。

2 工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理現(xiàn)狀

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，“十四五”時(shí)期，我國(guó)所面臨的水環(huán)境污染問(wèn)題依然嚴(yán)峻復(fù)雜，過(guò)度開發(fā)流域水資源、嚴(yán)重失衡的水生態(tài)環(huán)境，以及水質(zhì)性水資源缺乏與水量性水資源缺乏問(wèn)題并存，整體來(lái)看，水環(huán)境污染問(wèn)題呈現(xiàn)出流域性復(fù)合發(fā)展態(tài)勢(shì)。工業(yè)園區(qū)作為國(guó)家或地區(qū)各要素相對(duì)集中的工業(yè)產(chǎn)業(yè)，水環(huán)境管理成為影響其可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。通過(guò)“三線一單”政策的落實(shí)，掌握工業(yè)園區(qū)流域水環(huán)境承載力范圍內(nèi)重點(diǎn)水環(huán)境污染治理、園區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)果和園區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的優(yōu)化布局，有利于工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理質(zhì)量和效果[2]。

2.1 工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理協(xié)調(diào)機(jī)制不完善

眾所周知，工業(yè)園區(qū)作為各種工業(yè)集中區(qū)，園區(qū)內(nèi)涉及到的工業(yè)企業(yè)類型眾多，廢水預(yù)處理、污水管網(wǎng)輸送，以及園區(qū)污水集中處理的環(huán)節(jié)等，涉及到多部門、多環(huán)節(jié)的權(quán)責(zé)交叉。例如，工業(yè)園區(qū)的污水管網(wǎng)主要由工業(yè)園區(qū)所在的市政部門具體負(fù)責(zé)建設(shè)、運(yùn)行及管理，而工業(yè)園區(qū)內(nèi)的企業(yè)納管則由市政部門具體負(fù)責(zé)審批管理，園區(qū)污水集中處理廠所收集到的污水及企業(yè)預(yù)處理排放設(shè)施由園區(qū)所在區(qū)域的生態(tài)環(huán)境主管部門負(fù)責(zé)監(jiān)管。多部門、多環(huán)節(jié)權(quán)責(zé)交叉，影響了部門間溝通協(xié)調(diào)效率，極易產(chǎn)生監(jiān)管缺陷。

2.2 工業(yè)園區(qū)水環(huán)境精細(xì)化管理水平不高

工業(yè)園區(qū)污水管理粗放的現(xiàn)象不同程度存在，例如，工業(yè)園區(qū)對(duì)園區(qū)內(nèi)的企業(yè)污水預(yù)處理情況、污水管網(wǎng)的日常維護(hù)等掌握不全面，更是對(duì)涉及企業(yè)污水排放的種類、數(shù)量、去向，以及執(zhí)行納管的排放標(biāo)準(zhǔn)、污水集中處理設(shè)施處理的相關(guān)工藝措施，園區(qū)內(nèi)的污水類型處理與處理工藝是否存在匹配等等，掌握不全面，精細(xì)化管理水平不高。一旦工業(yè)園區(qū)發(fā)生污染物超標(biāo)等情況時(shí)，難以準(zhǔn)確及時(shí)地進(jìn)行溯源，增加了后期的污水處理難度。

2.3 工業(yè)園區(qū)廢水執(zhí)行納管排放標(biāo)準(zhǔn)不合理

根據(jù)我國(guó)工業(yè)園區(qū)污水處理的相關(guān)規(guī)定來(lái)看，目前，國(guó)家生態(tài)環(huán)保部門對(duì)工業(yè)園區(qū)內(nèi)的污水納管排放管控標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按照企業(yè)行業(yè)類別及排放條件確定。如，工業(yè)園區(qū)污水排放執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，或者《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》等，一些重點(diǎn)行業(yè)工業(yè)企業(yè)的污水排放執(zhí)行間排標(biāo)準(zhǔn)。目前，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，很多工業(yè)園區(qū)主管部門要求污水處理廠的污水排放按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)或更高標(biāo)準(zhǔn)，額外增加了工業(yè)園區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)的處理成本。如，工業(yè)園區(qū)預(yù)處理階段一味要求降低污水中的有機(jī)物濃度，而工業(yè)園區(qū)的污水處理時(shí)又額外需要補(bǔ)充碳源。

2.4 工業(yè)園區(qū)管網(wǎng)建設(shè)及維護(hù)依然不到位

從工業(yè)園區(qū)的污水處理情況來(lái)看，普遍存在工業(yè)園區(qū)污水管網(wǎng)老化、建設(shè)及后期維護(hù)不到位，存在雨污混流、管網(wǎng)破損等，這些也是導(dǎo)致工業(yè)園區(qū)周邊水環(huán)境長(zhǎng)期得不到根治的重要因素之一[3]。此外，一些工業(yè)園區(qū)由于歷史原因，長(zhǎng)期存在的雨污河流至管網(wǎng)，雨季污水直排現(xiàn)象不同程度存在；管網(wǎng)淤塞、破損的問(wèn)題長(zhǎng)期得不到很好解決。

2.5 污水處理設(shè)施工藝與廢水類型不匹配

隨著工業(yè)化城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，尤其是工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，工業(yè)園區(qū)內(nèi)的工業(yè)企業(yè)污水處理的設(shè)施及其工藝運(yùn)行與園區(qū)內(nèi)的污水處理類型不匹配的現(xiàn)象十分突出。工業(yè)園區(qū)中的污水處理硬搬城鎮(zhèn)污水處理廠的設(shè)計(jì)思路，未充分對(duì)工業(yè)園區(qū)的污水來(lái)水水質(zhì)分析評(píng)估，建成及運(yùn)行也未考慮工業(yè)園區(qū)內(nèi)廢水成分的復(fù)雜性、可生化性低、生物抑制性強(qiáng)、水質(zhì)水量波動(dòng)量大的現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)，導(dǎo)致工業(yè)園區(qū)內(nèi)的應(yīng)急污水處理能力不足，存在較高的工業(yè)特征污染物稀釋排放風(fēng)險(xiǎn)。

3 基于控制系統(tǒng)的工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理及優(yōu)化措施

3.1 基于反饋控制分析工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理

從反饋控制的相關(guān)理論分析，工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理的實(shí)質(zhì)，是通過(guò)工業(yè)園區(qū)不同行為主體監(jiān)督檢查工業(yè)園區(qū)內(nèi)水環(huán)境管理實(shí)際情況，及時(shí)將水環(huán)境管理中遇到的偏差進(jìn)行糾正，查找原因，從而保證工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理始終處于有效管控范圍內(nèi)。

（1）明確工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理的目標(biāo)。根據(jù)工業(yè)園區(qū)發(fā)展實(shí)際，以及園區(qū)內(nèi)的工業(yè)企業(yè)實(shí)際，結(jié)合“三線一單”，充分考慮工業(yè)園區(qū)所在流域水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的長(zhǎng)期、中期和短期保護(hù)目標(biāo)，根據(jù)工業(yè)園區(qū)的具體情況，以及園區(qū)水環(huán)境的組成要素等，明確工業(yè)園區(qū)所在區(qū)域水環(huán)境管理的整體規(guī)劃，并進(jìn)一步予以量化。

（2）衡量工業(yè)園區(qū)水環(huán)境的實(shí)際管理成效。綜合運(yùn)用工業(yè)園區(qū)內(nèi)水環(huán)境管理績(jī)效評(píng)估體系，用以指導(dǎo)工業(yè)園區(qū)內(nèi)水環(huán)境管理的績(jī)效評(píng)價(jià)，從而為相關(guān)部門評(píng)價(jià)工業(yè)園區(qū)當(dāng)前水環(huán)境管理措施的現(xiàn)實(shí)可操作性和實(shí)用性，提供科學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)，也為后一階段工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理措施的動(dòng)態(tài)調(diào)整提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。

（3）糾正工業(yè)園區(qū)目前水環(huán)境管理的實(shí)際運(yùn)行偏差。根據(jù)對(duì)工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理的實(shí)際運(yùn)行成效分析，堅(jiān)持“協(xié)調(diào)發(fā)展”“互動(dòng)循環(huán)”兩大原則，進(jìn)一步識(shí)別工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理的技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性等，持續(xù)推進(jìn)工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理措施。

3.2 基于前饋控制分析工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理

前饋控制在工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理中的應(yīng)用，體現(xiàn)了工業(yè)園區(qū)環(huán)境規(guī)劃及環(huán)評(píng)理念，即，通過(guò)對(duì)工業(yè)園區(qū)環(huán)境管理信息分析、預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)結(jié)果與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，從而采取相應(yīng)措施，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。

（1）全面分析工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理體系。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)走訪調(diào)研、數(shù)據(jù)收集、實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)家政策、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)要求，以及環(huán)境基準(zhǔn)、費(fèi)用效益分析等等，全面系統(tǒng)分析工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理的現(xiàn)實(shí)情況，為后續(xù)措施的實(shí)施提供有效指導(dǎo)。

（2）建立工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理因果關(guān)系分析圖。即，利用因果關(guān)系動(dòng)態(tài)系統(tǒng)對(duì)工業(yè)園區(qū)內(nèi)的水環(huán)境管理進(jìn)行全面分析、描述，在整個(gè)動(dòng)態(tài)管理體系中，隨時(shí)關(guān)注工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理相關(guān)因素的關(guān)系圖，并持續(xù)做好補(bǔ)充、修正、完善，以滿足工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理的實(shí)際需要。

（3）詳細(xì)分析工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理偏差相關(guān)信息。利用實(shí)地走訪、科學(xué)預(yù)測(cè)，將工業(yè)園區(qū)水環(huán)境變化等代入至因果關(guān)系圖中，進(jìn)一步分析其影響和相應(yīng)的偏差信息，并根據(jù)工業(yè)園區(qū)發(fā)展的實(shí)際情況，進(jìn)一步采用相應(yīng)的糾偏措施，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理措施的持續(xù)優(yōu)化，滿足實(shí)際需要。

3.3 基于控制系統(tǒng)優(yōu)化工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理

前饋控制理論與反饋控制理論相結(jié)合的基礎(chǔ)上，積極構(gòu)建工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理控制系統(tǒng)，以及整個(gè)控制系統(tǒng)中的若干控制單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理明確重點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，基于控制系統(tǒng)理論優(yōu)化工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理的內(nèi)容包括：

（1）前提：科學(xué)制定工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理目標(biāo)。根據(jù)工業(yè)園區(qū)企業(yè)類型、廢水排放量、廢水主要污染物等，在流域水環(huán)境管理大框架下，通過(guò)調(diào)查分析結(jié)果，綜合科學(xué)實(shí)驗(yàn)等措施，根據(jù)工業(yè)園區(qū)、城市、農(nóng)業(yè)等污染源的具體情況，進(jìn)一步細(xì)分流域水環(huán)境相應(yīng)的管理目標(biāo)，為工業(yè)園區(qū)領(lǐng)域廢水定量化管控制定明確目標(biāo)。

（2）保障：準(zhǔn)確衡量工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理成效。通過(guò)梳理工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理的因果關(guān)系圖，并對(duì)該關(guān)系圖持續(xù)進(jìn)行修正、補(bǔ)充和完善，從而使工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理措施更加符合實(shí)際需要。此外，還要根據(jù)工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理因果關(guān)系動(dòng)態(tài)系統(tǒng)圖，對(duì)工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理績(jī)效進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，從而預(yù)測(cè)工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理各項(xiàng)政策措施落實(shí)的實(shí)際成效，分析原因，彌補(bǔ)不足。

（3）內(nèi)容：糾正工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理偏差。通過(guò)實(shí)地走訪、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集及調(diào)查，對(duì)工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理的實(shí)際成效進(jìn)行分析，以及預(yù)測(cè)相應(yīng)的管理成效，從而獲取實(shí)際成效與預(yù)測(cè)成效之間的偏差，為進(jìn)一步糾偏提供可靠現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

結(jié)語(yǔ)

綜上，利用環(huán)境管理中的控制系統(tǒng)理論，以及反饋控制、前饋控制相關(guān)理論，將其應(yīng)用于工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理及系統(tǒng)優(yōu)化之中，根據(jù)全面系統(tǒng)實(shí)時(shí)地分析工業(yè)園區(qū)內(nèi)的水環(huán)境運(yùn)行全過(guò)程，有效推動(dòng)工業(yè)園區(qū)水環(huán)境管理更加科學(xué)、系統(tǒng)、精細(xì)。