水環(huán)境治理產(chǎn)業(yè)走進(jìn)智能化時(shí)代

環(huán)境保護(hù)是我國(guó)的基本國(guó)策，是“兩會(huì)”期間政府工作報(bào)告的重要內(nèi)容之一。水環(huán)境治理工作是國(guó)家與地方共同關(guān)注的熱點(diǎn)，而其中的智能化改造提升內(nèi)容近年來(lái)也備受關(guān)注。水環(huán)境治理產(chǎn)業(yè)走進(jìn)智能化時(shí)代是大勢(shì)所趨，而山西省污水處理行業(yè)在這方面的工作已經(jīng)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(yè)的智能化歸屬于“水系統(tǒng)”的智能化或智慧化。積極推進(jìn)污水、給水工程相關(guān)的市政基礎(chǔ)設(shè)施的智能化提升，使水處理專業(yè)順應(yīng)行業(yè)發(fā)展的迫切需求，必將持續(xù)助力生態(tài)環(huán)境保護(hù)，提升綠色低碳發(fā)展水平。

" 一、水環(huán)境治理的智能化發(fā)展趨勢(shì)

" 1.水系統(tǒng)的智能化應(yīng)用場(chǎng)景

水環(huán)境治理的智能化包括全方位、多領(lǐng)域的智能化工作場(chǎng)景，近年來(lái)集中體現(xiàn)在“水系統(tǒng)”智能化領(lǐng)域，主要包括城市供水系統(tǒng)、城市排水系統(tǒng)、再生水綜合利用系統(tǒng)。具體而言，涉及智慧水務(wù)、智能控制、模型應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)、智能建筑給排水等場(chǎng)景。同時(shí)廣泛地與海綿城市、防洪排澇、水體應(yīng)急、河道治理、人工濕地等生態(tài)環(huán)境工作相關(guān)聯(lián)。從水處理廠的角度而言，可以分為給水（自來(lái)水）凈化廠、污水處理廠、污水深度處理與回用設(shè)施等場(chǎng)合的智能化應(yīng)用，既體現(xiàn)在水環(huán)境全系統(tǒng)的智能化，更體現(xiàn)在水處理廠設(shè)施與設(shè)備的智能化。在人工智能技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)下，以智慧水務(wù)為標(biāo)志的水環(huán)境系統(tǒng)治理智能化已成為行業(yè)熱點(diǎn)。歷經(jīng)十多年的發(fā)展，已由傳統(tǒng)的機(jī)械及自動(dòng)化提升為現(xiàn)代數(shù)字化新階段。各類大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于其中。借助實(shí)時(shí)流體模型、機(jī)器算法解析，深入數(shù)據(jù)流挖掘提純，耦合實(shí)現(xiàn)智慧管理和決策。

" 2.污水處理廠的智能化

污水廠行業(yè)也面臨著智能化轉(zhuǎn)型。傳統(tǒng)污水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)并未成為全廠的核心系統(tǒng)，很多專業(yè)人員仍然依賴于經(jīng)驗(yàn)與人工控制。良好的污水廠工藝智能化系統(tǒng)，既能保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行及污水達(dá)標(biāo)排放，又可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗與碳減排，符合國(guó)家大政方針，同時(shí)實(shí)現(xiàn)“利國(guó)、利民、利企”。污水處理的智能化應(yīng)用主要體現(xiàn)在進(jìn)水指標(biāo)與環(huán)保排污指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)、污水處理設(shè)施的智能化運(yùn)行控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理物聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程故障診斷與維護(hù)保養(yǎng)、污水處理工藝的實(shí)時(shí)優(yōu)化。通過(guò)污水處理行業(yè)的科技創(chuàng)新，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新，突破污染物降解過(guò)程的關(guān)鍵核心技術(shù)，能夠大幅度解決污水處理企業(yè)的技術(shù)疑難雜癥，推動(dòng)傳統(tǒng)污水廠的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

" 3.難點(diǎn)與困擾

水環(huán)境治理與污水處理廠是復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及化學(xué)、物理、地理學(xué)、生態(tài)學(xué)等多種學(xué)科，關(guān)聯(lián)信息數(shù)據(jù)量龐大，其中的污染物成分、微生物群落結(jié)構(gòu)、流體力學(xué)等因素復(fù)雜，急需開發(fā)新的監(jiān)控、檢測(cè)儀器儀表，縮短檢測(cè)時(shí)間，提高檢測(cè)靈敏度。為機(jī)器學(xué)習(xí)提供維度豐富、表征準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)庫(kù)。在機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用中，需克服單一算法模型的先天性缺陷，找到適應(yīng)具體污水處理工藝的精準(zhǔn)算法，支持耦合多重模型聯(lián)合使用或混合計(jì)算。需避免各地、各省市污水廠獨(dú)自戰(zhàn)斗的局面，積極推進(jìn)大數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)共享，急需建設(shè)統(tǒng)攬全國(guó)或全省的水環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為智能化計(jì)算提供充足、可靠的數(shù)據(jù)庫(kù)支撐。

" 二、企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與高?？蒲幸I(lǐng)

山西青舟環(huán)境科技有限公司是國(guó)內(nèi)知名的環(huán)?？萍计髽I(yè)，多年來(lái)致力于水環(huán)境治理產(chǎn)業(yè)落地與技術(shù)研發(fā)，獲得了二十余項(xiàng)發(fā)明專利，將智能化技術(shù)在環(huán)保工程中實(shí)施應(yīng)用，所生產(chǎn)的智能化水處理裝備已在國(guó)內(nèi)多個(gè)省市的施工現(xiàn)場(chǎng)得到成功應(yīng)用。青舟產(chǎn)品與工藝包主要包括Bluark-View全流程周期智慧管控平臺(tái)及單體裝備、水處理單元現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行機(jī)器人（Bluark-Ww系統(tǒng)）及其子系統(tǒng)、生化反應(yīng)過(guò)程邏輯控制器、精準(zhǔn)曝氣與藥劑控制、全廠無(wú)人值守系統(tǒng)等產(chǎn)品。在市政水系統(tǒng)管網(wǎng)領(lǐng)域，研發(fā)成功了智慧水務(wù)監(jiān)控與水質(zhì)保障模塊、廠網(wǎng)一體化遠(yuǎn)程安全監(jiān)控智慧模塊、雨污分流與河道污染監(jiān)管智慧模塊。

中南大學(xué)、太原理工大學(xué)的青年科技工作者積極與企業(yè)開展橫向合作研究，致力于污水廠智慧管理，實(shí)現(xiàn)污水處理廠無(wú)人值守智能化優(yōu)質(zhì)運(yùn)行；單元工藝智能控制，實(shí)現(xiàn)單元水處理工藝的自動(dòng)智能化運(yùn)轉(zhuǎn)。所獲得的“機(jī)器自主學(xué)習(xí)型污水廠”技術(shù)成果，能夠?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)預(yù)測(cè)與前饋、故障診斷與智能修復(fù)、全廠系統(tǒng)智能控制三項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、節(jié)能降耗、綠色減碳三重目標(biāo)。實(shí)施污水廠運(yùn)行過(guò)程生物化學(xué)指標(biāo)的梯級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)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(jí)控制。通過(guò)自主研發(fā)的蜂群分散式曝氣機(jī)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋優(yōu)化-PID反饋集成自動(dòng)加藥系統(tǒng)、立體精準(zhǔn)脫氮除磷智能化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)污水廠的快速穩(wěn)定無(wú)人化運(yùn)行。

" 三、結(jié)語(yǔ)

人工智能正在為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展賦能，也必將為環(huán)保產(chǎn)業(yè)賦予巨大的發(fā)展機(jī)遇。水環(huán)境治理產(chǎn)業(yè)與智能化技術(shù)存在廣泛的耦合空間，而且具有很好的政策優(yōu)勢(shì)。污水處理智能化產(chǎn)業(yè)符合山西省優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，污水處理智能化裝備研發(fā)制造屬于先進(jìn)裝備制造，也屬于節(jié)能技術(shù)、環(huán)保材料領(lǐng)域。當(dāng)水環(huán)境治理產(chǎn)業(yè)遇見人工智能，必將迸發(fā)出靚麗的火花，融入智能化新時(shí)代。

（作者單位：中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院）