未來新水務(wù)離不開“智慧”加持
清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授 施漢昌
以下內(nèi)容根據(jù)嘉賓發(fā)言整理。
上個(gè)世紀(jì)70年代,國際上開始有人探討將ICA技術(shù)(儀表、控制與自動(dòng)化)引入污水處理領(lǐng)域。標(biāo)志性的起點(diǎn)是1973年倫敦舉行的國際水協(xié)第一屆ICA技術(shù)會議,距今已50年。十年前,基于發(fā)展信息化和智慧城市的機(jī)遇,我國水務(wù)行業(yè)開始向智慧化方向發(fā)展。
2022年,中國首次舉辦ICA國際水協(xié)系列會議,涉及污水處理運(yùn)行過程控制中的ICA、排水系統(tǒng)智能控制、基于智能檢測的軟傳感器、用于資源回收的ICA、溫室氣體減排的ICA、過程控制建模、數(shù)字孿生、人工智能在污水系統(tǒng)檢測和預(yù)測的應(yīng)用,以及新興污染物的監(jiān)測與控制。
水務(wù)不僅有污水處理還有飲用水的供給,還須保證水生態(tài)環(huán)境的安全,并實(shí)施水資源的合理配置與利用。為了實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)方面的目標(biāo),我們需要做什么呢?
水資源的合理配置與利用?
水的循環(huán)要建立區(qū)域水環(huán)境的水源、雨水、再生水的水量/水質(zhì)信息庫和生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水的水量/水質(zhì)信息庫,兩個(gè)信息庫要能對得起來,才能做合理調(diào)配。
污水處理廠向資源能源中心的轉(zhuǎn)化
我國污水處理廠在發(fā)展過程中存在儀器化和自動(dòng)化的短板。歐美污水處理廠人員少,夜間可以無人值守,需要設(shè)備的可靠性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。我們的設(shè)備經(jīng)常出問題,難以自動(dòng)化運(yùn)行和自動(dòng)化檢測,必須從制度上避免單純低價(jià)競爭以保證質(zhì)量。
污水處理中實(shí)現(xiàn)智能化,提高準(zhǔn)確性、預(yù)測性,需要理論模型和AI技術(shù)的結(jié)合。我希望污水處理廠能夠部分或全部轉(zhuǎn)化成資源能源中心。碳減排可以通過節(jié)能降耗,補(bǔ)上綠色能源的間接排放和碳分離,減少氧化、通過生物轉(zhuǎn)化成能源或者資源的直接排放來實(shí)現(xiàn)。多地已經(jīng)開始實(shí)踐。
工藝技術(shù)是否能實(shí)現(xiàn)前端碳源分離,后端資源回收?在分離環(huán)節(jié),超細(xì)格柵+膜可把前端的碳盡可能的分出去變成低碳污水,后續(xù)通過吸附回收磷,短程或厭氧氨氧化技術(shù)脫氮。從厭氧的角度,前面截留的碳源可產(chǎn)沼氣作為能源回用,但是根據(jù)住建部的評估,十萬噸以下做沼氣并不經(jīng)濟(jì),前端碳節(jié)流好并不能突破后端沼氣全面利用的瓶頸。
如果能夠通過加強(qiáng)水解產(chǎn)生高價(jià)值的碳源利用,可解決我國糧食資源緊缺的問題。2021年我國糧食總量為8.5億噸,其中進(jìn)口1.6億噸。我國工業(yè)用碳源用糧占比達(dá)16%(約1.4億噸)。如果污水中的碳源能夠收集起來通過水解變成有用的工業(yè)碳源,可作為工業(yè)原料產(chǎn)出。
技術(shù)的瓶頸是高效水解微生物種群。將來可能通過合成生物學(xué)突破瓶頸,將污水處理廠轉(zhuǎn)變成資源中心,將減輕國家進(jìn)口糧食的壓力,具有戰(zhàn)略意義。
儀器化和智能化技術(shù)需求廣泛,如污水處理廠的加藥系統(tǒng),需要機(jī)理模型、原理模型、工程模型和AI結(jié)合,復(fù)雜的工藝更需要精準(zhǔn)控制。從發(fā)展來講,水務(wù)行業(yè)要以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化、增進(jìn)實(shí)效為重點(diǎn),推進(jìn)信息化、智能化是大趨勢。
從頂層對總體研發(fā)做好規(guī)劃需要五年到十年的時(shí)間。太遠(yuǎn)對于企業(yè)不太現(xiàn)實(shí),太短又很難做出好的自主技術(shù)。很多技術(shù)要從應(yīng)用基礎(chǔ)做起,結(jié)合工程,利用北控水務(wù)與多家研究院校合作的基礎(chǔ),企校分工合作,將基礎(chǔ)研究放到學(xué)?;蜓芯繂挝?,在企業(yè)做工程化研發(fā)和轉(zhuǎn)化,研發(fā)出企業(yè)真正能用的高水平裝備和技術(shù)。