隨著國家環(huán)境保護政策的持續(xù)收緊與“水十條”等法規(guī)的深入推進，我國城鎮(zhèn)污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，許多地區(qū)已開始執(zhí)行或規(guī)劃地表水IV類甚至更高標(biāo)準(zhǔn)。在這一場席卷全國的“提標(biāo)改造”浪潮中，污水處理工藝的精細(xì)化、智能化運行成為了行業(yè)關(guān)注的焦點。我們專訪了清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院施漢昌教授，共同探討在高排放標(biāo)準(zhǔn)要求下，污水處理過程控制技術(shù)，特別是儀器、控制與自動化（ICA）技術(shù)，如何與新興的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）服務(wù)深度融合，為污水廠的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)與節(jié)能降耗開辟新路徑。
一、高排放標(biāo)準(zhǔn)下的挑戰(zhàn)與ICA技術(shù)的核心價值
施漢昌教授指出，傳統(tǒng)的污水處理廠運行模式依賴于人工經(jīng)驗與定期化驗，面對日益嚴(yán)格且復(fù)雜的排放指標(biāo)（如總氮、總磷的極限濃度要求），往往顯得力不從心。處理過程的波動性大，抗沖擊負(fù)荷能力弱，容易導(dǎo)致瞬時超標(biāo)，同時為保證“保險”而過度曝氣、過量投加藥劑等現(xiàn)象普遍存在，造成了巨大的能源與資源浪費。
“此時，ICA技術(shù)的作用就凸顯出來了。”施教授解釋道。ICA技術(shù)體系的核心在于通過在線水質(zhì)儀表（Instrumentation）實時感知工藝狀態(tài)，借助先進的控制算法（Control）進行動態(tài)決策，并通過自動化系統(tǒng)（Automation）精準(zhǔn)執(zhí)行。它能夠?qū)⑽鬯幚磉^程從“經(jīng)驗驅(qū)動”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皵?shù)據(jù)驅(qū)動”，實現(xiàn)從“粗放調(diào)控”到“精準(zhǔn)控制”的跨越。例如，通過氨氮、硝酸鹽在線傳感器與智能算法，可以實現(xiàn)曝氣量的精確按需調(diào)節(jié)；通過磷酸鹽在線監(jiān)測，可以優(yōu)化化學(xué)除磷藥劑的投加時機與劑量，從而在穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，顯著降低能耗物耗。
二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：為ICA插上“云端”的翅膀
傳統(tǒng)的ICA系統(tǒng)多局限于單個廠站內(nèi)部，形成了“數(shù)據(jù)孤島”。施漢昌教授認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，正為ICA技術(shù)的發(fā)展帶來了革命性的升級機遇。
“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過泛在的傳感網(wǎng)絡(luò)、可靠的數(shù)據(jù)傳輸和強大的云平臺，將分布各地的污水處理廠連接起來。”施教授描述道，“這意味著，每一座污水廠不再是信息孤島，其運行數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、能耗藥耗信息可以實時上傳至云端。”
這種連接產(chǎn)生了多重價值：
- 遠(yuǎn)程集中監(jiān)控與智能運維：運營集團或監(jiān)管部門可以建立一個“污水廠物聯(lián)網(wǎng)中心”，實時監(jiān)控旗下所有廠站的運行關(guān)鍵參數(shù)（KPI），實現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、預(yù)警和調(diào)度指導(dǎo)。設(shè)備故障可以提前預(yù)測，維護從“被動檢修”變?yōu)椤爸鲃宇A(yù)防”。
- 大數(shù)據(jù)分析與模型優(yōu)化：云平臺匯聚了海量、多維的運行數(shù)據(jù)，為運用大數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)算法提供了基礎(chǔ)。可以構(gòu)建更精準(zhǔn)的工藝模型，發(fā)現(xiàn)人工難以察覺的工藝規(guī)律，進一步優(yōu)化控制策略，甚至實現(xiàn)跨廠站的“知識共享”和“策略復(fù)制”。
- 新型服務(wù)模式創(chuàng)新：物聯(lián)網(wǎng)平臺催生了“技術(shù)服務(wù)化”的新模式。供應(yīng)商或第三方技術(shù)機構(gòu)可以基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，為污水廠提供“工藝效能托管服務(wù)”、“節(jié)能降耗合約服務(wù)”等，按實際提升的效果收費，與業(yè)主利益深度綁定，共同應(yīng)對提標(biāo)改造后的運行壓力。
三、融合發(fā)展的關(guān)鍵與未來展望
施漢昌教授也坦言，ICA與物聯(lián)網(wǎng)的深度融合仍面臨一些挑戰(zhàn)。在線監(jiān)測儀表的長期穩(wěn)定性、可靠性及維護成本是關(guān)鍵瓶頸之一；多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化與高質(zhì)量融合是發(fā)揮大數(shù)據(jù)價值的前提；復(fù)合型人才的缺乏（既懂工藝又懂控制與信息技術(shù)）也制約了技術(shù)的落地效果。
對此，他提出幾點建議：行業(yè)應(yīng)持續(xù)推動高性能、低維護、智能自校準(zhǔn)的傳感器研發(fā)；盡早建立污水處理物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系；高校與企業(yè)需加強合作，培養(yǎng)跨學(xué)科的工程創(chuàng)新人才。
施漢昌教授描繪了一幅智慧水務(wù)的圖景：基于“精準(zhǔn)感知-智能決策-自動執(zhí)行-云端互聯(lián)”的完整技術(shù)鏈，未來的污水處理廠將是一個高度自治、高效協(xié)同的有機體。它不僅能夠智能應(yīng)對水質(zhì)水量的變化，確保穩(wěn)定達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)，還能作為一個靈活的“資源工廠”，實現(xiàn)能源回收與資源回收的最大化。而物聯(lián)網(wǎng)平臺將成為城市水系統(tǒng)“大腦”的重要組成部分，為水環(huán)境的持續(xù)改善與水務(wù)管理的現(xiàn)代化提供堅實的技術(shù)支撐。
污水處理的提標(biāo)改造之路，不僅是硬件設(shè)施的升級，更是運行理念與控制技術(shù)的深刻變革。以ICA技術(shù)為基石，以物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)為紐帶，推動污水處理行業(yè)向精細(xì)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向演進，這正是施漢昌教授及其團隊持續(xù)探索的方向，也是行業(yè)應(yīng)對高排放標(biāo)準(zhǔn)時代挑戰(zhàn)的必由之路。
