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清華大學施漢昌:智慧水務在排水領域如何發揮更大效益

時間:2020-09-27 09:10

來源:中國水網

作者:李曉佳

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伴隨着我國環境監管的趨嚴,以及政策層面對環境保護工作的高度重視,污水處理廠的穩定運行成為行業重點關注的話題。這一過程中,智慧水務的加持,為污水處理企業運營能力的提升帶來了助力。那麼如何在排水領域更好的發揮智慧水務的優勢和作用呢?

9月18日,在“2020(第十二屆)上海水業熱點論壇”現場,清華大學環境學院教授施漢昌以“智慧水務與排水系統的智能化技術”為主題,從智慧水務的發展歷程談起,重點分享了排水系統的智能化發展。他強調,污水處理領域的智慧水務建設,基礎薄弱、欠賬比較多,需要實事求是地推進。

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施漢昌

智慧水務從低谷期進入平穩發展期

智慧水務是把信息化、自動化與人工智能深度融合於水務行業形成的新型精細化動態運行模式與管理系統。智慧水務的研究與應用對象是人類活動涉及的水系統,包括水源、供水、管網、處理廠和受納水體。目標是實現水資源的合理利用與水生態環境的有效保護。

施漢昌認為,理想中的智慧水務是這樣一個系統:從飲用水源和供水廠開始,產生的污水進行處理,處理後的污水通過管網和泵站輸送,流入受納水體。但這個過程中,不能給受納水體造成生態上的安全隱患,所以要搭配水環境監測站,把數據通過物聯網送到監管中心,之後利用大數據來分析已經獲得的大量信息,最後確定排除隱患所要採取的措施。

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在我國,智慧水務的概念在2014、2015年左右逐漸被行業重視起來,因為水務是智慧城市的一部分,智慧水務也隨着智慧城市一起發展起來。

2018年,受到經濟大環境的影響,智慧水務的發展速度稍有放緩。到了2019年,智慧水務的發展熱度逐步得到恢復,達到一個平穩的狀態。施漢昌認為,這符合任何一個新的科技技術的推廣規律。從國際上通用的Gartner技術成熟度曲線可以看出,智慧水務在經歷了泡沫化低谷期後,逐步進入到平穩發展狀態。

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“理想很豐滿,現實很骨感。”在發展過程中,智慧水務建設也面臨着諸多挑戰,尤其是我國對環境監管的趨嚴,更加劇了挑戰的難度。施漢昌指出,首先,面對高排放標準,很多傳統污水處理廠的工藝設計不夠合理,按照原來的思路走智慧水務的路線已經行不通,需要做出相應的調整。其次,污水處理廠的個性化與進水的複雜性使運行規律不夠清晰;三是,現在很多水廠的設備儀表完好率比較低,故障率比較高;四是,傳統的運營和管理習慣比較粗放,信息數據規範性較差;同時,污水處理系統的大遲滯特性需要前饋控制的配合。以信息公司主導的智慧水務系統,缺乏專業技術支撐。

施漢昌認為,智慧水務對於水行業來講,是工業4.0智能化的內容。水務行業的工業1.0和工業2.0完成的比較好,但是與類似化工、石化、機械等行業比,水行業在工業3.0階段,自動化做的相對落後。到了工業4.0時代,還要迅速補齊3.0時代落後的短板部分。要把污水廠排水系統的自動化水平逐漸完善提高,這樣才可以適應智能化的需求。

“解決問題的過程就是發現機遇的過程。”施漢昌指出,要真正解決問題,首先要優化工藝,依據進、出水的特點,優化工藝條件和運行參數進行技改;其次,要提升裝備,淘汰不良裝備,加強運維,提升穩定性和可調節性;三要規範管理,改粗放管理為精細化管理,實現信息數據的規範化;四要凝練模型,理論+實踐的分析總結,實現運行經驗的數字化。

在解決問題方面,業內已經有一些企業走在了前面,比較有代表性的是北控水務。施漢昌介紹,北控水務在智能排水技術的探索上,做出了很好的成績。

北控水務發佈了“污水廠數字雙胞胎”概念版,以實際水廠為藍本,整合靜態數據、動態數據和生產管理數據,通過機理模型分析和大數據分析等方法,將水廠過去、現在和未來的狀態進行直觀的呈現和預測,並結合專家系統提出建議,為運營管理提供決策支持,並實現高度保障、管理高效、成本優化和產能挖潛的目的。為實現北控水務高效卓越運營管理提供了支撐,通過全流程的智能化控制,北控水務運行的很多水廠實現了節能降耗,實現了整體成本的降低。

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智慧水務共享技術平台的建設

清華大學和北京協同創新研究院在“智慧水務共享技術平台”的建設上做了很多探索,施漢昌介紹,智慧水務共享技術平台的建設,包括飲用水源安全管理、污水處理優化運行、排水管網優化運營和受納水體安全管理四個板塊,智慧水務共享技術平台的這四個板塊通過一個用户友好對的網絡平台實現水務領域共性先進技術的資源共享。

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這個平台包括了整個水務行業涉及到的各方面內容。如污水處理廠智能化控制系統、智能加藥系統、精確曝氣系統,以及排水管網監測預警系統等等。同時在飲用水方面,平台的特色之一是對生物毒性和微量污染物的自動監測和預警。在受納水體方面,平台比較有特色的技術是高密度監測和快速檢測。目前這兩方面還在發展,總的來講,平台具有監測、預警、控制、評估的功能。

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