污水处理低碳运营智能控制新路径探析

本文转自：日照日报

陈修波 孙晨皓 胡庆霞 肖静 安钟阳

随着社会经济和城市化建设的持续推进，我国年度用水量持续攀升，根据2022年国家统计年鉴，2021年全国用水总量为5920.2亿立方米，较2020年增长了1.85%，污水处理量也随之增加。同时，污染物浓度更高、污水成分也更为复杂，2020年至2021年总氮排放量总计639万吨，环比增长1.69倍，总磷排放量总计67.48万吨，环比增长4.46倍，化学需氧量排放量总计5095.36万吨，环比增长3.43倍。这对污水处理效能提出了更高的要求，污水处理厂现有的传统水处理工艺面临的挑战也更为严峻。为应对水务行业的新形势新挑战，日照城投环境科技集团有限公司探索出一条污水处理低碳运营智能控制新路径——“智慧治水”，通过对污水处理厂进行智慧化升级改造，将大数据、物联网、5G、机器学习等尖端技术融入污水处理工艺中，进行“1+n”的多元有机结合，实现水质预测、精准控制、智慧调节等功能。目前已在日照市第三污水处理厂实施了污水处理低碳运营智能优化项目改造，通过这些智慧化手段实现了用电量、用药量的最优化；项目于2022年正式投入运行，现该厂的污水处理单位成本较改造前降低了13.6%。“智慧治水”给污水处理企业带来经济效益的同时也有着更深层意义。

一、“智慧治水”是新型智慧城市建设的重要组成部分。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出，“要分级分类推进新型智慧城市建设，加快数字社会建设步伐”。作为智慧城市建设的一部分，企业数字化转型升级也被提上了日程。为了响应国务院国资委《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》的有关要求，日照市国资委、工信局和大数据局等部门联合下发《日照市国资国企数字化转型实施方案》，《方案》中明确表示，“要推动数字孪生技术在饮用水分配和污水处理系统中的应用。

将物联网感知设施、通信系统等纳入污水处理设施统一规划建设，推进其智能化改造，完善数字孪生水厂及大数据平台搭建，推进水务大脑建设，即是《纲要》的内在要求，也是“智慧治水”的实现路径。“智慧治水”将使污水处理过程中的生产调度环节从原本孤立的人工控制状态到管理系统的统一整合实现生产管理的一体化和智能化；将分区处理的污水处理厂数据共享、协同分析、算法更新，以“1+1＞2”的共治效果实现区域污水治理的智慧化融合；以开放性、交互性的超前规划和顶层设计打通数据壁垒、避免数据孤岛，让污水处理、供水用水、管网管护、城市建设、城市运行等多元融合，辅助智慧城市的构建，加快数字社会建设步伐。

二、“智慧治水”是实现碳达峰碳中和战略目标的重要手段。

能源是现代社会发展的基础，《中华人民共和国节约能源法》指出“节约资源是我国的基本国策”。节约资源、保护环境是我国的基本国策，也是可持续发展的本质要求。为落实可持续发展的国家战略，山东省人民政府以鲁政字〔2022〕213号印发了《山东省“十四五”节能减排实施方案》，推动能源利用效率大幅提高、主要污染物排放总量持续减少，确保完成“十四五”节能减排目标，为实现碳达峰、碳中和目标奠定坚实基础。“智慧治水”架构“感知网络”实时监测运行能耗、污染物指标，构建“水厂智慧大脑”最优化求解以确定运行参数，确保运行能耗最低、污染物去除最高效、出水水质全程达标。经运行测试，日照市第三污水处理厂智慧化升级后不仅出水水质稳定达标，同时药剂消耗降低了15.7%，药剂消耗的降低使碳排放量减少约182.68吨/年。若在日照市全部运行的14座污水处理厂中进行智慧化升级，预计每年可以降低碳排放1239.65吨，相当于61.95平方千米的绿化碳汇工程，是节能减排、可持续发展“拓宽路”、“开新局”的重要手段。

三、“智慧治水”是绿色低碳高质量发展的创新举措。

党的十九届五中全会擘画了“十四五”发展蓝图，制定了2035年远景目标，对深入实施可持续发展战略、完善生态文明领域统筹协调机制、加快推动绿色低碳发展等作出了重要部署，为新时代加强生态文明建设和生态环境保护工作提供了方向指引和行动指南。山东省抢抓绿色低碳高质量发展先行区建设，推动传统产业向高端化转型升级，开辟出绿色产业新赛道。日照城投环境科技集团有限公司始终坚持“两山论”，严守生态保护红线、严守环境质量底线，着力为高质量发展绘制生态底色，为山东绿色低碳高质量发展先行区建设增添“日照动能”。集团将以“智慧治水”为引擎，聚焦污水处理行业技术创新及科研成果转化，不断开拓污水治理新方案、新路径，以水质预测、水质预警等智慧调控模块为措施，提升污水治理能力和水平、降低污水治理能耗，坚定不移推进绿色低碳高质量发展，为建设美丽中国贡献国企力量。

四、“智慧治水”是推动行业转型升级的典型案例。

“智慧治水”方案是日照城投环境科技集团有限公司聚焦污水处理行业成本高、负荷难提升、运维主要靠运行人员经验等要点问题，结合日照市生活污水、工业废水、农村污水、微污染河水等多元应用场景，依托山东省生态环境科技成果转移转化基地、日照市污水处理低碳化应用技术创新中心、日照市企业技术中心等研发平台，联合青岛理工大学、曲阜师范大学等高校，规划设计的日照市污水处理低碳运营智能控制新路径。该技术2023年7月被评选为《2023年山东省城镇供排水协会典型工程项目案例》，作为典型工程项目案例供各地各部门为推进水务行业高质量发展提供借鉴。日照城投环境科技集团有限公司坚持以创新带动企业发展，以科技研发促进行业进步，不断为污水处理“开新方”、“赋新能”，为日照绿色环保增添创新的靓丽底色，为日照高质量发展注入强劲动能。

（本文系2023年度日照市社会科学研究课题 课题编号2023127 作者单位：日照城投环境科技集团有限公司）