導(dǎo)語

【目的】 在碳達(dá)峰與碳中和的戰(zhàn)略背景下，城鎮(zhèn)污水處理廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為推動(dòng)協(xié)同減污降碳、提升處理效能及優(yōu)化運(yùn)營管理的核心驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)前，多數(shù)污水處理廠在運(yùn)營管理上過度依賴傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，調(diào)控手段粗放，導(dǎo)致資源利用效率低下與能源浪費(fèi)顯著。因此，構(gòu)建1套能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理廠穩(wěn)定、低碳、高效運(yùn)行的全流程數(shù)字化運(yùn)營管理策略顯得尤為迫切。 【方法】 對(duì)污水處理系統(tǒng)及污泥干化焚燒系統(tǒng)整體工藝流程的深入剖析與梳理，融合新型信息技術(shù)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析建模并構(gòu)建主要關(guān)鍵設(shè)備效能評(píng)估診斷體系與實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)采集是傳承技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、加速污水處理廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵所在。 【結(jié)果】 此外，精準(zhǔn)識(shí)別現(xiàn)有運(yùn)營瓶頸,明確數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用切入點(diǎn)是構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)決策的智能化系統(tǒng)的重要基石。同時(shí)，文章還詳細(xì)闡述了污水處理廠設(shè)施設(shè)備智能化管理平臺(tái)及碳排放信息化平臺(tái)的建設(shè)要點(diǎn)。為推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,建設(shè)集約化的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，強(qiáng)化內(nèi)部人員數(shù)字化交流培訓(xùn)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性，亦是不可或缺的關(guān)鍵措施。【結(jié)論】 數(shù)字化并非可選之項(xiàng),而是關(guān)乎生存的關(guān)鍵之項(xiàng)。實(shí)施數(shù)字化的真正難點(diǎn),除技術(shù)層面外，還涉及人的因素。數(shù)字化的推進(jìn)反映了企業(yè)的戰(zhàn)略定位、文化塑造和組織體系的變革。

【引文格式】

鄒博源.雙碳背景下城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型關(guān)鍵因素探究[J].凈水技術(shù), 2025, 44(5): 7-14.

ZOU B Y.Exploration on key factors of the digital transformation of urban WWTPs under the background of carbon peak and carbon neutrality[J].Water Purification Technology, 2025, 44(5): 7-14.

通信作者

鄒博源

上海城投污水處理有限公司

長期以來，專注于污水污泥處理領(lǐng)域的生產(chǎn)管理與技術(shù)研發(fā)。作為技術(shù)團(tuán)隊(duì)的核心成員，積極參與了多項(xiàng)關(guān)鍵生產(chǎn)項(xiàng)目和科研項(xiàng)目的研發(fā)工作。2022年，憑借《城市污泥傳統(tǒng)厭氧消化、干化焚燒等技術(shù)能力提升與工程實(shí)證研究》項(xiàng)目，榮獲上海水務(wù)海洋科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。2024年，再次榮膺上海水務(wù)海洋科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，以表彰在《上海市城鎮(zhèn)污水處理廠溫室氣體控制關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用》項(xiàng)目中的杰出貢獻(xiàn)。

城鎮(zhèn)污水處理廠是1個(gè)多變量、非穩(wěn)定、時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng),如水質(zhì)水量動(dòng)態(tài)變化，過程單元多、反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，包含大量設(shè)備設(shè)施等。在運(yùn)行過程中會(huì)受到很多內(nèi)部和外部因素干擾。 內(nèi)部干擾來自污水處理廠本身，如池型占地約束工藝參數(shù)、污泥輸送泵運(yùn)行工況對(duì)整個(gè)污泥處理過程的干擾等；外部干擾來自污水處理廠外部環(huán)境，如來水量突變、污染物負(fù)荷改變、天氣變化等。通常內(nèi)部干擾可以通過污水處理廠內(nèi)部調(diào)控來降低或消除其對(duì)污水處理廠產(chǎn)生的影響，而外部干擾往往是不可控的，需要通過提前預(yù)測、協(xié)同處置來提供相應(yīng)的應(yīng)急解決方案。污水處理廠在實(shí)際運(yùn)行中，雖然有大量的在線和離線數(shù)據(jù)，但用于指導(dǎo)實(shí)際運(yùn)行的量化的指示有限，污水處理廠的運(yùn)行管理者往往依賴經(jīng)驗(yàn)和直覺來調(diào)整相關(guān)操作參數(shù)。以曝氣過程為例，污水處理廠好氧池需要進(jìn)行大量的曝氣，但是目前往往都是存在過度曝氣的現(xiàn)象，導(dǎo)致能源的大量浪費(fèi)。因此，在運(yùn)行管理中借助于數(shù)字化轉(zhuǎn)型，可以有效地進(jìn)行預(yù)判與解決，在發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)及時(shí)采取有效措施，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和精細(xì)化管理。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是指以大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新型信息技術(shù)為驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)模式變革，數(shù)字化是通過數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，利用已設(shè)定的系統(tǒng)完成分析，實(shí)現(xiàn)物理世界的在線化。數(shù)字化與信息化之間的關(guān)鍵性差異，體現(xiàn)在數(shù)據(jù)獲取方式的根本變革上。數(shù)字化時(shí)代，數(shù)據(jù)不再依賴于人工錄入，而是通過物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采集，這一過程涵蓋了數(shù)據(jù)的感知、采集、呈現(xiàn)及深入分析。智能化作為數(shù)字化的高級(jí)發(fā)展階段，它不僅是數(shù)據(jù)化、信息化與數(shù)字化三者的深度融合，更是在數(shù)字化產(chǎn)生的大規(guī)模數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，由系統(tǒng)執(zhí)行科學(xué)決策與精準(zhǔn)操作，即系統(tǒng)能夠自動(dòng)感知信息、精確分析數(shù)據(jù)，并據(jù)此做出合理的執(zhí)行決策。而智慧化，作為智能化的最終形態(tài)，其核心區(qū)別在于系統(tǒng)是否具備自我學(xué)習(xí)、持續(xù)進(jìn)步以及不斷進(jìn)化迭代的能力，這標(biāo)志著系統(tǒng)從被動(dòng)接受指令向主動(dòng)優(yōu)化提升的重大轉(zhuǎn)變。

城鎮(zhèn)污水處理廠的數(shù)字化升級(jí)轉(zhuǎn)型，是新質(zhì)生產(chǎn)力在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的1次具體實(shí)踐與展現(xiàn)，其賦能作用尤為顯著。在此過程中，充分利用了先進(jìn)的信息化技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理廠內(nèi)部資源的精準(zhǔn)配置與高效利用，進(jìn)而可顯著提升決策制定的效率與精確度。數(shù)字化轉(zhuǎn)型為污水處理廠構(gòu)筑了實(shí)現(xiàn)新質(zhì)生產(chǎn)力的堅(jiān)實(shí)基石與技術(shù)平臺(tái)，而新質(zhì)生產(chǎn)力則以其強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力，為數(shù)字化轉(zhuǎn)型注入了源源不斷的活力與支持。兩者相輔相成，攜手并進(jìn)，共同驅(qū)動(dòng)污水處理廠朝著碳中和目標(biāo)的綠色可持續(xù)發(fā)展道路堅(jiān)定前行。

1 污水處理工藝數(shù)字化提升關(guān)鍵因素分析

污水處理是1個(gè)連續(xù)不斷且較為復(fù)雜的反應(yīng)過程，其結(jié)果取決于物理、化學(xué)和生物反應(yīng)過程的互相交織和相互影響；處理效果并非立即顯示需要一定的時(shí)間進(jìn)而產(chǎn)生滯后性，導(dǎo)致過程建模和工藝參數(shù)優(yōu)化的高難度。縱觀國內(nèi)外污水處理廠數(shù)字化的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基本都采取自動(dòng)化控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)疊加人工智能、大數(shù)據(jù)分析和云數(shù)據(jù)等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集、自動(dòng)判斷、自動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)控制四位一體的高度集成和智能化的運(yùn)行模式，能夠顯著提高污水處理過程的精細(xì)化管控效率，達(dá)到降本增效與節(jié)能減排的效果。在新設(shè)備和新技術(shù)的引入過程中普遍存在投資成本高、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、系統(tǒng)集成周期長與人員培訓(xùn)難度大、小型污水處理廠技術(shù)普及率低等特點(diǎn)。傳統(tǒng)污水處理廠的自動(dòng)化控制通常采用可編程邏輯控制器(PLC)進(jìn)行自動(dòng)控制，主要關(guān)注于現(xiàn)場的操作，如感知、執(zhí)行和反饋。智能化污水處理廠則不僅局限于現(xiàn)場操作，而是涉及污水處理的全局協(xié)調(diào)、調(diào)度和決策。這依賴于使用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、監(jiān)控安防、工業(yè)自動(dòng)化控制等更為先進(jìn)的技術(shù)手段(圖1)。

圖1 污水處理廠常規(guī)自動(dòng)化與智能控制

構(gòu)建數(shù)字化工藝管理體系以實(shí)現(xiàn)趨勢智能研判是污水處理數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心，整合機(jī)理模型、數(shù)理模型和大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，為工藝運(yùn)行提供了全面的自動(dòng)分析、評(píng)估、預(yù)測和優(yōu)化功能。首先，污水處理系統(tǒng)的有效數(shù)字化轉(zhuǎn)型需在原有整體工藝的基礎(chǔ)上，分析實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和總結(jié)相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)進(jìn)水組分和工藝沿程處理參數(shù)與處理效果變化規(guī)律。通過全流程模擬或采樣分析，尋找出不同外部條件下系統(tǒng)運(yùn)行最佳工況的關(guān)鍵因素和相應(yīng)優(yōu)化方案。然后選取或定制智能化設(shè)備，在兼顧原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上通過軟件設(shè)計(jì)健全信息采集體系的及時(shí)性和可靠性。將原有分散的工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行集成匯總，打破信息孤島。

基于收集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行清洗和提取后建立機(jī)理模型和數(shù)理模型。機(jī)理模型主要描述工藝過程中的物理、化學(xué)和生物反應(yīng)；數(shù)理模型則運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對(duì)工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析和處理，評(píng)估各項(xiàng)指標(biāo)的合格性和穩(wěn)定性。通過對(duì)比歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，揭示數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和趨勢。同時(shí)，進(jìn)行全方位仿真模擬評(píng)估不同工藝參數(shù)和設(shè)備工況對(duì)運(yùn)行效果的影響。根據(jù)預(yù)測和模擬結(jié)果，自動(dòng)形成曝氣量、加藥量、內(nèi)回流比等工藝參數(shù)調(diào)度決策。這些決策旨在優(yōu)化工藝運(yùn)行，提高處理效率和穩(wěn)定性，并提供豐富的可視化圖表和報(bào)告，幫助運(yùn)行人員更好地了解工藝運(yùn)行狀態(tài)便于進(jìn)行故障排查和優(yōu)化調(diào)整。為廠網(wǎng)一體化排水調(diào)度提供科學(xué)合理的依據(jù)，制定合理的污水處理量計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的整體優(yōu)化。隨著數(shù)據(jù)的不斷積累和技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化工藝管理體系還應(yīng)具備不斷學(xué)習(xí)和優(yōu)化自身的模型和算法，提高預(yù)測和優(yōu)化的準(zhǔn)確性，還應(yīng)支持與其他信息化系統(tǒng)的集成和共享，實(shí)現(xiàn)更廣泛的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通和協(xié)同應(yīng)用。

自養(yǎng)菌如硝化菌，是污水處理過程中去除氨氮的關(guān)鍵微生物。它們的最大比生長速率是污水處理的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，決定了處理氨氮的效率。在線監(jiān)測污水處理過程中氨氮的進(jìn)出水濃度變化校準(zhǔn)自養(yǎng)菌最大比生長速率，進(jìn)而結(jié)合其他進(jìn)水指標(biāo)與污泥濃度、溶解氧等過程參數(shù)發(fā)現(xiàn)，最大安全處理流量對(duì)于提高污水處理效率和確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)具有重要意義。進(jìn)行全方位仿真模擬評(píng)估不同工藝參數(shù)和設(shè)備工況對(duì)運(yùn)行效果的影響。根據(jù)預(yù)測和模擬結(jié)果，形成曝氣量、加藥量、內(nèi)回流比等工藝參數(shù)調(diào)度決策，旨在優(yōu)化工藝運(yùn)行，提高處理效率和穩(wěn)定性，并提供豐富的可視化圖表和報(bào)告，幫助運(yùn)行人員及時(shí)進(jìn)行故障排查和優(yōu)化調(diào)整。智慧化污水處理廠由本地中央控制系統(tǒng)和各類專業(yè)的信息化系統(tǒng)構(gòu)成，通過多個(gè)系統(tǒng)之間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)交互，調(diào)度指令的自動(dòng)上傳下達(dá)，形成污水處理廠內(nèi)工藝數(shù)據(jù)反饋?zhàn)哉{(diào)節(jié)的管理閉環(huán)。

2 污泥干化焚燒工藝數(shù)字化提升關(guān)鍵因素分析

污泥是污水處理過程中產(chǎn)生的衍生物，目前污泥的主要處置方式為土地利用、填埋和焚燒。無論何種方式，污泥干化焚燒都是實(shí)現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化和資源化的重要途徑。 污泥干化焚燒工藝包括脫水、干化和焚燒3 個(gè)環(huán)節(jié)，詳細(xì)流程如圖2 所示。

圖2 污泥干化焚燒典型工藝流程

污泥干化焚燒是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，存在慣性、滯后、非線性、時(shí)變、工作環(huán)境和干擾的不確定性，同時(shí)，污泥熱值及含水率無法準(zhǔn)確實(shí)時(shí)計(jì)算測量。因此，需對(duì)于所采集的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)變化規(guī)律進(jìn)行研究，干化過程包括：污泥處理量、蒸汽參數(shù)、載氣入口流量、出口溫度等；焚燒過程包括：燃燒溫度、輔助燃料投加量、空氣預(yù)熱溫度、流量等。基于此，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法，建立不同運(yùn)行工況下干化蒸汽耗量/干化尾氣參數(shù)、輔助燃料投加量/燃燒溫度、蒸汽產(chǎn)量等預(yù)測模型(圖3)。

圖3 污泥干化焚燒工藝數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)預(yù)測建模

日常運(yùn)行管理中有大量傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可對(duì)污泥干化焚燒過程中主要關(guān)鍵參數(shù)如污泥含水率、干燥機(jī)溫度、燃燒爐溫度、煙氣排放指標(biāo)參數(shù)等進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)巡視。以歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)對(duì)主關(guān)鍵參數(shù)均設(shè)置上下限報(bào)警功能，當(dāng)所采集參數(shù)低于下限或者高于上限之后及時(shí)報(bào)警提醒。統(tǒng)計(jì)分析歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)最大值、最小值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，繪制數(shù)據(jù)分布直方圖及箱型圖，對(duì)數(shù)據(jù)值的正常范圍、變化規(guī)律進(jìn)行分析,當(dāng)所采集參數(shù)不在正常范圍內(nèi)或者超出一定范圍時(shí)，及時(shí)預(yù)警。針對(duì)污泥干化過程分析歷史運(yùn)行過程中不同污泥進(jìn)泥量、蒸汽參數(shù)情況下干化機(jī)出口載氣溫度、壓力等變化規(guī)律挖掘干化機(jī)最大產(chǎn)能與最少能耗物耗之間的平衡點(diǎn)。建立污泥焚燒爐不同位置的溫度分析摸索平均溫度隨時(shí)間變化的趨勢，進(jìn)而對(duì)其運(yùn)行工況進(jìn)行診斷并及時(shí)預(yù)警。

引入邊云協(xié)同的智能污泥干化過程控制方法和設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，借助邊云協(xié)同技術(shù)對(duì)污泥干化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。邊緣計(jì)算靠近工業(yè)制造物理現(xiàn)場，實(shí)時(shí)敏捷，降低網(wǎng)絡(luò)資源需求，其特點(diǎn)正適合污泥處理現(xiàn)場的過程控制、全樣本數(shù)據(jù)采集以及多維度多結(jié)構(gòu)多尺度的數(shù)據(jù)融合，同時(shí)通過數(shù)據(jù)的互通，實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同的架構(gòu)。在邊緣側(cè)利用流數(shù)據(jù)分析對(duì)污泥干化數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)去冗余、數(shù)據(jù)預(yù)處理和協(xié)議轉(zhuǎn)換。邊緣流數(shù)據(jù)是分析通過在設(shè)備端進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，可以快速響應(yīng)設(shè)備狀態(tài)的變化，對(duì)于異常情況可以立即采取措施。同時(shí)，這種方法顯著降低了需要傳輸?shù)皆贫说臄?shù)據(jù)量，減少了網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力，并提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。數(shù)據(jù)清洗即去除污泥干化過程中產(chǎn)生的噪聲、異常值和錯(cuò)誤值，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。協(xié)議轉(zhuǎn)換確保邊緣設(shè)備和云端平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交換順暢，避免協(xié)議不匹配導(dǎo)致的通信問題。在云端訓(xùn)練污泥干化預(yù)測模型，通過對(duì)比多元線性回歸和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法回歸預(yù)測的精度，確定在邊緣側(cè)推理深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測干泥含水率；其中利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型壓縮技術(shù)對(duì)訓(xùn)練好的含水率模型進(jìn)行輕量化處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥干化數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、高效處理和分析，提高污泥干化過程的精確控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化。

3 設(shè)施設(shè)備數(shù)字化管理關(guān)鍵因素分析

設(shè)施設(shè)備的智能化改造，作為污水廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心組成部分，其目的在于顯著提升設(shè)施設(shè)備的可靠性及穩(wěn)定性，確保污水廠設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行既安全又經(jīng)濟(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。這一改造過程旨在優(yōu)化設(shè)備資產(chǎn)在其全生命周期內(nèi)的績效表現(xiàn)、風(fēng)險(xiǎn)管理及成本控制，以達(dá)成綜合最優(yōu)化的效果。具體而言，該智能化改造涵蓋了現(xiàn)場智能巡檢、設(shè)備智能診斷評(píng)估系統(tǒng)以及設(shè)備故障維護(hù)管理平臺(tái)等多個(gè)方面。

現(xiàn)場智能巡檢系統(tǒng)依據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求，精心布局了多個(gè)巡檢點(diǎn),并通過對(duì)巡檢人員的時(shí)間與位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保巡檢工作的有序進(jìn)行。系統(tǒng)不僅支持多人同時(shí)完成全部巡檢任務(wù)，也允許分批次進(jìn)行，最終根據(jù)巡檢結(jié)果計(jì)算所需時(shí)間，并依據(jù)不同設(shè)備類型設(shè)定相應(yīng)的巡檢頻率。在每個(gè)巡檢點(diǎn)，系統(tǒng)均要求拍攝記錄，并將巡檢要求及標(biāo)準(zhǔn)手勢作為學(xué)習(xí)參考資料提供給巡檢人員，以確保巡檢工作的標(biāo)準(zhǔn)化與高效性。此外，系統(tǒng)還集成了臨時(shí)任務(wù)管理功能，允許管理人員針對(duì)巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的異常情況，及時(shí)發(fā)布臨時(shí)任務(wù)進(jìn)行處理與記錄，從而強(qiáng)化運(yùn)行人員對(duì)現(xiàn)場問題的主動(dòng)分析能力與快速響應(yīng)速度。

目前，鑒于眾多城鎮(zhèn)污水處理廠正積極推進(jìn)惡臭污染物的封閉收集、輸送與處理工作，傳統(tǒng)的生物池曝氣監(jiān)控方法已難以持續(xù)。在此背景下，開發(fā)無人巡檢裝置顯得尤為重要，其不僅簡化了在加蓋封閉區(qū)域內(nèi)的巡檢作業(yè)流程，顯著提升了作業(yè)安全性,還有效滿足了工藝運(yùn)行的日常監(jiān)測需求。作為1種高度實(shí)用的技術(shù)設(shè)備，封閉環(huán)境下的無人巡檢裝置需具備以下核心功能：確保在生物處理曝氣池內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定航行，保障巡檢作業(yè)的連續(xù)性與準(zhǔn)確性；實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)并即時(shí)上傳，為工藝調(diào)控提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息支持；自動(dòng)生成巡檢報(bào)告，并對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行智能識(shí)別與提示，助力管理人員迅速響應(yīng)潛在問題；自動(dòng)完成水質(zhì)樣品的采集與保存工作，為后續(xù)分析與研究提供可靠樣本；在封閉環(huán)境中實(shí)現(xiàn)裝置的實(shí)時(shí)定位，并同步傳輸巡檢圖像，增強(qiáng)監(jiān)控的直觀性與全面性。

為確保污水廠高效、穩(wěn)定和安全運(yùn)行，建立設(shè)備能效評(píng)估及診斷模型。對(duì)于污水污泥處理過程中重要旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，基于流體力學(xué)理論，建立相應(yīng)的效率評(píng)估模型，包括風(fēng)機(jī)、水泵、螺桿泵等。通過多參數(shù)的敏感性分析，識(shí)別具體參數(shù)對(duì)模型的輸出影響，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)備的開啟策略和最佳工作區(qū)間，動(dòng)態(tài)調(diào)整投入運(yùn)行設(shè)備數(shù)量和轉(zhuǎn)速，降低能耗和自身磨損。通過對(duì)主要關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行評(píng)估，直觀地反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。通過查看設(shè)備的評(píng)估結(jié)果對(duì)比現(xiàn)在設(shè)備的實(shí)際使用情況，運(yùn)行人員根據(jù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行設(shè)備的工藝參數(shù)調(diào)整。若評(píng)估結(jié)果出現(xiàn)異常，可快速鎖定非正常工況的設(shè)備及時(shí)進(jìn)行檢修。實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的故障維修模式向基于設(shè)備狀態(tài)的維護(hù)模式轉(zhuǎn)變。這種模式能夠更好地預(yù)測和防止設(shè)備故障，恰當(dāng)及時(shí)地對(duì)設(shè)備開展有效的運(yùn)維工作，避免當(dāng)修不修或過度維修。

4 城鎮(zhèn)污水處理廠管理平臺(tái)數(shù)字化建設(shè)

打造設(shè)備故障維修系統(tǒng)綜合管理平臺(tái)，全面覆蓋從故障發(fā)現(xiàn)、工藝適應(yīng)性調(diào)整、故障深度分析、維修任務(wù)部署、具體維修內(nèi)容執(zhí)行、設(shè)備調(diào)試以及恢復(fù)生產(chǎn)等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保所有相關(guān)信息均能在系統(tǒng)內(nèi)得到及時(shí)反映。通過整合運(yùn)行、維修及管理人員之間的留言互動(dòng)與會(huì)商記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備維修流程的全方位過程管理，確保每一步操作均有據(jù)可查，有跡可循。引入了維修統(tǒng)計(jì)功能，能夠直觀展現(xiàn)不同系統(tǒng)的故障概況及3 d內(nèi)修復(fù)效率，為管理人員提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。從故障發(fā)現(xiàn)到維修完成的整個(gè)過程中，所有參與人員的操作記錄均被妥善保存在后臺(tái)系統(tǒng)中，并據(jù)此生成趨勢圖表，以便于管理人員進(jìn)行深入的統(tǒng)計(jì)與分析。融合建筑信息模型(BIM)技術(shù)，使得設(shè)備在三維空間中的位置與狀態(tài)能夠得到直觀展示。基于BIM中的設(shè)備位置信息及先進(jìn)的路徑規(guī)劃算法，系統(tǒng)能夠自動(dòng)計(jì)算出最優(yōu)的檢修順序與路徑，并通過三維可視化方式呈現(xiàn)給檢修人員，極大地提升了他們對(duì)檢修流程的理解與掌握程度。結(jié)合歷史檢修數(shù)據(jù)與專家知識(shí)庫，對(duì)不同檢修方案的成本效益進(jìn)行全面評(píng)估，從而為管理人員提供科學(xué)合理的決策依據(jù)，助力實(shí)現(xiàn)設(shè)備維修管理的最優(yōu)化。

依據(jù)國家“雙碳”目標(biāo)的總體部署，嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)劃污水處理廠碳排放核算的信息化平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)，并配套實(shí)施碳排放管理平臺(tái)的建設(shè)。此舉旨在精確掌握污水處理廠的碳排放狀況，為科學(xué)制定碳減排策略提供堅(jiān)實(shí)的依據(jù)，并確保碳排放核算與碳交易數(shù)據(jù)的合法性與準(zhǔn)確性。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中，嚴(yán)格遵循并參考了國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及地方標(biāo)準(zhǔn)，以確保平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化與自動(dòng)化水平。通過減少人工干預(yù),實(shí)現(xiàn)外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)的無縫對(duì)接與自動(dòng)導(dǎo)入，有效縮減中間環(huán)節(jié)與操作流程，提升工作效率。此外，還需注重?cái)?shù)據(jù)分析結(jié)果的多維度展示，以增強(qiáng)其可讀性與實(shí)用性，進(jìn)而強(qiáng)化智能輔助決策的科學(xué)性與有效性。具體而言，碳排放管理平臺(tái)應(yīng)涵蓋溫室氣體排放核算、核算配置、統(tǒng)計(jì)分析、碳匯項(xiàng)目追蹤、碳排放評(píng)價(jià)及碳排放數(shù)據(jù)管理等功能模塊(圖4)，以全面支撐污水處理廠的碳排放管理工作。

圖4 污水處理廠碳排放平臺(tái)建設(shè)關(guān)鍵功能匯總

溫室氣體排放核算可根據(jù)污水處理行業(yè)已頒布的溫室氣體排放核算方法，建立各類核算公式。核算公式和排放因子均可進(jìn)行添加或刪減,確保核算體系不斷與時(shí)俱進(jìn)。核算過程中，系統(tǒng)將自動(dòng)采集所需數(shù)據(jù)，并通過預(yù)設(shè)的核算公式進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，得出排放量的具體結(jié)果。按照不同的工藝模塊進(jìn)行碳排放的細(xì)致核算，并在完成各模塊核算后，將結(jié)果進(jìn)行合并統(tǒng)計(jì)，以全面反映整體排放情況。計(jì)算完成后，利用多種統(tǒng)計(jì)維度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，并通過可視化手段直觀展示分析結(jié)果，如歷年碳排放數(shù)據(jù)的比較分析，以識(shí)別出碳排放數(shù)據(jù)差異較大的部分，進(jìn)而評(píng)估并分析降本增效措施的實(shí)施效果。低碳運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)直接計(jì)算出評(píng)價(jià)結(jié)果。當(dāng)新的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時(shí)，系統(tǒng)能夠靈活適應(yīng)，采用不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行多重評(píng)價(jià)，以全面展示差異，為決策者提供更加全面和深入的參考依據(jù)。

5 城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型思考

建議在水務(wù)公司層面成立集成所有數(shù)字化資源的數(shù)據(jù)處理中臺(tái)，動(dòng)態(tài)靈活地響應(yīng)不同需求進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同污水處理廠內(nèi)部各部門以及與外部機(jī)構(gòu)的信息共享和協(xié)調(diào)工作。數(shù)據(jù)處理中臺(tái)的內(nèi)涵超越一般概念的管理平臺(tái)，是一種將多元業(yè)務(wù)場景下的零散信息和管理經(jīng)驗(yàn)化零為整快速實(shí)現(xiàn)應(yīng)用與迭代的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，中臺(tái)的架構(gòu)與理念已在互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)大規(guī)模應(yīng)用。數(shù)據(jù)治理作為中臺(tái)的基礎(chǔ)與核心，旨在對(duì)各類數(shù)據(jù)信息應(yīng)用統(tǒng)一的格式和結(jié)構(gòu)，有利于不同體系之間的數(shù)據(jù)交換避免數(shù)據(jù)采集的重復(fù)勞動(dòng)和數(shù)字化項(xiàng)目的重復(fù)建設(shè)。嚴(yán)密定義數(shù)據(jù)權(quán)限，根據(jù)實(shí)際職責(zé)和生產(chǎn)需求，設(shè)置不同的數(shù)據(jù)訪問級(jí)別；采用生物識(shí)別等技術(shù)對(duì)身份進(jìn)行認(rèn)證增強(qiáng)安全性，確保敏感數(shù)據(jù)得到保護(hù)。

數(shù)據(jù)數(shù)量較為龐大，若數(shù)據(jù)失真即可能對(duì)事后的數(shù)據(jù)分析造成誤導(dǎo)進(jìn)而產(chǎn)生了錯(cuò)誤的結(jié)論做出錯(cuò)誤的系統(tǒng)調(diào)節(jié)，最終導(dǎo)致運(yùn)行異常。雖然智能化設(shè)備可自動(dòng)識(shí)別現(xiàn)場環(huán)境并進(jìn)行反應(yīng)，但這不能避免人為操作的介入，手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)有可能出現(xiàn)人為錯(cuò)誤產(chǎn)生誤導(dǎo)信息導(dǎo)致錯(cuò)誤的決策。因此，為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，應(yīng)建立數(shù)據(jù)追溯和備份機(jī)制，結(jié)合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和異常檢測，在確保數(shù)據(jù)有備份可追溯的情況下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最大化地確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，保障數(shù)據(jù)分析的效率。隨著數(shù)據(jù)量的增加和系統(tǒng)的復(fù)雜化以及數(shù)據(jù)訪問的頻繁，數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)成為重要考量。需要建立嚴(yán)格的數(shù)據(jù)安全管理體系，確保數(shù)據(jù)不被非法訪問或泄露。

城鎮(zhèn)污水處理廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個(gè)逐步提升的過程，遵循著螺旋式上升的路徑，從長遠(yuǎn)看必定可達(dá)成降本增效的目的。但在轉(zhuǎn)型的初期，導(dǎo)入新設(shè)備后勢必增加整體的系統(tǒng)維護(hù)以滿足新設(shè)備、新兼容性軟件的更新以及新技術(shù)的人員培訓(xùn)。這需要較大的技術(shù)和資金投入，對(duì)于一些中小型污水處理企業(yè)而言是最大的挑戰(zhàn)。這需要在企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略中提前做出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)劃，明確數(shù)字化轉(zhuǎn)型的緊迫性和重要性，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序。先從最基礎(chǔ)和最迫切需要改進(jìn)的環(huán)節(jié)入手，逐步推進(jìn)到更復(fù)雜的系統(tǒng)升級(jí)。在每個(gè)階段，都應(yīng)設(shè)定明確的目標(biāo)和時(shí)間表，同時(shí)評(píng)估轉(zhuǎn)型過程中的風(fēng)險(xiǎn)和收益。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型開展和推廣的過程中，不應(yīng)只關(guān)注生產(chǎn)力的提高，還需關(guān)心數(shù)字化項(xiàng)目如何改變了運(yùn)行管理人員的工作環(huán)境和工作節(jié)奏。只有贏得污水廠內(nèi)部廣泛的支持，并提升生產(chǎn)人員的管理能力與服務(wù)意識(shí)，才能確保信息化工具得到高效利用。鼓勵(lì)跨部門人員之間的經(jīng)驗(yàn)分享是非常有效的知識(shí)傳播方式，能促進(jìn)組織內(nèi)部的相互學(xué)習(xí)和一體化協(xié)同創(chuàng)新，信息化工具可以提高管理效率，但良好的管理理念和方法同樣重要。

6 結(jié)論

在雙碳目標(biāo)的宏偉藍(lán)圖下，深入探索城鎮(zhèn)污水處理廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑，對(duì)于推動(dòng)污水處理行業(yè)的降本增效與可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。此轉(zhuǎn)型進(jìn)程高度依賴于自動(dòng)化控制技術(shù)的深度應(yīng)用、實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的精準(zhǔn)部署，以及人工智能與大數(shù)據(jù)分析等前沿技術(shù)的有機(jī)融合，旨在顯著提升污水處理的精細(xì)化管控效率，并切實(shí)達(dá)成降本增效的目標(biāo)。數(shù)字化工藝管理體系的構(gòu)建，通過巧妙整合機(jī)理模型、數(shù)理模型及大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的強(qiáng)大力量，為工藝運(yùn)行提供了全方位、自動(dòng)化的分析、評(píng)估、預(yù)測及優(yōu)化功能，從而引領(lǐng)工藝運(yùn)行邁向智能化新紀(jì)元。智能化污水處理廠則依托本地中央控制系統(tǒng)與信息化系統(tǒng)構(gòu)建的緊密管理閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)了工藝數(shù)據(jù)的即時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)與精準(zhǔn)反饋，進(jìn)一步提升了運(yùn)營效率。針對(duì)污泥干化焚燒環(huán)節(jié)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，引入機(jī)器學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建了精準(zhǔn)的預(yù)測模型，并融合了邊緣計(jì)算與云端協(xié)同技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢，以期大幅提高污泥處理的效率與穩(wěn)定性。同時(shí)，設(shè)施設(shè)備的數(shù)字化管理亦不容忽視，通過智能巡檢、診斷評(píng)估系統(tǒng)及故障維護(hù)管理平臺(tái)，設(shè)備的運(yùn)行可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)性得到了顯著提升，設(shè)備全生命周期的優(yōu)化管理得以實(shí)現(xiàn)。為積極響應(yīng)碳減排號(hào)召，建設(shè)碳排放管理平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)碳排放的精確核算與高效管理，為碳減排工作提供堅(jiān)實(shí)支撐。在推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，特別指出數(shù)據(jù)處理中臺(tái)的重要性，以確保信息的暢通共享與高效動(dòng)態(tài)協(xié)同。對(duì)于污水處理企業(yè)來說，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為一個(gè)不可忽視且必須面對(duì)的重要趨勢。這一轉(zhuǎn)型的推進(jìn)并不僅僅涉及到技術(shù)層面的更新?lián)Q代和業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化，更是一個(gè)全面的變革。涵蓋了企業(yè)戰(zhàn)略的精準(zhǔn)定位、企業(yè)文化的深刻變革以及組織能力的全面提升。借助數(shù)字化轉(zhuǎn)型賦能，污水處理企業(yè)能夠更有效地適應(yīng)市場需求，并實(shí)現(xiàn)減污降碳的協(xié)同效應(yīng)。

本文來源于《凈水技術(shù)》2025年第5期“凈水技術(shù)前沿與熱點(diǎn)綜述”，內(nèi)容略有刪減，原標(biāo)題為《雙碳背景下城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型關(guān)鍵因素探究》，作者鄒博源(上海城投污水處理有限公司，上海 201203）。

水系統(tǒng)智能化技術(shù)研討會(huì)（2025）報(bào)告火熱征集中

作為中國土木工程學(xué)會(huì)水工業(yè)分會(huì)的系列會(huì)議，自2016年首次召開以來，水系統(tǒng)智能化技術(shù)研討會(huì)已連續(xù)舉辦了7次。研討會(huì)搭建了我國水系統(tǒng)智能化領(lǐng)域的“產(chǎn)、學(xué)、研、用”的交流平臺(tái)，通過開展學(xué)術(shù)交流，助力水系統(tǒng)智能化發(fā)展，取得了良好效果，影響不斷擴(kuò)大。

為深入探索智慧水務(wù)建設(shè)運(yùn)營模式，進(jìn)一步推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)與城鎮(zhèn)水務(wù)深度融合，及時(shí)總結(jié)和交流水系統(tǒng)智能化技術(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，全面提升城鎮(zhèn)水務(wù)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平，支撐精準(zhǔn)高效的城市管理，經(jīng)向中國土木工程學(xué)會(huì)申請(qǐng)，水系統(tǒng)智能化技術(shù)研討會(huì)（2025）已正式定檔于2025年9月22-24日 成都召開！

大會(huì)報(bào)告征集

會(huì)議現(xiàn)征集與水系統(tǒng)智能化相關(guān)的前沿研究、工程實(shí)踐和技術(shù)創(chuàng)新等報(bào)告內(nèi)容，請(qǐng)有意向在本次會(huì)議上進(jìn)行報(bào)告交流的高校學(xué)者、水務(wù)企業(yè)和設(shè)計(jì)院等專家積極提交報(bào)告概要（投稿郵箱：shuizhineng@163.com，請(qǐng)備注郵件文件名為：水智能研討會(huì)報(bào)告摘要），組委會(huì)將組織遴選并邀請(qǐng)部分報(bào)告在會(huì)議上進(jìn)行交流。報(bào)告概要要求見附件。報(bào)告概要征集截止時(shí)間：2025年7月31日。

【掃描二維碼，下載報(bào)告概要要求附件】

會(huì)議贊助咨詢

本次會(huì)議將為國內(nèi)外城鎮(zhèn)供水排水行業(yè)相關(guān)企業(yè)提供展示產(chǎn)品和技術(shù)的平臺(tái)，主要合作項(xiàng)目包括：會(huì)議報(bào)告、會(huì)場外展示及其他合作方式等。有意進(jìn)行宣傳、交流的企業(yè)，請(qǐng)與會(huì)議承辦單位（上海《凈水技術(shù)》雜志社：孫編輯 15900878214）洽談商務(wù)合作。

往屆會(huì)議回顧

來源：本文源自《凈水技術(shù)》2025年第5期“凈水技術(shù)前沿與熱點(diǎn)綜述”

排版：李佳佳

校對(duì)：李佳佳

關(guān)于《凈水技術(shù)》

《凈水技術(shù)》創(chuàng)刊于 1982年，由上海市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主管，上海市凈水技術(shù)學(xué)會(huì)和上海城市水資源開發(fā)利用國家工程中心有限公司聯(lián)合主辦，上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán)) 有限公司和同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院提供學(xué)術(shù)支持的中國科技核心期刊，華東地區(qū)優(yōu)秀期刊。《凈水技術(shù)》2023年復(fù)合影響因子為1.348，綜合影響因子為0.875。

推薦閱讀（點(diǎn)擊標(biāo)題跳轉(zhuǎn)）

《凈水技術(shù)》2025年活動(dòng)計(jì)劃

《凈水技術(shù)》刊務(wù)理事會(huì)歡迎廣大水務(wù)企業(yè)加盟合作

詳情可咨詢經(jīng)營部 ：孫編輯 15900878214