“我們一再強調技術(shù)產(chǎn)品化，初心就是要把環(huán)保技術(shù)變成專(zhuān)利、變成產(chǎn)品。技術(shù)不能停留在紙面上，要形成產(chǎn)品化，要與新質(zhì)生產(chǎn)力、與數字化相結合?！?/span>

在近日舉行的“2024（第二十二屆）水業(yè)戰略論壇”上，上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司總工/全國工程勘察設計大師張辰以《雙碳背景下的技術(shù)產(chǎn)品化數字化》為題進(jìn)行分享，他指出行業(yè)在雙碳背景下，在科技創(chuàng )新的主導作用下，結合數字化時(shí)代的特征，面臨高效能與高質(zhì)量發(fā)展的需要。

張辰

01雙碳背景下，污水垃圾處理面臨非CO2溫室氣體減排壓力

當下，“3060”雙碳目標已廣為人知，關(guān)于“新質(zhì)生產(chǎn)力”的解讀也很多，科技創(chuàng )新在社會(huì )發(fā)展中起主導作用，高質(zhì)量發(fā)展是內在要求。對于我們行業(yè)來(lái)說(shuō)，高質(zhì)量發(fā)展還在于全生命周期選用高質(zhì)量設備，這種高質(zhì)量不僅體現在技術(shù)上，也體現在使用上，高質(zhì)量發(fā)展的理念應貫穿于決策思維與實(shí)際操作中，體現在產(chǎn)品全生命周期管理上。數字化時(shí)代，行業(yè)還要考慮如何將技術(shù)轉化為實(shí)際產(chǎn)品并融入AI等人工智能進(jìn)程中。

根據權威機構發(fā)布的數據，中國碳排放量占全球總量的比例在逐年上升，從2020年中國碳排放量129.4億噸，占全球總排放量的28%（WRI世界資源研究所統計數據）增加到2022年中國碳排放量144億噸，占全球總排放量的29%（PIK德國波茨坦氣候影響研究所數據）。盡管如此，中國仍致力于在碳達峰過(guò)程中實(shí)現高質(zhì)量發(fā)展，秉持雙碳原則，以應對氣候變化和環(huán)境問(wèn)題。

WRI2020年數據顯示，我國廢水與固廢處理碳排放量占全社會(huì )總量1.6%，但廢水和固廢處理過(guò)程中CH4和N2O的排放比例較高，分別為15%和5.6%，遠超過(guò)碳排放。根據IPCC報告，甲烷20年水平的全球增溫效應是CO2的84倍，100年水平是28倍，因此控制甲烷排放至關(guān)重要。張辰認為，世界資源研究所等機構沒(méi)有充分考慮到甲烷排放的影響，但中國需要采取行動(dòng)來(lái)減少非二氧化碳溫室氣體的排放。

我國已構建碳達峰碳中和“1+N”政策體系，包括《城鄉建設領(lǐng)域碳達峰實(shí)施方案》等，國家發(fā)改委、住建部等部門(mén)也發(fā)布了一系列文件，推動(dòng)提升污水收集效能、加快補齊城鎮污水收集和處理設施短板等。

02控排倒逼技術(shù)創(chuàng )新，新技術(shù)催生出一系列技術(shù)產(chǎn)品

通過(guò)污泥厭氧消化實(shí)現能源和物質(zhì)回收，是實(shí)現污水處理廠(chǎng)碳循環(huán)和能源自給的關(guān)鍵途徑。厭氧消化產(chǎn)生甲烷氣體，除滿(mǎn)足自身能量需求之外，還可以用于污泥氣鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)和精制提純。但國內污泥有機質(zhì)含量低，僅為國外的60%，導致厭氧消化底物不足，沼氣產(chǎn)量低。

2020年我國城市生活垃圾清運量達到23512萬(wàn)噸，廚余垃圾約占到一半，而我國廚余垃圾的處理處置，超過(guò)50%采用填埋，38%進(jìn)行焚燒。廚余垃圾的無(wú)序處理處置導致環(huán)境污染、資源浪費和安全隱患，需要從源頭減量、源頭治理。另一方面，廚余垃圾中含豐富的有機質(zhì)，可以和活性污泥、微生物等物質(zhì)協(xié)同處理，實(shí)現三大協(xié)同處理優(yōu)勢：

一是發(fā)揮組分互惠作用。利用城鎮污水污泥富含微生物、廚余垃圾富含有機質(zhì)的主要組分特點(diǎn)，可極大提高污泥氣制備效果；

二是改善系統緩沖性。能緩解沖擊負荷對產(chǎn)甲烷菌的沖擊，提高厭氧消化系統穩定性；

三是提高土壤可持續性。有機質(zhì)對土壤改良起到關(guān)鍵作用，緩解我國化肥和農藥過(guò)量施用、盲目施用帶來(lái)的土壤損害。

城鎮污水污泥和濕垃圾厭氧處理技術(shù)如何協(xié)同才能實(shí)現“1+1＞2”的效果？這其中污水污泥的預處理尤為關(guān)鍵，需要確保除砂除渣等各個(gè)環(huán)節都做到極致。在污水、污泥的預處理環(huán)節包括一系列產(chǎn)品，如城鎮污水污泥除砂除渣環(huán)節，可以?xún)?yōu)化格柵、沉砂池設計和運行，從根本上減少砂渣含量。在厭氧消化之前設置污泥研磨機、污泥篩分機等，起到漿化或過(guò)濾作用。廚余垃圾也要經(jīng)過(guò)一系列的預處理環(huán)節，可以根據廚余垃圾類(lèi)型和厭氧消化工藝選擇預處理工藝。

沼氣處理技術(shù)需要跨行業(yè)合作，首先是沼氣產(chǎn)生過(guò)程中的脫硫技術(shù)，張辰稱(chēng)，干式脫硫技術(shù)之后，出現一系列技術(shù)創(chuàng )新?；S池也面臨高排碳量問(wèn)題，我國城鎮化糞池產(chǎn)生的 CH4總量已接近了集中式污水處理廠(chǎng)的總碳排放量，美國等國家的化糞池和旱廁碳排放量和城鎮污水處理廠(chǎng)接近?；S池碳減排面臨緊迫性，這種壓力可能倒逼中國研發(fā)出新技術(shù)和新產(chǎn)品。

張辰提到一個(gè)具體的小區污水管網(wǎng)改造實(shí)例。該實(shí)例發(fā)生在上海市普陀區真光新村第八小區，涉及35棟6層住宅樓共2460戶(hù)住戶(hù)。在改造前，該小區雨污混接嚴重，污水管道堵塞、塌陷、變形嚴重，部分污水管道存在倒坡，改造將污水管全部翻排，增設建筑雨水立管，拆除化糞池。2019年改造完成后，項目未出現污水管道淤積現象，水質(zhì)測試結果顯示污水處理水質(zhì)BOD在200-300之間，COD僅為10%，氨氮幾乎沒(méi)有，這些指標均達到了源頭雨污分流的目的。

在雙碳目標的指引下，一系列新技術(shù)的誕生催生出一系列技術(shù)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品不僅在工程實(shí)踐中得到廣泛應用，還需進(jìn)一步集成小型裝配集約化一體化產(chǎn)品，實(shí)現技術(shù)的產(chǎn)品化轉化。這一過(guò)程有助于推動(dòng)技術(shù)創(chuàng )新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的深度融合，為可持續發(fā)展提供有力支撐。

03構建市政基礎設施智能化平臺，以數字化手段精準管理城市

數字化工作中對平臺建設具有重要意義，在上海市管道長(cháng)、探頭數據多的情況下，需要一個(gè)平臺來(lái)有效管理和利用這些數據。上海市政院牽頭申請并完成國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市關(guān)鍵技術(shù)及示范”專(zhuān)項《城市重大市政設施智能化運維與管控平臺構建及應用示范》，該項目構建“1+3+5+N”目標，針對五類(lèi)重大市政設施（地下管線(xiàn)、城市道路、城市環(huán)衛、應急消防、城市水務(wù)），采用了三項關(guān)鍵技術(shù)（多狀態(tài)混雜環(huán)境泛在接入技術(shù)、多源融合智能化感知終端技術(shù)、多場(chǎng)景市政設施智慧管控技術(shù)），打造一個(gè)智慧管控平臺——城市政設施智能化運維管控平臺，以上海市為示范應用主要地點(diǎn)，對智能化運維管控技術(shù)進(jìn)行綜合應用，并將“市政云”平臺接入“一網(wǎng)統管”城運中心管理平臺。

編輯：李丹

通過(guò)這個(gè)平臺，可以實(shí)時(shí)查看50項工程的在線(xiàn)數據，實(shí)現對市政設施的智能化運維與管控。此外，該平臺還接入了上海的城市運行管理平臺，并具備模擬仿真功能，比如展示從中雨到暴雨極端天氣淹沒(méi)的仿真模擬效果。

以黃埔江上游水源地工程為例，該系統針對取水位水量和用戶(hù)水量變化的問(wèn)題，建立水力模型和決策模型。通過(guò)模型開(kāi)發(fā)，系統在2021年上半年產(chǎn)生了4596條優(yōu)化方案，并自動(dòng)篩選采納，采納率為97%。隨著(zhù)模擬實(shí)施的持續進(jìn)行，方案數量在2021年下半年急劇減少，系統產(chǎn)生的方案總數990條，采納率上升到了98.9%。系統持續運行效益顯著(zhù)，實(shí)現降低能耗15.5%。此外，該模型還能精確識別漏水問(wèn)題，通過(guò)壓力變化定位漏水點(diǎn)，及時(shí)采取針對性措施解決，展現了數字模型在解決實(shí)際問(wèn)題中的有效性和實(shí)用性。

正如上面提及的，仿真模擬功能能夠模擬不同降雨情況下的積水深度，實(shí)現數字孿生技術(shù)的應用。通過(guò)在上海城市運行管理平臺上的接口，可以實(shí)時(shí)預測積水深度，并據此向可能受影響的道路區域發(fā)送預警短信，實(shí)現數字化精準管理城市。這就是將技術(shù)產(chǎn)品化，結合數字化技術(shù)，應用于城市管理中，用來(lái)提高管理效率和響應速度的真實(shí)案例。

當前BIM的應用存在浪費，設計、施工、運維等各個(gè)階段往往各自為政，沒(méi)有從源頭開(kāi)始整合。以深圳埔地嚇污水廠(chǎng)為例，該廠(chǎng)從源頭抓起，通過(guò)全過(guò)程全生命周期的BIM應用，實(shí)現整個(gè)項目的數字孿生，進(jìn)而構建數字城區和數字城市。

上海市政院在智慧水廠(chǎng)生產(chǎn)運營(yíng)中，實(shí)行BIM線(xiàn)上交接班、線(xiàn)上巡檢、報警處置、運維工單處理等。同時(shí)，也關(guān)注設備的全生命周期管理，確保在設備達到特定階段時(shí)能夠進(jìn)行相應的維護和更新。這些工作體現數字化孿生，不是僅僅停留在技術(shù)層面，而是要將技術(shù)轉化為實(shí)際的產(chǎn)品和應用，通過(guò)數字化手段來(lái)優(yōu)化和提升工作效率。04以新的轉型和創(chuàng )新舉措，助推行業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

上海市政設計院在新時(shí)代面臨新的轉型和一系列創(chuàng )新措施，設計院不再滿(mǎn)足于傳統的工程設計和匯報工作，而是致力于推動(dòng)在高質(zhì)量發(fā)展、新質(zhì)生產(chǎn)力前提下的創(chuàng )新發(fā)展。結合行業(yè)發(fā)展趨勢，目前不少?lài)鴥拳h(huán)保企業(yè)已經(jīng)開(kāi)啟了標準化模塊生產(chǎn)制造全過(guò)程自動(dòng)智能制造生產(chǎn)線(xiàn)，設計院也應創(chuàng )新設計手段，強調跨界學(xué)習和合作，如學(xué)習器械行業(yè)和化工行業(yè)的知識，利用軟件就可以將機械的設備總裝圖轉化成設備爆炸圖。

上海市政院以問(wèn)題為導向，產(chǎn)生了一系列發(fā)明專(zhuān)利并形成產(chǎn)品化、標準化。上海市政設計院通過(guò)成立企業(yè)來(lái)生產(chǎn)相關(guān)設備，從設計源頭開(kāi)始，直接將圖紙送到加工廠(chǎng)生產(chǎn)，以推動(dòng)行業(yè)的標準化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。張辰指出，這與行業(yè)內的企業(yè)沒(méi)有直接的競爭關(guān)系，環(huán)保產(chǎn)業(yè)必須注重標準化，只有標準化才能實(shí)現行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

編輯：李丹