雙碳目標下，環(huán)保技術如何實現(xiàn)產品化、數(shù)字化與產業(yè)化的融合？

“我們一再強調技術產品化，初心就是要把環(huán)保技術變成專利、變成產品。技術不能停留在紙面上，要形成產品化，要與新質生產力、與數(shù)字化相結合。”

在近日舉行的“2024（第二十二屆）水業(yè)戰(zhàn)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《雙碳背景下的技術產品化數(shù)字化》為題進行分享，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(shù)字化時代的特征，面臨高效能與高質量發(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，關于“新質生產力”的解讀也很多，科技創(chuàng)新在社會發(fā)展中起主導作用，高質量發(fā)展是內在要求。對于我們行業(yè)來說，高質量發(fā)展還在于全生命周期選用高質量設備，這種高質量不僅體現(xiàn)在技術上，也體現(xiàn)在使用上，高質量發(fā)展的理念應貫穿于決策思維與實際操作中，體現(xiàn)在產品全生命周期管理上。數(shù)字化時代，行業(yè)還要考慮如何將技術轉化為實際產品并融入AI等人工智能進程中。

根據(jù)權威機構發(fā)布的數(shù)據(jù)，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(tǒng)計數(shù)據(jù)）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(shù)據(jù)）。盡管如此，中國仍致力于在碳達峰過程中實現(xiàn)高質量發(fā)展，秉持雙碳原則，以應對氣候變化和環(huán)境問題。

WRI2020年數(shù)據(jù)顯示，我國廢水與固廢處理碳排放量占全社會總量1.6%，但廢水和固廢處理過程中CH4和N2O的排放比例較高，分別為15%和5.6%，遠超過碳排放。根據(jù)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重要。張辰認為，世界資源研究所等機構沒有充分考慮到甲烷排放的影響，但中國需要采取行動來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(xiāng)建設領域碳達峰實施方案》等，國家發(fā)改委、住建部等部門也發(fā)布了一系列文件，推動提升污水收集效能、加快補齊城鎮(zhèn)污水收集和處理設施短板等。

02控排倒逼技術創(chuàng)新，新技術催生出一系列技術產品

通過污泥厭氧消化實現(xiàn)能源和物質回收，是實現(xiàn)污水處理廠碳循環(huán)和能源自給的關鍵途徑。厭氧消化產生甲烷氣體，除滿足自身能量需求之外，還可以用于污泥氣鍋爐、熱電聯(lián)產和精制提純。但國內污泥有機質含量低，僅為國外的60%，導致厭氧消化底物不足，沼氣產量低。

2020年我國城市生活垃圾清運量達到23512萬噸，廚余垃圾約占到一半，而我國廚余垃圾的處理處置，超過50%采用填埋，38%進行焚燒。廚余垃圾的無序處理處置導致環(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，可以和活性污泥、微生物等物質協(xié)同處理，實現(xiàn)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(zhèn)污水污泥富含微生物、廚余垃圾富含有機質的主要組分特點，可極大提高污泥氣制備效果；

二是改善系統(tǒng)緩沖性。能緩解沖擊負荷對產甲烷菌的沖擊，提高厭氧消化系統(tǒng)穩(wěn)定性；

三是提高土壤可持續(xù)性。有機質對土壤改良起到關鍵作用，緩解我國化肥和農藥過量施用、盲目施用帶來的土壤損害。

城鎮(zhèn)污水污泥和濕垃圾厭氧處理技術如何協(xié)同才能實現(xiàn)“1+1＞2”的效果？這其中污水污泥的預處理尤為關鍵，需要確保除砂除渣等各個環(huán)節(jié)都做到極致。在污水、污泥的預處理環(huán)節(jié)包括一系列產品，如城鎮(zhèn)污水污泥除砂除渣環(huán)節(jié)，可以優(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，起到漿化或過濾作用。廚余垃圾也要經(jīng)過一系列的預處理環(huán)節(jié)，可以根據(jù)廚余垃圾類型和厭氧消化工藝選擇預處理工藝。

沼氣處理技術需要跨行業(yè)合作，首先是沼氣產生過程中的脫硫技術，張辰稱，干式脫硫技術之后，出現(xiàn)一系列技術創(chuàng)新。化糞池也面臨高排碳量問題，我國城鎮(zhèn)化糞池產生的 CH4總量已接近了集中式污水處理廠的總碳排放量，美國等國家的化糞池和旱廁碳排放量和城鎮(zhèn)污水處理廠接近。化糞池碳減排面臨緊迫性，這種壓力可能倒逼中國研發(fā)出新技術和新產品。

張辰提到一個具體的小區(qū)污水管網(wǎng)改造實例。該實例發(fā)生在上海市普陀區(qū)真光新村第八小區(qū)，涉及35棟6層住宅樓共2460戶住戶。在改造前，該小區(qū)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(xiàn)污水管道淤積現(xiàn)象，水質測試結果顯示污水處理水質BOD在200-300之間，COD僅為10%，氨氮幾乎沒有，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，一系列新技術的誕生催生出一系列技術產品。這些產品不僅在工程實踐中得到廣泛應用，還需進一步集成小型裝配集約化一體化產品，實現(xiàn)技術的產品化轉化。這一過程有助于推動技術創(chuàng)新與產業(yè)發(fā)展的深度融合，為可持續(xù)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(shù)字化手段精準管理城市

數(shù)字化工作中對平臺建設具有重要意義，在上海市管道長、探頭數(shù)據(jù)多的情況下，需要一個平臺來有效管理和利用這些數(shù)據(jù)。上海市政院牽頭申請并完成國家重點研發(fā)計劃“物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市關鍵技術及示范”專項《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，針對五類重大市政設施（地下管線、城市道路、城市環(huán)衛(wèi)、應急消防、城市水務），采用了三項關鍵技術（多狀態(tài)混雜環(huán)境泛在接入技術、多源融合智能化感知終端技術、多場景市政設施智慧管控技術），打造一個智慧管控平臺——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，對智能化運維管控技術進行綜合應用，并將“市政云”平臺接入“一網(wǎng)統(tǒng)管”城運中心管理平臺。

通過這個平臺，可以實時查看50項工程的在線數(shù)據(jù)，實現(xiàn)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的仿真模擬效果。

以黃埔江上游水源地工程為例，該系統(tǒng)針對取水位水量和用戶水量變化的問題，建立水力模型和決策模型。通過模型開發(fā)，系統(tǒng)在2021年上半年產生了4596條優(yōu)化方案，并自動篩選采納，采納率為97%。隨著模擬實施的持續(xù)進行，方案數(shù)量在2021年下半年急劇減少，系統(tǒng)產生的方案總數(shù)990條，采納率上升到了98.9%。系統(tǒng)持續(xù)運行效益顯著，實現(xiàn)降低能耗15.5%。此外，該模型還能精確識別漏水問題，通過壓力變化定位漏水點，及時采取針對性措施解決，展現(xiàn)了數(shù)字模型在解決實際問題中的有效性和實用性。

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，實現(xiàn)數(shù)字孿生技術的應用。通過在上海城市運行管理平臺上的接口，可以實時預測積水深度，并據(jù)此向可能受影響的道路區(qū)域發(fā)送預警短信，實現(xiàn)數(shù)字化精準管理城市。這就是將技術產品化，結合數(shù)字化技術，應用于城市管理中，用來提高管理效率和響應速度的真實案例。

當前BIM的應用存在浪費，設計、施工、運維等各個階段往往各自為政，沒有從源頭開始整合。以深圳埔地嚇污水廠為例，該廠從源頭抓起，通過全過程全生命周期的BIM應用，實現(xiàn)整個項目的數(shù)字孿生，進而構建數(shù)字城區(qū)和數(shù)字城市。

上海市政院在智慧水廠生產運營中，實行BIM線上交接班、線上巡檢、報警處置、運維工單處理等。同時，也關注設備的全生命周期管理，確保在設備達到特定階段時能夠進行相應的維護和更新。這些工作體現(xiàn)數(shù)字化孿生，不是僅僅停留在技術層面，而是要將技術轉化為實際的產品和應用，通過數(shù)字化手段來優(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)產業(yè)化發(fā)展

上海市政設計院在新時代面臨新的轉型和一系列創(chuàng)新措施，設計院不再滿足于傳統(tǒng)的工程設計和匯報工作，而是致力于推動在高質量發(fā)展、新質生產力前提下的創(chuàng)新發(fā)展。結合行業(yè)發(fā)展趨勢，目前不少國內環(huán)保企業(yè)已經(jīng)開啟了標準化模塊生產制造全過程自動智能制造生產線，設計院也應創(chuàng)新設計手段，強調跨界學習和合作，如學習器械行業(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。

上海市政院以問題為導向，產生了一系列發(fā)明專利并形成產品化、標準化。上海市政設計院通過成立企業(yè)來生產相關設備，從設計源頭開始，直接將圖紙送到加工廠生產，以推動行業(yè)的標準化和產業(yè)化發(fā)展。張辰指出，這與行業(yè)內的企業(yè)沒有直接的競爭關系，環(huán)保產業(yè)必須注重標準化，只有標準化才能實現(xiàn)行業(yè)的產業(yè)化發(fā)展。

編輯： 李丹