雙碳目標下，環保技術如何實現產品化、數字化與產業化的融合？

時間： 2024-05-14 09:48

來源：中國水網

作者：張辰

“我們一再強調技術產品化，初心就是要把環保技術變成專利、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、與數字化相結合。”

在近日舉行的“2024（第二十二屆）水業戰略論壇”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《雙碳背景下的技術產品化數字化》為題進行分享，他指出行業在雙碳背景下，在科技創新的主導作用下，結合數字化時代的特征，面臨高效能與高質量發展的需要。

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，科技創新在社會發展中起主導作用，高質量發展是內在要求。對于我們行業來說，高質量發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在技術上，也體現在使用上，高質量發展的理念應貫穿于決策思維與實際操作中，體現在產品全生命周期管理上。數字化時代，行業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。

根據權威機構發布的數據，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程中實現高質量發展，秉持雙碳原則，以應對氣候變化和環境問題。

WRI2020年數據顯示，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《城鄉建設領域碳達峰實施方案》等，國家發改委、住建部等部門也發布了一系列文件，推動提升污水收集效能、加快補齊城鎮污水收集和處理設施短板等。

02控排倒逼技術創新，新技術催生出一系列技術產品

通過污泥厭氧消化實現能源和物質回收，是實現污水處理廠碳循環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、微生物等物質協同處理，實現三大協同處理優勢：

一是發揮組分互惠作用。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，提高厭氧消化系統穩定性；

三是提高土壤可持續性。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。

城鎮污水污泥和濕垃圾厭氧處理技術如何協同才能實現“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節都做到極致。在污水、污泥的預處理環節包括一系列產品，如城鎮污水污泥除砂除渣環節，可以優化格柵、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。廚余垃圾也要經過一系列的預處理環節，可以根據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，出現一系列技術創新。化糞池也面臨高排碳量問題，我國城鎮化糞池產生的 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出新技術和新產品。

張辰提到一個具體的小區污水管網改造實例。該實例發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戶住戶。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，實現技術的產品化轉化。這一過程有助于推動技術創新與產業發展的深度融合，為可持續發展提供有力支撐。

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、探頭數據多的情況下，需要一個平臺來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研發計劃“物聯網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、城市環衛、應急消防、城市水務），采用了三項關鍵技術（多狀態混雜環境泛在接入技術、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“一網統管”城運中心管理平臺。

通過這個平臺，可以實時查看50項工程的在線數據，實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水量變化的問題，建立水力模型和決策模型。通過模型開發，系統在2021年上半年產生了4596條優化方案，并自動篩選采納，采納率為97%。隨著模擬實施的持續進行，方案數量在2021年下半年急劇減少，系統產生的方案總數990條，采納率上升到了98.9%。系統持續運行效益顯著，實現降低能耗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，展現了數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，實現數字孿生技術的應用。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，并據此向可能受影響的道路區域發送預警短信，實現數字化精準管理城市。這就是將技術產品化，結合數字化技術，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，實現整個項目的數字孿生，進而構建數字城區和數字城市。

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。這些工作體現數字化孿生，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，通過數字化手段來優化和提升工作效率。04以新的轉型和創新舉措，助推行業產業化發展

上海市政設計院在新時代面臨新的轉型和一系列創新措施，設計院不再滿足于傳統的工程設計和匯報工作，而是致力于推動在高質量發展、新質生產力前提下的創新發展。結合行業發展趨勢，目前不少國內環保企業已經開啟了標準化模塊生產制造全過程自動智能制造生產線，設計院也應創新設計手段，強調跨界學習和合作，如學習器械行業和化工行業的知識，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，以推動行業的標準化和產業化發展。張辰指出，這與行業內的企業沒有直接的競爭關系，環保產業必須注重標準化，只有標準化才能實現行業的產業化發展。

編輯：李丹

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