2023年12月5日晚，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院組織、多家單位聯(lián)合協(xié)辦的全球環(huán)境科學(xué)高峰論壇（GloBal Environment Science SummiT, BEST）系列講座第十六期順利舉行。本期邀請了來自香港城市大學(xué)的袁志國院士，袁志國院士以“城市水系統(tǒng)綜合管理機(jī)遇”為主題進(jìn)行了精彩報(bào)告。報(bào)告在騰訊會議、環(huán)境人微信視頻號、BEST論壇官方B站、蔻享學(xué)術(shù)、邃瞳科學(xué)云、中國給水排水以及給水排水等網(wǎng)絡(luò)平臺同步直播，共計(jì)一萬五千余名來自環(huán)境領(lǐng)域的專家、學(xué)者、研究生及工程技術(shù)人員參與了本次講座。

報(bào)告正式開始前，哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院院長馮玉杰教授對本期講座嘉賓進(jìn)行介紹，表達(dá)了主辦方對袁志國院士的誠摯感謝，也表達(dá)了對來自全球觀眾的熱烈歡迎。BEST第十六期主持團(tuán)包括BEST論壇的主席、哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院院長馮玉杰教授、哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院副院長邢德峰教授、武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院彭來教授、以及哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉國宏博士、梁丹丹博士。

【精彩報(bào)告回顧】

袁志國院士以《城市水系統(tǒng)綜合管理機(jī)遇》為題進(jìn)行報(bào)告，報(bào)告對城市水系統(tǒng)的綜合管理和數(shù)字化優(yōu)化展開了深入的分析。報(bào)告中袁志國院士理論聯(lián)系實(shí)際，揭示了鐵鹽在污水管理中的作用效果；通過大數(shù)據(jù)和智能化調(diào)控優(yōu)化各系統(tǒng)控制策略，對未來實(shí)現(xiàn)城市水系統(tǒng)的數(shù)字化綜合管理提出了美好愿景。

鐵鹽在水系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用

袁院士總結(jié)了團(tuán)隊(duì)自2008年以來近十五年時間對鐵鹽在水系統(tǒng)中綜合應(yīng)用的思考。首先袁院士團(tuán)隊(duì)提出管網(wǎng)中投加鐵鹽可能產(chǎn)生的五個優(yōu)勢：（1）控制管網(wǎng)中硫化氫；（2）去除污水處理廠中的磷；（3）提升污泥沉降性能；（4）去除發(fā)酵氣中硫化氫；（5）增強(qiáng)厭氧發(fā)酵污泥的脫水性能。從實(shí)驗(yàn)室研究到實(shí)際水廠運(yùn)行論證兩個方面展開：

實(shí)驗(yàn)室研究：首先在實(shí)驗(yàn)室條件下構(gòu)建了模擬污水處理系統(tǒng)，對比了在污水管網(wǎng)中添加/不添加鐵鹽的影響，來驗(yàn)證上述提出的五點(diǎn)假設(shè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)中硫化氫得到50%的去除，污水處理系統(tǒng)出水中磷濃度也下降50%，在厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中H2S的量下降了90%，污泥SVI降低了30%，污泥沉降性能有所提升，并且污泥的脫水性增加了18%。因此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果完美地驗(yàn)證了提出的五點(diǎn)猜想，該方法的提出對于工業(yè)界而言也大有裨益。

污水處理廠實(shí)際驗(yàn)證：接下來，袁院士團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了實(shí)際污水處理廠的論證（布里斯班污水處理廠，日處理量12萬噸），在僅添加少量鐵鹽的情況下，磷的去除率從原來的24%提升到了51%，厭氧消化系統(tǒng)中硫化氫的去除率也達(dá)到了96%，污泥的沉降性能以及脫水性能也得到大幅度提升。該內(nèi)容深刻地揭示了鐵鹽投加對污水處理系統(tǒng)的有益作用，并彰顯了其對于污水管理的重要指導(dǎo)作用。

鐵鹽來源：那么這些鐵鹽來自哪里？考慮到供應(yīng)鏈問題、傳輸距離問題和溶液配對等問題，袁院士團(tuán)隊(duì)提出了電化學(xué)法原位生成碳酸亞鐵來替代傳統(tǒng)鐵鹽的創(chuàng)新方法。該系統(tǒng)提出了一種新的綜合管理工藝，有望實(shí)現(xiàn)更安全、更經(jīng)濟(jì)和更環(huán)保的鐵鹽供應(yīng)，同時還能達(dá)到去除沼氣中CO2、H2S和NH3的目的。該研究利用鐵作為陽極，去除系統(tǒng)中二氧化碳，同時生產(chǎn)鐵鹽FeCO3。沼氣中的CO2與陰極產(chǎn)生的兩個氫氧根（OH-）結(jié)合生成碳酸根（CO32-），之后與陽極產(chǎn)生的Fe2+ 結(jié)合生成FeCO3沉淀。將該鐵鹽投入管網(wǎng)中，達(dá)到了與前述投加氯化亞鐵同樣的效果。該研究中提出的E-FeCO3工藝作為一個單獨(dú)的運(yùn)行單元，理論上可與現(xiàn)有的污水處理系統(tǒng)無縫對接，既有望為水處理工業(yè)提供一條更安全，更經(jīng)濟(jì)以及更環(huán)保的鐵鹽供應(yīng)鏈，又能夠大量去除沼氣中的CO2（還有H2S和NH3），實(shí)現(xiàn)沼氣的升級。此外袁教授又進(jìn)一步介紹了水系統(tǒng)管理中硫化氫濃度的控制優(yōu)化與鐵鹽的多元應(yīng)用。

數(shù)字化控制、優(yōu)化與機(jī)器學(xué)習(xí)

在線控制：袁院士在報(bào)告中指出，數(shù)字化給水系統(tǒng)綜合管理帶來機(jī)遇，尤其是在線控制與在線優(yōu)化方面。袁院士從實(shí)際案例解析出發(fā)，通過對用戶的用水行為和交互情況進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，改善了水系統(tǒng)的整體性能，又對用水高峰時間進(jìn)行調(diào)整，降低了供水系統(tǒng)的壓力，實(shí)現(xiàn)了一個城市供水系統(tǒng)的策略優(yōu)化。此外，袁院士介紹了數(shù)字化在污水管網(wǎng)和重大水體的綜合優(yōu)化和綜合控制方面的巨大優(yōu)勢和前景，隨著大數(shù)據(jù)、算法、傳感器的進(jìn)步和算力的增加，在傳統(tǒng)的技術(shù)路線中實(shí)現(xiàn)控制策略的創(chuàng)新和優(yōu)化，具有較強(qiáng)的可行性和研究性。最后，袁院士提到了機(jī)器學(xué)習(xí)模型存在解釋性、可信度、魯棒性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)葐栴}，但這些問題可以通過增加工作量和優(yōu)化算法來解決。并以其團(tuán)隊(duì)使用在線優(yōu)化模型以控制管網(wǎng)中硫化氫的研究為案例進(jìn)行了證明，該研究利用象群算法，計(jì)算了管網(wǎng)中鐵鹽的投藥控制，又通過對信號傳輸結(jié)果進(jìn)行直接計(jì)算優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了較好的硫化氫控制結(jié)果。

袁院士提出，隨著算力和傳輸能力的提升，數(shù)字化為水系統(tǒng)綜合管理提供了強(qiáng)有力的支持，實(shí)現(xiàn)對城市水系統(tǒng)的全面監(jiān)測具有較強(qiáng)的可行性。此外，在控制過程和優(yōu)化過程中，應(yīng)盡量考慮到各個系統(tǒng)狀態(tài)，最終進(jìn)行整體優(yōu)化。

 結(jié)語

最后，袁院士總結(jié)道，未來我們?nèi)孕杓由顚Τ鞘兴�系統(tǒng)管理的理解，并從中不斷產(chǎn)生創(chuàng)新思想，數(shù)字化的迅猛發(fā)展也將為城市水系統(tǒng)管理注入新的力量。