建立城鎮(zhèn)水體污染治理工程成果轉(zhuǎn)化市場化
運行機制，搭建產(chǎn)業(yè)科研間橋梁
WATER POLLUTION CONTROL TECHNOLOGY MAJOR PROJECT
政策動態(tài)
POLICIES
“阿里云“進入水務行業(yè)的方式則是與一家國內(nèi)的二次供水公司合作,，與其說是進入，不如說是這家水務企業(yè)采用了它的IoT套件和云計算服務,。
還有一家更加專業(yè)的工業(yè)數(shù)據(jù)庫的企業(yè)OSI(傲時),，以實時數(shù)據(jù)庫PI系統(tǒng)頗有點名氣，與我們的團隊有過多次交流,，然而至今還沒有給我提供過一個完整的污水處理行業(yè)的應用案例,。在它們的宣傳材料中，列出了6條案例精華,，沒有一條是完全關(guān)于污水處理廠的,。
由此看來，“智慧水務“的特指,，是它絕大多數(shù)指向了自來水和供水行業(yè),，污水處理行業(yè)乏例可陳。2017年,，“中國水網(wǎng)”分享了20個智慧水務的案例,，其中只有兩個是關(guān)于污水處理廠的，并且這兩個案例都講的是污水處理廠的運營管理系統(tǒng),。是什么原因造成了這種“智慧水務“只在供水行業(yè)出現(xiàn)的局面,？答案很簡單，是經(jīng)濟的驅(qū)動力,。公司近來剛剛完成了一單精確曝氣（常被劃歸智慧水務的范疇）項目的測試,，初步的結(jié)果顯示可以節(jié)省曝氣環(huán)節(jié)15%的用電。用一般的耗電基準看來,，節(jié)電量為0.015kW·h/立方米,，10萬立方米規(guī)模的處理廠每天可節(jié)電費1200元。對于一個同樣產(chǎn)能規(guī)模的自來水供水企業(yè)來說,，它如果用智慧水務的手段降低了15%的產(chǎn)銷差,，收益卻可以達到60000元/天（以4元/立方主價格計）,，兩者相差50倍之巨。假如投資在這二者之間有所選擇的話,，污水處理行業(yè)沒有絲毫的競爭力,。還不僅如此，污水處理廠無論怎樣的節(jié)能降耗,，并不會改變營業(yè)收入,，因為污水處理收費是固定的；而自來水廠降低產(chǎn)銷差所帶來的收益,，是額外的真金白銀的收入,，營業(yè)額提升15%！“開源“的誘惑力哪里是”節(jié)流“可以相比的,？既然業(yè)內(nèi)口中的“智慧水務“特指自來水,，那么污水處理行業(yè)還有沒有智慧水務？如果有,，該如何搞,？我想對于污水處理行業(yè)來講，至少有一門必修課,，是不以投資財力為條件而必需要做的,，那就是企業(yè)管理信息化。對于工業(yè)企業(yè)而言,，信息化成功的范本非常多，但是對于我們污水處理行業(yè)而言,，這方面的案例還很缺,。如果把嚴格的排放標準和給定的污水處理費作為限定條件的話，污水處理行業(yè)的資源配置就會成為一門學問,，我們越是在這個行業(yè)內(nèi)耕耘得時間長,，就越能體會到從規(guī)劃、建設(shè)到運營過程中的各方博弈（圖4）,，就越能體會“全生命周期”這個概念的重要性,。有限制條件和博弈，就一定有需求去尋找一個最佳的共贏方案,。
污水處理廠的排放尾水完全可以看作是一個工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)品,，在這個意義上我們與其它工業(yè)門類企業(yè)并沒有什么大的不同——整個特許經(jīng)營期內(nèi)的核心是資產(chǎn)的管理。對于一個有眾多污水處理廠的集團型的水務公司而言,，資產(chǎn)體量龐大,。相關(guān)各方（股東，政府,、民眾）都要通過這些資產(chǎn)實現(xiàn)他們各自的訴求或是利益,。要把這么大量的資產(chǎn)在相對較長的時期內(nèi)管理好,，就成為一個獨立的技術(shù)體系——資產(chǎn)管理（AM）。在國際上的工業(yè)標準是《PASS 55》即現(xiàn)行的《ISO 55000》家族,，在我國對應的是2016年推出的《GBT33172》系列,。
將圍繞資產(chǎn)的利益訴求變成戰(zhàn)略，再把這種戰(zhàn)略變成價值觀,、準則,、企業(yè)文化等等，貫穿,、分解和細化在特許經(jīng)營期內(nèi)的所有活動中,，這是以污水處理為主業(yè)的水務企業(yè)的最重要課題。
特許經(jīng)營期圍繞資產(chǎn)的信息和線索相當龐大,，下圖是在ISO55000標準中,，列出的資產(chǎn)管理活動方面的信息，很明顯,，將它們統(tǒng)合好,，并能上升到量化的水平，是人的經(jīng)驗所不能達到的,。
我們可以試圖在這些資產(chǎn)的相關(guān)要素之間建立聯(lián)系彼此之間的關(guān)聯(lián),，就像下圖里的一樣，很快我們就會發(fā)現(xiàn),，必須借助計算機建立的系統(tǒng)才能把它們算計清楚,。
可是，直接啟用一個從上到下全覆蓋的龐大資產(chǎn)管理系統(tǒng)很難有實施成功的實踐,。一是培訓和養(yǎng)成成本高,，所謂養(yǎng)成成本就是所有人員把這個系統(tǒng)都用到熟練和習以為常所耗的時間和精力；更為重要的一個原因于,，在一段時間內(nèi)（可以是三年）,，你不一定會感覺到它的優(yōu)越性。這時如果沒有把它當成一種企業(yè)文化或是管理文化來看待,，那么就看不到“神跡”的出現(xiàn),，很容易放棄或弱化失效，這在我們是有教訓的,。
究竟是什么樣的的軟件系統(tǒng)產(chǎn)品,，才適于用污水處理行業(yè)。全國所有的污水處理廠加起來不超過4000個,，如果考慮到以污水處理（集團）公司為單位來配置,，專用資產(chǎn)管理軟件的數(shù)量需求不會超過200套，很難有專業(yè)深耕在這個領(lǐng)域的軟件公司,。我們是指望未來有朝一日軟件產(chǎn)業(yè)將污水處理行業(yè)深度開發(fā)呢,？還是讓環(huán)境工程師去開發(fā)自身行業(yè)的應用軟件,？
經(jīng)過這幾來的實踐，我們比較認可這樣一個思路,，就是在既有的專業(yè)分工下,，先做子系統(tǒng)。如果說污水處理行業(yè)有它的專業(yè)特殊性,，那么這些圖10中子系統(tǒng)的專業(yè)特殊性會大大降低,，也就很容易在市場上找到對應的應用軟件。這里需要提一句,，我國通用軟件市場規(guī)模龐大,，從業(yè)者和企業(yè)眾多，是處于非常有利的用戶超價值期,，很容易買到物超所值的APP,，建議大家多多利用。子系統(tǒng)的應用會比大系統(tǒng)應用方便很多,，也很快就能看到效率的提升,，這同時也是一個數(shù)據(jù)庫積累和數(shù)字化工作習慣的養(yǎng)成過程。
當子系統(tǒng)的應用已經(jīng)成熟,，就有了在彼此之間打通數(shù)字化流程的基礎(chǔ),。當這些流程的聯(lián)系建立起來，距離集團級別的企業(yè)信息化平臺也就一步之遙了,。如圖10,，請大家注意，這種集成絕不是簡單的拼湊,，我這里用的是拼圖片的互相咬合,，代表著流程之間的管理邏輯和它們的通訊接口。
在實踐中,，我們也有極端的例子，那就是先集成在大平臺,，然后用得不舒服,，或是有特殊要求，把子系統(tǒng)再從大平臺脫開的,。這沒有關(guān)系,，未來還是能集成回來的。
上面這個集成過程并不是權(quán)宜之計,，它是一種規(guī)律性的過程,，是企業(yè)信息化集成的應走的路徑。請看圖11中的這個模型,，(1）首先理清企業(yè)資源,、活動和目標,；（2)其次找到信息化的需求； (3）然后圍繞這些需求去找（開發(fā)）應用,；（4）然后把這些應用組合成企業(yè)的流程,、功能和數(shù)據(jù)資源；（5),最后把上面的集成內(nèi)容放在一個平臺里,，就是企業(yè)的信息化集成平臺,。
不要認為，企業(yè)的信息化成熟可以跨越一個或多個階段,，應當事先規(guī)劃好,，一步一步來?？缭教髸芸熳岧嫶蟮南到y(tǒng)淪為虛殼,，甚至帶來商業(yè)風險。（比如說未解決子系統(tǒng)或者流程中的風險控制,，就直接進到?jīng)Q策支持）企業(yè)信息化系統(tǒng)集成的各階段都有其特征,，有它們各階段要建設(shè)的基礎(chǔ)內(nèi)容。為了方便大家理解,，我把它們做了一一簡化對應,。
在這里給出大家?guī)讞l關(guān)于污水處理企業(yè)信息化的建議
·是污水處理行業(yè)信息化，不是信息化污水處理行業(yè),，水務工程師要努力學習信息化技術(shù),；
·信息化（數(shù)字化）的工作方式需要養(yǎng)成過程，不要在開始就建立龐大系統(tǒng)（集成平臺）,；
·從功能或團隊應用開始,，逐步進展到集團平臺，要有規(guī)劃,，細節(jié)上尤其要注重接口（API）,；
·為了保證貫徹與長效，要有專業(yè)分工或組織保障（信息化專業(yè)部門）,；
·全員參與,，管理者更加不能置身于之外。
智慧水務是一個概念化十足的詞匯,，它不能用于準確的技術(shù)分類,。但是現(xiàn)在業(yè)內(nèi)但凡有點新的技術(shù)和產(chǎn)品都喜歡往這個概念里來裝。精確曝氣就常被扯到智慧水務的范疇中,。在污水處理行業(yè)中,，屬于運營優(yōu)化。
我們的團隊在精確曝氣領(lǐng)域已經(jīng)研究了快一年了，在國際上相關(guān)文獻和案例中找不到對應的詞,。對于曝氣中的節(jié)能,，本行業(yè)的工程師和科學家們也研究了幾十年了。各有各的方法,，最多的方法集中在氧氣的傳輸效率這一領(lǐng)域,。但是精確曝氣不講究這個，因此在它剛推出時顯得有些玄虛,，初期的實踐成果也不好,，以至于到現(xiàn)在還有許多業(yè)內(nèi)的輿論，說“精確曝氣沒有用”,。
在這里給出大家?guī)讞l關(guān)于污水處理企業(yè)信息化的建議
·是污水處理行業(yè)信息化,，不是信息化污水處理行業(yè)，水務工程師要努力學習信息化技術(shù),；
·信息化（數(shù)字化）的工作方式需要養(yǎng)成過程,，不要在開始就建立龐大系統(tǒng)（集成平臺）；
·從功能或團隊應用開始,，逐步進展到集團平臺,，要有規(guī)劃，細節(jié)上尤其要注重接口（API）,；
·為了保證貫徹與長效,，要有專業(yè)分工或組織保障（信息化專業(yè)部門）；
·全員參與,，管理者更加不能置身于之外,。
智慧水務是一個概念化十足的詞匯，它不能用于準確的技術(shù)分類,。但是現(xiàn)在業(yè)內(nèi)但凡有點新的技術(shù)和產(chǎn)品都喜歡往這個概念里來裝,。精確曝氣就常被扯到智慧水務的范疇中。在污水處理行業(yè)中,，屬于運營優(yōu)化,。
我們的團隊在精確曝氣領(lǐng)域已經(jīng)研究了快一年了，在國際上相關(guān)文獻和案例中找不到對應的詞,。對于曝氣中的節(jié)能,，本行業(yè)的工程師和科學家們也研究了幾十年了。各有各的方法,，最多的方法集中在氧氣的傳輸效率這一領(lǐng)域。但是精確曝氣不講究這個,，因此在它剛推出時顯得有些玄虛,，初期的實踐成果也不好，以至于到現(xiàn)在還有許多業(yè)內(nèi)的輿論，說“精確曝氣沒有用”,。
先不談它有用沒有用,，我們先從技術(shù)門類把它講通，最近我們連上了兩套所謂“精確曝氣系統(tǒng)”,，它們的核心設(shè)備是如這圖2中所示,，很明顯，精確曝氣是污水處理廠的自動化控制技術(shù),，這樣看來,，也就不那么玄虛。
精確曝氣分解到可實施的技術(shù)點,，關(guān)鍵是兩點,，一是精確的氣體流量的分配與控制，二是溶解氧的實時控制,。它們都與近年來傳感器與儀表,、變頻風機和線性閥門這些硬件的進步與升級息息相關(guān)，也得益于污水處理廠的模擬與仿真技術(shù),、CFD技術(shù)等的應用,。所以今天說的精確曝氣與五年以前談論這件事相比，具有完全不同的技術(shù)基礎(chǔ),。
以節(jié)能降耗為出發(fā)點的精確曝氣,，會為污水處理廠帶來節(jié)電的效益，但是在從業(yè)者角度而言,，意義應當遠大于此,。我們應當看到，這些新技術(shù)和裝備的應用讓污水處理廠工藝的可控性大大提升了,。反之,，如果我們只以投資效益來衡量這套系統(tǒng)，許多中小規(guī)模的污水處理廠就沒有這樣的提升機會,。
自動控制技術(shù)的進步讓全廠無人干涉的控制在未來成為可能,，還有兩條也是必不可少的條件，那就是儀表的高可靠性和污水處理廠計算機仿真模擬技術(shù)日趨成熟,。它們在一起合稱為ICA技術(shù)（儀表,、控制和自動化）。污水處理的ICA技術(shù)漸漸成為未來技術(shù)進步的主流,，特別是在“智慧水務”的大口號下,，對它的關(guān)注度已超過其它技術(shù)方向。
以ASM為代表的污水處理模型研究歷程超過了50年,，應用級別的模型推出時間也已超過了30年,，我們已經(jīng)看到了非常多的,、實用性極高的模擬和控制應用案例。圖5中是國外某廠的一個模擬結(jié)果,，如果把經(jīng)過率定（校準）的結(jié)果與實測值相比,，會得到驚人的結(jié)果。這意味著,，我們從沒有像今天這樣能準確地掌握污水處理的工藝流程,。
現(xiàn)在業(yè)內(nèi)從沒有像今天這樣重視工藝的模擬和數(shù)學模型?！皵?shù)學模型是一種結(jié)構(gòu)化和嚴密的存儲工藝知識的方式”,，在這個意義上來說，數(shù)學模型就是“智慧”,。
遺憾的是按照目前本行業(yè)(特別是在運營項目中）自動控制專業(yè)人材的配置水平,，不僅不能獲得應有的技術(shù)進步，連維持既有的系統(tǒng)控制水平都有難度,。ICA的奠基者之一安德魯斯教授在45年以前（1974）就說：“在大部分化學工程專業(yè)已經(jīng)開設(shè)過程動力學和控制的課程,，建議在環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)污水處理系統(tǒng)動力學和控制的課程”。在今天看來我們只會感覺到醒悟和行動得太晚,。
坦率來講,，一個環(huán)境工程專業(yè)背景的工程師在運營期內(nèi)能對工藝采取的調(diào)整手段并不豐富，但是如果讓他具備了控制學的理論與技能,，他看污水處理廠會是另外一番模樣,，不僅能在更高的維度來控制污水處理廠工藝，也具備了真正實現(xiàn)污水處理“全自動化控制”的基礎(chǔ),。
在ICA進步的過程中也會遇到暫時的門檻問題,，前面已經(jīng)談到的投入的多少就不再說了。舉例來講,，我們實施了精確曝氣之后,，儀表維護量的大幅攀升。以至于我們不得不給總經(jīng)理建議,，新增專職崗位的儀表技術(shù)人員和員工,。雖說總的趨勢是自控水平越來越高，但短期內(nèi)新增的代價不一而足,。
污水處理行業(yè)的智慧水務未來會怎樣,，我想說，技術(shù)方向一點也不模糊,。
下面是國際水協(xié)2017年ICA大會（是距今最近的一次會議）的議題,，相當準確和清晰。隨著污水廠上下游的聯(lián)動,，廠網(wǎng)河的一體化,，智慧城市的融入,，污水處理行業(yè)的智慧格局也會越來越大。會逐步走入“大數(shù)據(jù)”時代,。
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傳感器與儀表
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過程控制的模型與模擬
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控制系統(tǒng)
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探測與早期預警
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診斷系統(tǒng)
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全生命周期分析
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ICA實踐分享
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物聯(lián)網(wǎng)
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數(shù)字安全
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大數(shù)據(jù)
- 最后，回到這個問題,。在經(jīng)濟驅(qū)動力（投資）不足的條件,，污水處理行業(yè)的智慧水務該如何開展？我提供的建議是：
明心見性：要清楚我們欠自己這個行業(yè)應有的技術(shù)進步,；
日就月將：每天多做一點,，每年多投入一點，直到趕上時代,。