双碳目标下，环保技术如何实现产品化、数字化与产业化的融合？

“我们一再强调技术产品化，初心就是要把环保技术变成专利、变成产品。技术不能停留在纸面上，要形成产品化，要与新质生产力、与数字化相结合。”

在近日举行的“2024（第二十二届）水业战略论坛”上，上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司总工/全国工程勘察设计大师张辰以《双碳背景下的技术产品化数字化》为题进行分享，他指出行业在双碳背景下，在科技创新的主导作用下，结合数字化时代的特征，面临高效能与高质量发展的需要。

张辰

01双碳背景下，污水垃圾处理面临非CO2温室气体减排压力

当下，“3060”双碳目标已广为人知，关于“新质生产力”的解读也很多，科技创新在社会发展中起主导作用，高质量发展是内在要求。对于我们行业来说，高质量发展还在于全生命周期选用高质量设备，这种高质量不仅体现在技术上，也体现在使用上，高质量发展的理念应贯穿于决策思维与实际操作中，体现在产品全生命周期管理上。数字化时代，行业还要考虑如何将技术转化为实际产品并融入AI等人工智能进程中。

根据权威机构发布的数据，中国碳排放量占全球总量的比例在逐年上升，从2020年中国碳排放量129.4亿吨，占全球总排放量的28%（WRI世界资源研究所统计数据）增加到2022年中国碳排放量144亿吨，占全球总排放量的29%（PIK德国波茨坦气候影响研究所数据）。尽管如此，中国仍致力于在碳达峰过程中实现高质量发展，秉持双碳原则，以应对气候变化和环境问题。

WRI2020年数据显示，我国废水与固废处理碳排放量占全社会总量1.6%，但废水和固废处理过程中CH4和N2O的排放比例较高，分别为15%和5.6%，远超过碳排放。根据IPCC报告，甲烷20年水平的全球增温效应是CO2的84倍，100年水平是28倍，因此控制甲烷排放至关重要。张辰认为，世界资源研究所等机构没有充分考虑到甲烷排放的影响，但中国需要采取行动来减少非二氧化碳温室气体的排放。

我国已构建碳达峰碳中和“1+N”政策体系，包括《城乡建设领域碳达峰实施方案》等，国家发改委、住建部等部门也发布了一系列文件，推动提升污水收集效能、加快补齐城镇污水收集和处理设施短板等。

02控排倒逼技术创新，新技术催生出一系列技术产品

通过污泥厌氧消化实现能源和物质回收，是实现污水处理厂碳循环和能源自给的关键途径。厌氧消化产生甲烷气体，除满足自身能量需求之外，还可以用于污泥气锅炉、热电联产和精制提纯。但国内污泥有机质含量低，仅为国外的60%，导致厌氧消化底物不足，沼气产量低。

2020年我国城市生活垃圾清运量达到23512万吨，厨余垃圾约占到一半，而我国厨余垃圾的处理处置，超过50%采用填埋，38%进行焚烧。厨余垃圾的无序处理处置导致环境污染、资源浪费和安全隐患，需要从源头减量、源头治理。另一方面，厨余垃圾中含丰富的有机质，可以和活性污泥、微生物等物质协同处理，实现三大协同处理优势：

一是发挥组分互惠作用。利用城镇污水污泥富含微生物、厨余垃圾富含有机质的主要组分特点，可极大提高污泥气制备效果；

二是改善系统缓冲性。能缓解冲击负荷对产甲烷菌的冲击，提高厌氧消化系统稳定性；

三是提高土壤可持续性。有机质对土壤改良起到关键作用，缓解我国化肥和农药过量施用、盲目施用带来的土壤损害。

城镇污水污泥和湿垃圾厌氧处理技术如何协同才能实现“1+1＞2”的效果？这其中污水污泥的预处理尤为关键，需要确保除砂除渣等各个环节都做到极致。在污水、污泥的预处理环节包括一系列产品，如城镇污水污泥除砂除渣环节，可以优化格栅、沉砂池设计和运行，从根本上减少砂渣含量。在厌氧消化之前设置污泥研磨机、污泥筛分机等，起到浆化或过滤作用。厨余垃圾也要经过一系列的预处理环节，可以根据厨余垃圾类型和厌氧消化工艺选择预处理工艺。

沼气处理技术需要跨行业合作，首先是沼气产生过程中的脱硫技术，张辰称，干式脱硫技术之后，出现一系列技术创新。化粪池也面临高排碳量问题，我国城镇化粪池产生的 CH4总量已接近了集中式污水处理厂的总碳排放量，美国等国家的化粪池和旱厕碳排放量和城镇污水处理厂接近。化粪池碳减排面临紧迫性，这种压力可能倒逼中国研发出新技术和新产品。

张辰提到一个具体的小区污水管网改造实例。该实例发生在上海市普陀区真光新村第八小区，涉及35栋6层住宅楼共2460户住户。在改造前，该小区雨污混接严重，污水管道堵塞、塌陷、变形严重，部分污水管道存在倒坡，改造将污水管全部翻排，增设建筑雨水立管，拆除化粪池。2019年改造完成后，项目未出现污水管道淤积现象，水质测试结果显示污水处理水质BOD在200-300之间，COD仅为10%，氨氮几乎没有，这些指标均达到了源头雨污分流的目的。

在双碳目标的指引下，一系列新技术的诞生催生出一系列技术产品。这些产品不仅在工程实践中得到广泛应用，还需进一步集成小型装配集约化一体化产品，实现技术的产品化转化。这一过程有助于推动技术创新与产业发展的深度融合，为可持续发展提供有力支撑。

03构建市政基础设施智能化平台，以数字化手段精准管理城市

数字化工作中对平台建设具有重要意义，在上海市管道长、探头数据多的情况下，需要一个平台来有效管理和利用这些数据。上海市政院牵头申请并完成国家重点研发计划“物联网与智慧城市关键技术及示范”专项《城市重大市政设施智能化运维与管控平台构建及应用示范》，该项目构建“1+3+5+N”目标，针对五类重大市政设施（地下管线、城市道路、城市环卫、应急消防、城市水务），采用了三项关键技术（多状态混杂环境泛在接入技术、多源融合智能化感知终端技术、多场景市政设施智慧管控技术），打造一个智慧管控平台——城市政设施智能化运维管控平台，以上海市为示范应用主要地点，对智能化运维管控技术进行综合应用，并将“市政云”平台接入“一网统管”城运中心管理平台。

通过这个平台，可以实时查看50项工程的在线数据，实现对市政设施的智能化运维与管控。此外，该平台还接入了上海的城市运行管理平台，并具备模拟仿真功能，比如展示从中雨到暴雨极端天气淹没的仿真模拟效果。

以黄埔江上游水源地工程为例，该系统针对取水位水量和用户水量变化的问题，建立水力模型和决策模型。通过模型开发，系统在2021年上半年产生了4596条优化方案，并自动筛选采纳，采纳率为97%。随着模拟实施的持续进行，方案数量在2021年下半年急剧减少，系统产生的方案总数990条，采纳率上升到了98.9%。系统持续运行效益显著，实现降低能耗15.5%。此外，该模型还能精确识别漏水问题，通过压力变化定位漏水点，及时采取针对性措施解决，展现了数字模型在解决实际问题中的有效性和实用性。

正如上面提及的，仿真模拟功能能够模拟不同降雨情况下的积水深度，实现数字孪生技术的应用。通过在上海城市运行管理平台上的接口，可以实时预测积水深度，并据此向可能受影响的道路区域发送预警短信，实现数字化精准管理城市。这就是将技术产品化，结合数字化技术，应用于城市管理中，用来提高管理效率和响应速度的真实案例。

当前BIM的应用存在浪费，设计、施工、运维等各个阶段往往各自为政，没有从源头开始整合。以深圳埔地吓污水厂为例，该厂从源头抓起，通过全过程全生命周期的BIM应用，实现整个项目的数字孪生，进而构建数字城区和数字城市。

上海市政院在智慧水厂生产运营中，实行BIM线上交接班、线上巡检、报警处置、运维工单处理等。同时，也关注设备的全生命周期管理，确保在设备达到特定阶段时能够进行相应的维护和更新。这些工作体现数字化孪生，不是仅仅停留在技术层面，而是要将技术转化为实际的产品和应用，通过数字化手段来优化和提升工作效率。04以新的转型和创新举措，助推行业产业化发展

上海市政设计院在新时代面临新的转型和一系列创新措施，设计院不再满足于传统的工程设计和汇报工作，而是致力于推动在高质量发展、新质生产力前提下的创新发展。结合行业发展趋势，目前不少国内环保企业已经开启了标准化模块生产制造全过程自动智能制造生产线，设计院也应创新设计手段，强调跨界学习和合作，如学习器械行业和化工行业的知识，利用软件就可以将机械的设备总装图转化成设备爆炸图。

上海市政院以问题为导向，产生了一系列发明专利并形成产品化、标准化。上海市政设计院通过成立企业来生产相关设备，从设计源头开始，直接将图纸送到加工厂生产，以推动行业的标准化和产业化发展。张辰指出，这与行业内的企业没有直接的竞争关系，环保产业必须注重标准化，只有标准化才能实现行业的产业化发展。

编辑：李丹

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