隨著國家環境保護政策的持續收緊與“水十條”等法規的深入推進，我國城鎮污水處理廠的排放標準不斷提高，許多地區已開始執行或規劃地表水IV類甚至更高標準。在這一場席卷全國的“提標改造”浪潮中，污水處理工藝的精細化、智能化運行成為了行業關注的焦點。我們專訪了清華大學環境學院施漢昌教授，共同探討在高排放標準要求下，污水處理過程控制技術，特別是儀器、控制與自動化（ICA）技術，如何與新興的物聯網（IoT）服務深度融合，為污水廠的穩定達標與節能降耗開辟新路徑。
一、高排放標準下的挑戰與ICA技術的核心價值
施漢昌教授指出，傳統的污水處理廠運行模式依賴于人工經驗與定期化驗，面對日益嚴格且復雜的排放指標（如總氮、總磷的極限濃度要求），往往顯得力不從心。處理過程的波動性大，抗沖擊負荷能力弱，容易導致瞬時超標，同時為保證“保險”而過度曝氣、過量投加藥劑等現象普遍存在，造成了巨大的能源與資源浪費。
“此時，ICA技術的作用就凸顯出來了。”施教授解釋道。ICA技術體系的核心在于通過在線水質儀表（Instrumentation）實時感知工藝狀態，借助先進的控制算法（Control）進行動態決策，并通過自動化系統（Automation）精準執行。它能夠將污水處理過程從“經驗驅動”轉變為“數據驅動”，實現從“粗放調控”到“精準控制”的跨越。例如，通過氨氮、硝酸鹽在線傳感器與智能算法，可以實現曝氣量的精確按需調節；通過磷酸鹽在線監測，可以優化化學除磷藥劑的投加時機與劑量，從而在穩定達標的前提下，顯著降低能耗物耗。
二、物聯網技術：為ICA插上“云端”的翅膀
傳統的ICA系統多局限于單個廠站內部，形成了“數據孤島”。施漢昌教授認為，物聯網技術的興起，正為ICA技術的發展帶來了革命性的升級機遇。
“物聯網技術通過泛在的傳感網絡、可靠的數據傳輸和強大的云平臺，將分布各地的污水處理廠連接起來。”施教授描述道，“這意味著，每一座污水廠不再是信息孤島，其運行數據、設備狀態、能耗藥耗信息可以實時上傳至云端。”
這種連接產生了多重價值：
- 遠程集中監控與智能運維：運營集團或監管部門可以建立一個“污水廠物聯網中心”，實時監控旗下所有廠站的運行關鍵參數（KPI），實現遠程診斷、預警和調度指導。設備故障可以提前預測，維護從“被動檢修”變為“主動預防”。
- 大數據分析與模型優化：云平臺匯聚了海量、多維的運行數據，為運用大數據分析和機器學習算法提供了基礎。可以構建更精準的工藝模型，發現人工難以察覺的工藝規律，進一步優化控制策略，甚至實現跨廠站的“知識共享”和“策略復制”。
- 新型服務模式創新：物聯網平臺催生了“技術服務化”的新模式。供應商或第三方技術機構可以基于物聯網數據，為污水廠提供“工藝效能托管服務”、“節能降耗合約服務”等，按實際提升的效果收費，與業主利益深度綁定，共同應對提標改造后的運行壓力。
三、融合發展的關鍵與未來展望
施漢昌教授也坦言，ICA與物聯網的深度融合仍面臨一些挑戰。在線監測儀表的長期穩定性、可靠性及維護成本是關鍵瓶頸之一；多源異構數據的標準化與高質量融合是發揮大數據價值的前提；復合型人才的缺乏（既懂工藝又懂控制與信息技術）也制約了技術的落地效果。
對此，他提出幾點建議：行業應持續推動高性能、低維護、智能自校準的傳感器研發；盡早建立污水處理物聯網數據標準體系；高校與企業需加強合作，培養跨學科的工程創新人才。
施漢昌教授描繪了一幅智慧水務的圖景：基于“精準感知-智能決策-自動執行-云端互聯”的完整技術鏈，未來的污水處理廠將是一個高度自治、高效協同的有機體。它不僅能夠智能應對水質水量的變化，確保穩定達到最高標準，還能作為一個靈活的“資源工廠”，實現能源回收與資源回收的最大化。而物聯網平臺將成為城市水系統“大腦”的重要組成部分，為水環境的持續改善與水務管理的現代化提供堅實的技術支撐。
污水處理的提標改造之路，不僅是硬件設施的升級，更是運行理念與控制技術的深刻變革。以ICA技術為基石，以物聯網服務為紐帶，推動污水處理行業向精細化、智能化、網絡化方向演進，這正是施漢昌教授及其團隊持續探索的方向，也是行業應對高排放標準時代挑戰的必由之路。
