2023年12月5日晚，由beat365组织、多家单位联合协办的全球环境科学高峰论坛（GloBal Environment Science SummiT, BEST）系列讲座第十六期顺利举行。本期邀请了来自香港城市大学的袁志国院士，袁志国院士以“城市水系统综合管理机遇”为主题进行了精彩报告。报告在腾讯会议、环境人微信视频号、BEST论坛官方B站、蔻享学术、邃瞳科学云、中国给水排水以及给水排水等网络平台同步直播，共计一万五千余名来自环境领域的专家、学者、研究生及工程技术人员参与了本次讲座。
报告正式开始前，beat365院长冯玉杰教授对本期讲座嘉宾进行介绍，表达了主办方对袁志国院士的诚挚感谢，也表达了对来自全球观众的热烈欢迎。BEST第十六期主持团包括BEST论坛的主席、beat365院长冯玉杰教授、beat365副院长邢德峰教授、武汉理工大学资源与环境工程学院彭来教授、以及哈尔滨工业大学刘国宏博士、梁丹丹博士。
【精彩报告回顾】
袁志国院士以《城市水系统综合管理机遇》为题进行报告，报告对城市水系统的综合管理和数字化优化展开了深入的分析。报告中袁志国院士理论联系实际，揭示了铁盐在污水管理中的作用效果；通过大数据和智能化调控优化各系统控制策略，对未来实现城市水系统的数字化综合管理提出了美好愿景。
铁盐在水系统中的综合应用
袁院士总结了团队自2008年以来近十五年时间对铁盐在水系统中综合应用的思考。首先袁院士团队提出管网中投加铁盐可能产生的五个优势：（1）控制管网中硫化氢；（2）去除污水处理厂中的磷；（3）提升污泥沉降性能；（4）去除发酵气中硫化氢；（5）增强厌氧发酵污泥的脱水性能。从实验室研究到实际水厂运行论证两个方面展开：
实验室研究：首先在实验室条件下构建了模拟污水处理系统，对比了在污水管网中添加/不添加铁盐的影响，来验证上述提出的五点假设。结果发现管网中硫化氢得到50%的去除，污水处理系统出水中磷浓度也下降50%，在厌氧发酵系统中H2S的量下降了90%，污泥SVI降低了30%，污泥沉降性能有所提升，并且污泥的脱水性增加了18%。因此，实验结果完美地验证了提出的五点猜想，该方法的提出对于工业界而言也大有裨益。
污水处理厂实际验证：接下来，袁院士团队进行了实际污水处理厂的论证（布里斯班污水处理厂，日处理量12万吨），在仅添加少量铁盐的情况下，磷的去除率从原来的24%提升到了51%，厌氧消化系统中硫化氢的去除率也达到了96%，污泥的沉降性能以及脱水性能也得到大幅度提升。该内容深刻地揭示了铁盐投加对污水处理系统的有益作用，并彰显了其对于污水管理的重要指导作用。
铁盐来源：那么这些铁盐来自哪里？考虑到供应链问题、传输距离问题和溶液配对等问题，袁院士团队提出了电化学法原位生成碳酸亚铁来替代传统铁盐的创新方法。该系统提出了一种新的综合管理工艺，有望实现更安全、更经济和更环保的铁盐供应，同时还能达到去除沼气中CO2、H2S和NH3的目的。该研究利用铁作为阳极，去除系统中二氧化碳，同时生产铁盐FeCO3。沼气中的CO2与阴极产生的两个氢氧根（OH-）结合生成碳酸根（CO32-），之后与阳极产生的Fe2+ 结合生成FeCO3沉淀。将该铁盐投入管网中，达到了与前述投加氯化亚铁同样的效果。该研究中提出的E-FeCO3工艺作为一个单独的运行单元，理论上可与现有的污水处理系统无缝对接，既有望为水处理工业提供一条更安全，更经济以及更环保的铁盐供应链，又能够大量去除沼气中的CO2（还有H2S和NH3），实现沼气的升级。此外袁教授又进一步介绍了水系统管理中硫化氢浓度的控制优化与铁盐的多元应用。
数字化控制、优化与机器学习
在线控制：袁院士在报告中指出，数字化给水系统综合管理带来机遇，尤其是在线控制与在线优化方面。袁院士从实际案例解析出发，通过对用户的用水行为和交互情况进行大数据分析，改善了水系统的整体性能，又对用水高峰时间进行调整，降低了供水系统的压力，实现了一个城市供水系统的策略优化。此外，袁院士介绍了数字化在污水管网和重大水体的综合优化和综合控制方面的巨大优势和前景，随着大数据、算法、传感器的进步和算力的增加，在传统的技术路线中实现控制策略的创新和优化，具有较强的可行性和研究性。最后，袁院士提到了机器学习模型存在解释性、可信度、鲁棒性和数据传输等问题，但这些问题可以通过增加工作量和优化算法来解决。并以其团队使用在线优化模型以控制管网中硫化氢的研究为案例进行了证明，该研究利用象群算法，计算了管网中铁盐的投药控制，又通过对信号传输结果进行直接计算优化，实现了较好的硫化氢控制结果。
袁院士提出，随着算力和传输能力的提升，数字化为水系统综合管理提供了强有力的支持，实现对城市水系统的全面监测具有较强的可行性。此外，在控制过程和优化过程中，应尽量考虑到各个系统状态，最终进行整体优化。
结语
最后，袁院士总结道，未来我们仍需加深对城市水系统管理的理解，并从中不断产生创新思想，数字化的迅猛发展也将为城市水系统管理注入新的力量。
