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北京市南四環(huán)涼水河畔的小紅門再生水廠，每日處理約60萬立方米的污水，承擔(dān)著北京市區(qū)西部、南部多數(shù)地區(qū)的城市污水資源化利用任務(wù)。

合理管控水廠的運行，推動城市污水資源化利用，有利于守護好這道“凈化屏障”。我和一支北京工業(yè)大學(xué)的團隊在這個領(lǐng)域長期深耕。

這是一個棘手的課題——城市污水資源化利用過程動態(tài)復(fù)雜，不僅工藝流程盤根錯節(jié)，污染物種類繁雜多樣且相互影響，流入污水的水質(zhì)波動也很大，導(dǎo)致運行狀態(tài)不穩(wěn)。其間的化學(xué)反應(yīng)敏感多變，更加增添了難度。

能不能用智能化手段應(yīng)對這些難題？多年從事復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)的智能優(yōu)化控制研究，我和團隊意識到人工智能在污水資源化利用方面的潛力。

“闖”進全新領(lǐng)域，我們邊研究邊摸索，經(jīng)過多年攻關(guān)，逐步攻克污染物特征識別、全流程協(xié)同優(yōu)化、運行設(shè)備精準(zhǔn)調(diào)控等技術(shù)難題，構(gòu)建出能實現(xiàn)城市污水高效資源化利用的智能調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)體系。

在這套技術(shù)體系中，關(guān)鍵變量溶解氧濃度的精準(zhǔn)調(diào)控至關(guān)重要。為凈化污水，好氧微生物充當(dāng)分解污染物、清潔污水的“操作員”，而溶解氧就是支撐它們工作的“食糧”?！笆臣Z”既不能多，也不能少。太多，不僅浪費能源，還會擾亂菌群工作節(jié)奏；太少，則會讓“操作員”力不從心，導(dǎo)致凈水效果不達標(biāo)。

城市污水資源化利用過程復(fù)雜，如果過度依賴傳統(tǒng)方法，關(guān)鍵變量的濃度調(diào)控效果往往欠佳。起初，我們采用“傳統(tǒng)+智能”的組合方案。然而，此時的智能算法依附傳統(tǒng)控制，只能起到輔助微調(diào)作用，優(yōu)勢無法真正發(fā)揮出來。

在探索污水資源化利用工藝規(guī)律中，我們發(fā)現(xiàn)其生化過程演變、前后運行狀態(tài)關(guān)聯(lián)的獨特性。這啟發(fā)我們提出數(shù)據(jù)資源驅(qū)動的創(chuàng)新型自主學(xué)習(xí)方法，徹底擺脫對傳統(tǒng)控制的依賴。

我們優(yōu)化控制設(shè)計模式，通過逐次微小的調(diào)整，實現(xiàn)策略穩(wěn)定在線學(xué)習(xí)。同時，構(gòu)建新機制，確保系統(tǒng)在應(yīng)對擾動或異常時，能快速做出調(diào)控反應(yīng)，進而讓控制系統(tǒng)像人一樣“邊做邊學(xué)、越做越好”，完成了從“依附傳統(tǒng)、被動輔助”到“自主調(diào)控、優(yōu)于傳統(tǒng)”的升級。

基于一系列創(chuàng)新，團隊研制出能動態(tài)調(diào)整供氧狀態(tài)、精準(zhǔn)把控氧氣配比的調(diào)控方案，實現(xiàn)自動適配復(fù)雜工況、全程保障凈水效果。這就讓智能體在與環(huán)境交互的過程中自主學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)時自適應(yīng)優(yōu)化控制策略。具備判斷與決策能力的“大腦”后，實驗顯示，自主控制策略對污水資源化利用系統(tǒng)的調(diào)控效果顯著改善。

理論和方法還需到實踐中接受檢驗。在北京清河、北京小紅門等多家再生水廠應(yīng)用，團隊研發(fā)的智能調(diào)控相關(guān)技術(shù)交出一份優(yōu)秀“成績單”——溶解氧控制精度達到95%以上，平均能耗降低5%以上，藥耗減少超過20%。

令人自豪的是，作為城市污水高效資源化利用的“中國方案”，團隊部分技術(shù)被多個國家的再生水廠借鑒。

推動城市污水資源化利用，不僅有助于解決水資源短缺問題，還能保護生態(tài)環(huán)境。未來，我和團隊將推動人工智能和污水資源化利用工藝深度融合，實現(xiàn)全流程智能化升級，為科技創(chuàng)新助力美麗中國建設(shè)貢獻力量。

來源：人民日報