上海市政总院吕永鹏： “源网厂河智”一体化治水，技术产品化来助力

“水环境治理行业进入高质量发展阶段，需要一大批面向高质量发展的创新技术支撑。上海市政总院运用系统思维，以水环境改善为目标，统筹协调‘源、网、厂、河、智’的一体化治水模式。创新了源头治理技术产品、管网提质增效技术产品、污水厂提质增效技术产品、河湖水环境提升技术产品、智慧化管控平台等技术产品。”上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司研究院院长吕永鹏博士在“2022（第十四届）上海水业热点论坛”现场说道。

11月9月，由E20环境平台主办的“2022（第十四届）上海水业热点论坛”正式开幕。论坛以“用产品化让高质量落地”为主题，携手技术界、产业界力量，共同探讨水处理领域的产品化高质量发展之路。

论坛现场，上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司研究院院长吕永鹏博士做了题为“技术产品化助力‘源网厂河智’一体化治水”的发言，他提到，水环境治理行业进入高质量发展阶段，需要一大批面向高质量发展的创新技术支撑。上海市政总院运用系统思维，以水环境改善为目标，统筹协调“源、网、厂、河、智”的一体化治水模式。创新了源头治理技术产品、管网提质增效技术产品、污水厂提质增效技术产品、河湖水环境提升技术产品、智慧化管控平台等技术产品。

吕永鹏

01污水治理进入高质量发展阶段，关键环节是技术产品化

水是生存之本、文明之源、生态之基。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央从国家长治久安和中华民族永续发展的战略全局高度擘画治水工作。总书记多次就治水发表重要讲话、作出重要指示，明确提出“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，对推动长江经济带发展、黄河流域生态保护和高质量发展等作出重要部署，为推进新时代治水工作提供了科学指南和根本遵循。

近几年，国家各部委出台了一系列的水治理政策，尤其在“十一五”、“十二五”、“十三五”的水专项当中，呈现了一系列的成果，例如支撑长江生态环境保护修复推荐技术：包括水环境管理、流域面源污染治理、工业水污染全过程控制、城镇水污染控制与水环境综合整治、水体生态修复等。

“在政策推动下，污水治理领域的很多技术实现了产品化，但仍存在较大的技术产品化短板。”吕永鹏说道。

所谓技术产品化，一般认为就是把一种技术通过标准化、规范化的流程形成一种可大规模复制生产和发布的能力，它主要体现的是一种能力的复用性和可移植性，一种技术或者一种成果一旦形成产品化，就可以真正转化为生产力，并实现规模效益，通过效率最大化实现利润和回报的最大化。

水环境治理行业进入高质量发展阶段，需要一大批面向高质量发展的创新技术支撑。但就目前来看，支撑行业高质量发展的技术供给和技术创新不足，其根本原因是行业产业化程度不高。产业化升级是改变技术供给和创新困境的必要条件，其关键环节是技术产品化。

吕永鹏提到，想做出好的产品，首先需要了解行业的需求有哪些。源头排放、污水管网问题及水体水质不达标等都是目前污水处理领域面临的问题即是行业需求的表现之一。

源头污染的污水包括污水直排、混接错排以及工业废水不达标纳管等。

据前几年统计，上海市调查雨污水管道1.9万km，查出混接点20076个，折算每公里市政管网（不含小区）混错接1.06个。其中企事业单位混接、沿街商铺混接、小区混接比例较大，分别占38.2%、35.2%和17.1%。通过近些年的持续改造，这个数据得到很大改善，上海很重视这一块工作。

不仅如此，污水管网还存在管道缺陷（功能性、结构性）、外水入渗（施工降水、地下水）、河湖水倒灌、雨污混接、合流制管道溢流污染、管理体制条块分割等问题。清污不分导致污水收集效能不高，一方面污水处理厂进水浓度偏低，另一方面影响水体环境质量。

同时，水体水质不达标甚至黑臭也存在着成因复杂、本底不清；措施单一、缺乏系统；重治理、轻管理等问题。

在此背景下，上海市政总院在长江大保护过程中提出运用系统思维，以水环境改善为目标，统筹协调“源、网、厂、河、智”的一体化治水模式。

02五方面创新技术产品，助力“源网厂河智”一体化治水

关于“源网厂河智”一体化治水模式，上海市政总院对创新的产品有一些思考。吕永鹏从源头治理技术产品、管网提质增效技术产品、污水厂提质增效技术产品、河湖水环境提升技术产品、智慧化管控平台五个过程进行了详细介绍。

一：源头治理技术产品

源头治理的场景中，管道沉积物是一个很大的方面，合流管道或存在雨污混接的雨水管道管径大、流速低、易沉积的问题，加上河水倒灌问题。源头治理技术产品，吕永鹏从管道防沉积水力冲刷技术及装备、截流设施、海绵城市相关产品三方面进行介绍。

管道防沉积水力冲刷技术及装备方面，上海市政总院在上海临港、苏州成立两个试点。现场试验表明，装置可有效防止管道沉积物直排河道以及河水倒灌，结合人工湿地，系统少量混接污水和初期雨水得到有效控制，排河氨氮可削减50%以上，TP可削减40%以上。

截留设备方面，包括污水截留和雨水截留。污水截流是将所有直接向水体排放污水的干管或支管截流，并输送至污水处理厂进行处理；雨水截流是指暴雨条件下，将超过合流制排水系统截污流量的合流制管道溢流水截流下来，并输送至污水处理厂等进行处理。

近几年，住建部牵头大力推进海绵城市建设，上海市政总院通过发挥“产、学、研、用”的特点，结合多年来国家级海绵城市建设试点、示范城市设计咨询的经验，研发了一系列海绵城市相关产品并进行了实际应用，如面源污染处理器、装配式屋顶绿化系统、装配式雨水收集系统，在进行应用的项目均对该系列产品有较高的评价。

面源污染处理器（环保型雨水口）：该产品结合海绵城市建设要求研发的一款海绵理念的新型雨水口，具备溢流、削减污染、防蚊防臭等功能，能与其他海绵城市建设设施或工程相配套使用。

装配式屋顶绿化系统：本系统具有效滞留雨水，良好的蓄水功能，创造性地加入利用蓄水的设计方案，为生态、节能、环保，提供了一种集蓄水、排水、给水、用水于一体的屋顶花园种植系统模块，模块内部给排水、蓄用水空间互联互通，实现蓄水高效利用，排水自由顺畅。模块底部空间架空，不仅能保证底部空间空气自由流通，而且能使排至建筑顶板的雨水快速排走、蒸发。种植模块可以自由组合，快速安装，给施工带来极大的便利，节省施工时间和人工成本。

装配式雨水收集系统：环保，抗压，安装方便，承载力大。若干个模块单元组合起来能形成一个地下贮水池。通过在水池周围包裹防渗土工布或透水土工布，组成贮水池、渗透池、调峰池不同类型。

二：管网提质增效技术产品

吕永鹏提到，管网提质增效首先需要摸清管网的家底，需得知排水管道、排水泵站、检查井、排放口、污水厂、调蓄池、监测设备等各设施数据，以及运行管理方案、生产运行数据的运行数据。

建立数据库后，对污水管网进行精确检测，管网检测技术分为数字化视频检测技术和数字化声纳检测技术。数字化视频检测技术可实现全景成像和内壁状况量化计算，分辨率达到400万像素、灵敏度0.1LUX，优于30万像素和灵敏度3LUX的现行标准；数字化声纳检测技术可实现排水管渠视频与声纳共缆检测和三维建模，精度可达到0.5mm（0.125m范围）。

下一步则是对管网进行修复，污水管网原位修复技术与装备原位（非开挖）修复技术是利用少开挖或不开挖地表的方法进行管道修复或更新，恢复管道原有功能。按修复范围可分为辅助修复、局部修复和整体修复。

管网修复技术包括CIPP热水固化技术、3S模块管道内衬修复技术、光固化内衬修复技术。

CIPP热水固化技术：国内直径最大（1800mm）、距离最长（总长度500米）；

3S模块管道内衬修复技术：可解决排水管道腐蚀、孔洞、裂缝、渗漏等问题；

光固化内衬修复技术：修复后内衬材料的弯曲强度、弯曲弹性模量、抗拉强度分别是行业标准规定值的5倍、1.5倍、4倍。

最后对污泥进行抽吸、冲刷及分离：

污泥抽吸技术：超高吸程真空抽吸的有效吸程可达15-20m；

污泥冲刷技术：污泥高速冲刷的压力达到20MPa、流量大于250LPM；

多级分离技术：实现通沟污泥多级有机物、无机物的清洗、分离、压滤和尾水处理。

三：污水厂提质增效技术产品

吕永鹏根据污水厂处理工艺流程顺序对提质增效技术产品进行介绍：

曝气系统自适应调控技术：基于污水厂运行效能智能诊断评估，通过曝气系统供氧效率、溶解氧等关键参数在线监测和模型运算，实现曝气系统优化控制。

高含固、低有机质污泥高效厌氧发酵技术：基于细胞形态分析研究不同预处理对厌氧消化的影响，创新开发高含固污泥与有机物协同高温厌氧共消化技术，沼气产率提高至1.15~1.25(m³/kgVS去除)。

竖向功能强化节地技术：研发污水厂整体叠加，以及构建筑物平行单元、相邻单元叠加设计技术，实现土地资源充分利用。

封闭式污水处理厂无人巡检技术包括以下三种：

污水处理厂工艺无人巡检系统：涵盖图像采集、封闭环境因子监测、水质检测、水下异常探测、智能巡航、报警与指示、自动采样和工艺健康诊断等功能；

污水处理厂设备无人巡检系统：预判故障隐患，避免设备重大故障，及时、全面、准确地评估设备健康状况，为设备状态检修提供依据；

污水处理厂设备无人巡检系统：基于射频识别（RFID）、视频识别及物联网等技术的安全无人巡检系统；

污泥能源资源利用回收技术方面，可通过各种热水解技术，将有机质进行协同处理，从而回收各种污泥中能源、磷、蛋白质以及重金属。

四：河湖水环境提升技术产品

河湖水环境提升技术产品包括人工湿地、河道型湿地、生态浮床/岛、生态廊道、生态护岸。

人工湿地：人工强化生态处理系统，进水通过填料、植物、微生物等的协同作用得到净化。湿地通过水生植物和微生物的作用以及化学、生物过程，吸收、固定、转化土壤和水中的营养物质的含量，降解有毒和污染的物质，净化水体。因此，湿地具有较强的自净和自我恢复能力。

河道型湿地：河道型湿地利用固定化微生物作用，构建微生物和水生植物协同净化系统，大大提高水体净化能力，从而解决湿地独立运行处理效率低、占地面积大等问题。还可以为水生生物的恢复、生息繁衍提供良好的生境条件，有效促进河道生态系统的恢复与重建。

生态浮床/岛：利用浮岛中的水生植物，吸收水体中的氮、磷等营养元素，吸附、截留藻类等悬浮物。浮岛中的微生态小环境具有典型的活性生物膜功能，对污染物有吸收、分解和富集能力。生态浮岛水质净化系统建立在水域相对开阔，流速较缓的地带，便于污染物的有效降解。

生态廊道：生态廊道是一种高效的水体净化与水生态修复技术。在生物廊道内种植人工净水草，利用人工净水草培植的优势菌种高效净化水体污染物，还可为水生生物提供良好的生境，有益于水生生物的迁移、觅食和躲避干扰，从而实现保持景观连通性和水生态系统完整性的同时阻断污染物的传输与扩散，达到截污净化与水生态修复的效果。

生态护坡/生态护岸：水安全与水生态关系的处理、对原有硬化河岸（湖岸）进行改造，通过恢复岸线和水体的自然净化功能，强化水体的污染治理效果。

吕永鹏说道：“目前河湖水环境提升技术产品上还存在一些问题，如人工湿地的产品化、装配化程度不够；河道型湿地还存在很大的进步空间，其中植物都可以进行标准化、定型化生产；生态浮床/岛方面，大多还停留在最初级阶段；生态廊道方面，目前还比较匮乏等等。”

五：智慧化管控平台

智慧化管控平台通过实施排水系统基础数据库完善、3D GIS/BIM→水力模型、智慧排水运行管理平台，应用排水系统运行状态实时监测和预警，排水系统管网结构分析、现状评估，排水系统运行方案评估、运行优化，管道清淤、事故应急、雨天溢流管理，排水系统规划方案设计、优化分析；从而达到水量均衡、水质保障、水位预调的目标。

吕永鹏介绍道：“国内做智慧化管控平台的企业较多，上海市政总院在上海市中心城区配合相关部门做了一些探索，包括排水系统建模、监测布点优化，到模型率定完善以及运行规则优化，最后达到复杂条件下的动态控制，多层次、多系统、多维度模拟，实现厂-网-河-源系统最优化。”

通过系统建模，分析评估设施结构、运行效果、处理能力，进行系统评估和预测。BIM技术应用可解决设计质量把控、施工组织策划、一体化管理方面的难点，进而减少问题、控制成本、强化运维；智慧污水厂可实现污水厂自控水平30%至80%的提升；通过AR、PC端、移动端平台设置增强交互，提升后期运维水平。

根据积水、管网、水力、水质模型分析结果，提供排水系统运行优化调度及河湖水质、内涝、突发事件的应急优化调度建议。

03充分发挥“产、学、研、用”优势，用实际案例实现产业化探索

产业化是未来几年全国大型设计院都积极谋求转型的重要板块，也是深入布局“十四五”期间的重要发展方向之一。

上海市政总院充分发挥自身“产、学、研、用”结合的优势，积极发掘科研课题和专利技术进行实用化、产品化转换，同时根据市场需求，针对适宜推广的产品，提前开展相关课题和专利技术的研究；主动打通相应的产业链，将产品投入市场，努力探索出一条切实可行的产业化推广路径。

随着国家海绵城市建设的深入推进，海绵城市相关产品是一个重要的产业化发展方向。2021年上海市政总院联合成立海绵产品产业化基地，合作研发推广环保雨水口、雨水收集储存模块、绿色线性排水沟等海绵城市系列新技术新产品。近一年来，在上海、安徽合肥、芜湖、马鞍山、江苏南京、无锡、福建厦门、浙江杭州、广东深圳等地开展产业化市场推广工作。

2022年6月14日，“长三角绿色建筑与韧性城市产业技术联合创新中心”发布并完成挂牌。中心建立“一智库、三基地、五大研究所”构架，即专家委员会（智库）、博士后联合培养基地、研究生实习基地碳中和与绿色投资研究所、绿色建筑与海绵城市研究所、韧性城市与数字智慧研究所、绿色建材与资源利用研究所、两湖创新研究所。

另外，中心邀请刘加平院士、张辰大师等重量级专家加入智库，推动长三角地区行业技术水平提高和产业发展;与优秀企业建立深度合作关系，形成实体合作产业化基地和实践基地；依托总院的人才支撑，实体运行五大研究所，在课题、标准和具体项目中，锤炼团队。

不仅如此，上海市政总院还做了一些探索与实践。吕永鹏以椒江区智慧排水一体化管控平台（一期）项目为例进行介绍。

椒江区智慧排水一体化管控平台（一期）项目作为一地试点，全省推广。该项目存在着多个平台处于闲置状态、很多功能没有被充分利用等问题，上海市政总院对相关部门的涉水平台系统与资源进行整合，实现浙江省提出的“多跨融合”，实现跨部门融合。

该项目完成后，入选浙江省住建厅、浙江省大数据局数字化改革首批试点，2022年台州市数改第一批“最佳应用”。在浙江日报、浙江建设公众号、台州日报等进行报道。

吕永鹏总结分析道，该项目需要解决污水冒溢及雨天水质保证等痛点。污水冒溢问题，通过模型以及实地的监控发现，很多问题与考核压力有关；雨天水质保证问题，雨天问题很突出，不仅有溢流污染、河道水质不达标及内涝问题，现在又出现把河道、水库排空后，没水的问题。这点是上海市政总院重点考虑的问题。

上海市政总院通过建立一体化智能化公共数据平台，打造数据共享、数据治理的智慧排水数字孪生平台，建立椒江排水调度指挥系统，从而实现排水工作跨部门联动机制优化改革，实现排水一体化智能联控、安全平稳运行，解决排水底数不清、污水冒溢放江、内涝积水风险。

上海市政总院通过前端多部门协同健全感知体系，后端多平台联动实现监管闭环。通过多方面考虑，涉及省、市、县、乡、村及网络6层级、12个部门以及21个溯源系统，多元融合、多跨协同，最后实现大综合一体化执法一件事，真正实现了通过数字化、智慧化倒推政府行政的改革。

该项目通过加强城市新基建、提升治理新能力、优化城市新服务，进行分散管理、经验调控以及事后紧急处理，达到一体化管理、精准调控、事前仿真预警的效果。

最后，吕永鹏表示，希望能和同行一起探索，多做一些好的案例。创造城市未来，追求和谐卓越！

编辑：李丹