新書推介 | 《污水水質(zhì)信息工程學(xué)》：賦能污水全流程智慧化管理

在當(dāng)今社會，隨著城市化進(jìn)程的加速和工業(yè)化程度的提高，水環(huán)境污染和水資源短缺形勢日益嚴(yán)峻，污水高效處理、資源化利用以及智慧管控已成為全球性重大課題。一方面，污水排放是導(dǎo)致水體污染的重要原因之一，嚴(yán)重危害水質(zhì)和生態(tài)平衡，污水中的有害物質(zhì)還可能通過食物鏈、 飲用水等途徑進(jìn)入人體， 對人類健康造成威脅。另一方面，污水是一種潛在的、豐富的物質(zhì)資源，可通過相應(yīng)的處理技術(shù)和資源化技術(shù)，回收利用其中的物質(zhì)資源和水資源，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。但當(dāng)前傳統(tǒng)污水管理模式面臨管理粗放、滯后性、經(jīng)驗(yàn)式、能耗高、效率低、應(yīng)急能力不足等諸多局限性，已無法滿足現(xiàn)代環(huán)境治理和行業(yè)智能化升級的嚴(yán)格要求。

△ 污水水質(zhì)發(fā)展的三個(gè)階段

近年我國政策持續(xù)推動(dòng)水務(wù)行業(yè)向智能化、信息化轉(zhuǎn)型。早在2014 年，《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（ 2014—2020 年）》中便提出了“智能水務(wù)”的相關(guān)政策。 2020 年，《城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)實(shí)施方案》中，明確提出“利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)手段，逐步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、信息采集、系統(tǒng)智能調(diào)度、事故智慧預(yù)警等功能，為設(shè)施運(yùn)行維護(hù)管理、污染防治提供輔助決策”。進(jìn)入“十四五”時(shí)期，《關(guān)于推進(jìn)污水處理減污降碳協(xié)同增效的實(shí)施意見》《關(guān)于大力推進(jìn)智慧水利建設(shè)的指導(dǎo)意見》等政策文件的發(fā)布，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了推廣智慧水務(wù)管理系統(tǒng)的重要性。 這些政策為污水水質(zhì)信息管理的智慧化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了堅(jiān)實(shí)的政策依據(jù)和明確的發(fā)展方向。在此背景下，“污水水質(zhì)信息工程學(xué)”這一新興交叉學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生，它融合環(huán)境工程、信息工程與控制工程的前沿技術(shù)，以污水全生命周期的水質(zhì)信息為核心，致力于通過數(shù)據(jù)采集、智能分析與動(dòng)態(tài)優(yōu)化，重構(gòu)污水管理的新范式，為水環(huán)境保護(hù)與資源化利用提供創(chuàng)新解決方案。

污水水質(zhì)信息工程學(xué)內(nèi)涵

污水水質(zhì)信息工程學(xué)是一門伴隨信息技術(shù)進(jìn)步與智慧水務(wù)建設(shè)需求而興起的新型交叉學(xué)科，融合了環(huán)境科學(xué)與工程、數(shù)據(jù)科學(xué)及人工智能等多個(gè)領(lǐng)域。該學(xué)科以污水全生命周期中的水質(zhì)信息為核心研究對象，依托信息工程學(xué)的方法體系，致力于運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)，突破傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)性、碎片化的研究范式，推動(dòng)污水管理向系統(tǒng)化、精準(zhǔn)化與智能化方向轉(zhuǎn)型升級。其核心任務(wù)在于將信息工程學(xué)的方法全面融入污水全生命周期中水質(zhì)信息的采集、傳輸、分析與決策全過程，重點(diǎn)開展智能監(jiān)測、工藝優(yōu)化、動(dòng)態(tài)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控等關(guān)鍵工作。具體而言，該學(xué)科通過解析進(jìn)水水質(zhì)信息，反演人群社會生活與生產(chǎn)活動(dòng)的痕跡；借助實(shí)時(shí)水質(zhì)數(shù)據(jù)，提升污水處理過程的運(yùn)行效率與調(diào)控能力；基于出水水質(zhì)信息，實(shí)現(xiàn)污染物溯源、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估與水生態(tài)健康保障，從而推動(dòng)構(gòu)建覆蓋“來源—過程—末端”的智慧污水系統(tǒng)管理閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)從局部調(diào)優(yōu)到全局智慧的跨越。

△ 污水水質(zhì)信息工程學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域與知識框架體系

為有效闡明“污水水質(zhì)信息工程學(xué)”這一全新學(xué)科領(lǐng)域，全書共設(shè)置9章內(nèi)容，旨在說明信息工程技術(shù)應(yīng)用于污水全生命周期的水質(zhì)信息采集、處理與應(yīng)用。

第1章闡述污水水質(zhì)信息工程學(xué)的內(nèi)涵、發(fā)展歷程、學(xué)科框架、發(fā)展機(jī)遇與意義；

第2章總結(jié)了污水水質(zhì)信息工程學(xué)的理論基礎(chǔ)與研究方法；

第3章系統(tǒng)介紹污水水質(zhì)信息——常規(guī)污水指標(biāo)信息、痕量化學(xué)污染物信息、生物污染物信息和污水毒性信息的離線和在線采集技術(shù)以及信息預(yù)測技術(shù)；

第4～8章聚焦于污水進(jìn)水、水處理過程和出水階段水質(zhì)信息的處理和應(yīng)用，分別說明基于進(jìn)水的人群社會痕跡解析、污水處理技術(shù)和工藝的智能調(diào)控與數(shù)智仿生、出水受納水體水質(zhì)凈化過程和水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)智能預(yù)警；

第9章結(jié)合現(xiàn)階段大語言模型發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)其在污水水質(zhì)信息管理領(lǐng)域的應(yīng)用場景。

總之，本書致力于通過信息工程在污水水質(zhì)信息的創(chuàng)新應(yīng)用，推動(dòng)污水水質(zhì)信息管理向智能化、科學(xué)化和高效化的方向發(fā)展，為建設(shè)和發(fā)展污水水質(zhì)信息工程學(xué)、污水處理與水質(zhì)信息管理應(yīng)用領(lǐng)域智能化轉(zhuǎn)型賦能提供新的見解。

本文摘編 自 《 污水水質(zhì)信息工程學(xué) 》一 書 ， 有修改 。

《污水水質(zhì)信息工程學(xué)》

ISBN 978-7-03-083177-4
吳 兵 任洪強(qiáng) 主編

責(zé)任編輯：黃 梅

隨著全球水污染和水資源稀缺問題的日益突出，對水質(zhì)安全的要求也日益升高。在此背景下水質(zhì)信息成為透視水質(zhì)安全狀態(tài)的重要依據(jù)。污水水質(zhì)信息工程學(xué)作為一門新興學(xué)科，融合環(huán)境科學(xué)、信息工程學(xué)、水信息學(xué)、生態(tài)學(xué)等多學(xué)科知識，為污水智慧化和綠色化處理、水資源保護(hù)和水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防控提供全新的視角和方法。本書全面系統(tǒng)地闡述信息工程原理與技術(shù)在污水水質(zhì)信息全生命周期管理中的應(yīng)用，包括從信息的采集、處理到其在不同場景下的應(yīng)用。

本書不僅適合環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程等專業(yè)的學(xué)生和研究人員作為教材使用，也為污水處理廠的設(shè)計(jì)、運(yùn)營和管理人員提供了實(shí)用的技術(shù)指導(dǎo)和管理建議。同時(shí)，對于關(guān)注水資源保護(hù)和水生態(tài)安全的政策制定者、環(huán)保組織成員以及公眾，本書也能夠幫助他們更好地理解和應(yīng)對當(dāng)前和未來水資源面臨的挑戰(zhàn)。

（本文編輯：洪弘）

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