KNOWLEDGE期刊發表：打造AI賦能的污(廢)水處理廠
2025-09-22
內政部國土管理署《下水道水再生期刊》114年7月第四卷第二期【打造AI賦能的污(廢)水處理廠】 瀏覽全文
摘要：本文闡述水資源管理系統AI賦能技術研發及落地驗證的成果，同時分享打造AI賦能污(廢)水處理廠的經驗，期能為智慧水務的發展方向奠定承先啟後、繼往開來的基礎。AI賦能污(廢)水處理系統除可提供操作維護管理之解決方案及提升營運管理績效外，在面對永續轉型的發展趨勢，可降低營運管理風險並創造低碳、綠色轉型的機會，可協助污(廢)水處理系統加速雙軸轉型、驅動淨零碳排，邁向ESG永續發展目標。
關鍵字：AI賦能、智慧水務、淨零碳排、雙軸轉型、ESG永續發展目標
精選內文
壹、前言
污(廢)水處理廠AI賦能，係指賦予污(廢)水處理系統智慧化管理與控制的能力。污(廢)水處理系統本身即屬一動態複雜且具高度變異性的系統，為因應污(廢)水處理系統與周圍環境的變化而引起系統特性的改變，及系統內部各單元、程序及子系統間交互關係與作用的變化，污(廢)水處理系統必須具有反饋機制及「自適應和自學習性的反饋系統」，以保持對客觀環境的適應能力。亦即，污(廢)水處理系統必須賦予解讀、分析資料及邏輯思考與輔助決策的能力。
對營運管理單位而言，污(廢)水處理廠AI賦能的目標，主要表現在：降低管理成本、提高服務品質及強化經營體制等方面。
貳、污(廢)水處理系統AI賦能的關鍵要素
而污（廢）水處理系統AI賦能的本質為「污(廢)水處理系統操作維護及營運管理解決方案提供者」。因此，AI賦能的污(廢)水處理系統須具備的關鍵要素，包括：
(1) 具高度數據整合，可縮短數位落差及數位科技落差的系統；
(2) 充分應用一系列新資訊化技術(如大數據分析、人工智慧、行動互聯網、雲端計算、物聯網IoT以及區塊鏈等)的系統；
(3) AI賦能於操作維護及營運管理機制；
(4) AI賦能於全生命週期管理；
(5) AI賦能驅動淨零碳排、加速雙軸轉型，邁向可持續發展目標等。
參、污(廢)水處理系統AI賦能的內涵
「設備賦能」係指藉由傳感器、物聯網(IoT)、人工智慧(AI)、大數據分析以及數位孿生等技術的應用，使污(廢)水處理系統設備從被動執行指令的角色，轉變為能夠自主感知、分析、決策並與其他系統協同工作的智慧單元，進而提升設備智能化水準，從而增強其性能、效率和價值。水資源管理系統設備賦能的對象，包括：泵浦(陸上型/沉水式)攪拌設備(含推流器)、供氣設備、鼓風機(含魯式、空氣懸浮式、離心式)、污泥脫水設備(含帶濾式、壓濾式)及套裝式反應器等。
「程控智聯」係藉由智慧物聯網(AIoT)即時擷取污(廢)水處理系統中各處理單元及程序之狀態變數(監測變數)，透過智能化操控模組對控制變數進行動態智能化操控。智慧型AI推論模型根據動態智能化操控的結果，以機器學習(Machine Learning, ML)/深度學習(DeepLearning, DL)/類神經網路(Artificial Neural Network, ANN)演算法(algorithms)建立智慧型控制、處理成效評估及水質預測推論模型，對控制變數進行智慧微調及糾偏，以達污(廢)水處理系統操作最佳化的目標。
「智能巡檢」主要包括：設備巡檢、場域巡檢及巡檢人員安全維護等。智能巡檢是工業4.0場景下，利用AI技術對傳統巡檢模式進行的全方位升級。與依賴人工或傳統感測器僅監控單一數值異常的巡檢方式相比，AI賦能的智能巡檢以多模態數據融合、高效異常診斷和自主策略優化為核心，實現了更高效、更準確的設備與場域監控。
「精確控制」是程控智聯技術中實現污(廢)水處理系統節能節費目標的最佳化控制技術。所謂的「精確控制」，指的是一種滿足供需平衡條件(或符合供需平衡原則)的控制方法，包括：「精確曝氣控制技術」及「精確加藥控制技術」。
肆、污(廢)水處理系統AI賦能經驗分享
有鑑於基士德(GSD)應用AI於污(廢)水處理系統程控智聯技術在節能減碳上的豐碩成果，近年來實場驗證結果顯示，生物曝氣池精確曝氣控制之曝氣設備節能效益可達20%以上；以化學除氟加化學混凝程序的精確加藥控制結果，鹼劑(NaOH)、除氟劑(CaCl2)及混凝劑(PAC)之節省藥劑添加量分別達10%、25%及35%以上。因此，AI賦能於污(廢)水處理系統以提升整體營運管理績效並符合淨零轉型及永續發展目標的發展路徑，儼然成為各級污(廢)水處理廠亟待努力的目標。
污(廢)水處理系統之數位孿生系統，除可即時監看日常程序控制及操作維護營運管理的資訊外，數位孿生打造的虛擬系統，可模擬及預測當外部物質、能量或環境條件改變，或內部微生物新陳代謝活性變異、設備運轉失能等對污(廢)水處理系統的影響及衝擊，達到污染預防、預知維護及降低異常風險等功效。且當進流水量及水質產生變異，該虛擬系統之模擬及預測功能亦具有優化操作程序及操作參數的能力，以達最佳化水質處理成效及提高系統穩定性，並符合SDG 6-3提昇水質、污水處理、安全的水循環再利用之永續發展目標。
結論
AI技術的發展一日千里，且正快速的改變及促成新型態的產業價值體系，當然也包括水資源管理的環保及水務產業。隨著全球對水資源的需求不斷增長以及氣候變遷帶來的挑戰日益嚴峻，利用AI 來提升污(廢)水處理系統營運管理績效和永續性，儼然成為至關重要的課題及勢在必行的趨勢。打造AI賦能的污(廢)水處理系統，除需要結合跨領域AI技術及人才外，尚需國家政策的支持及產、官、學、研各界的共同努力。
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