绿色大视野周刊2022年8月8日
绿色大视野
周刊
2022年8月8日
城市缆车交通运输系统
基于深度神经网络建模的全光谱水质分析技术
细分子化超饱和溶氧超强磁化技术
本期开始介绍中国生产力促进中心协会绿色生产力委员会委员单位“双绿”技术。
“双绿”即绿色生产力和绿色人民币评价标准。绿色生产力强调科技创新，减污降碳；绿色人民币强调效益突出，生态惠民。
本期展示中国索道协会城市缆车交通运输系统、成都益清源科技有限公司基于深度神经网络建模的全光谱水质分析技术、北京环尔康科技开发有限公司细分子化超饱和溶氧超强磁化技术共三项委员单位专有技术。
简介
全球各地普遍面临着城市化快速增长的挑战，城市基础设施建设逐步趋于饱和。据统计，截至 2050 年，全球承受日益增长的出行压力，另一方面，传统城市交通（汽车、公共汽车、出租车）的平均行驶速度也在逐年下降。目前，全球各地城市一直积极致力于减少交通拥堵，因为交通拥堵不仅会导致城市瘫痪，也会由于二氧化碳排放、噪音污染和道路事故导致环境问题增加，减少交通拥堵的目的是为实现可持续性、包容性、经济高效发展。城市缆车交通运输解决方案可将城市交通路线扩展至空际领域，缆车运行飞越城市，巧妙躲避地面障碍，并且可以在其他传统交通工具无法轻易触达的地方建立连接。
绿色生产力
城市缆车具体分为单线循环脱挂式抱索器吊厢索道、双线（2S）和三线（3S）
脱挂式抱索器吊厢索道两种类型，缆车运行速度高达 7-8 米/秒，载客量在
4500-6000 人/小时不等，该出行方式具有可持续性、环保和经济高效等多重优势，完美解决了城市交通拥挤等问题，在城市之间建立空际联系，补充现有交通网络，具有占地面积小、缩短用户出行时间等优点，因此非常适合于城市公共交通运输。（下图为各国城市索道交通）
城市缆车优势：
1、跨越障碍
索道系统能够跨越自然障碍物（河流、复杂地形）和城市障碍物（建筑物、道路和铁路。
2、占地面积小
索道站台紧凑、线路支架只占地几平方米，容易融入周围环境。
3、专用运输线路
独立于其他地面运输方式，不会受到交通拥堵或事故的影响。
4、多模式联运一体化
索道可完美融入多模式交通网络中，索道系统可作为主流公共交通系统的补充，可以优化现有交通基础设施。
5、安装周期短
大多数城市交通运输索道项目能够在10~18个月内完工。具有可逆性、更加灵活的解决方案。
6、出行时长可控
不受地面交通网络（行人、公路或铁路）干扰的独特优势，索道站之间构建了一条可直达不间断的线路。因此，能够在任何时刻保证出行时长。
7、无障碍乘车
适用于各类群体的乘客：残障人士、老年和儿童等出行人群。站台与吊厢地板设计等为高、保证了乘客最佳的无障碍乘车体验。
8、用户体验
在保证出行质量的同时，为乘客带来了全景视野体验。此外，索道运行噪音极小，确保了乘客和居民的舒适性。
绿色人民币
缆车交通运输系统，是汇集了中国、法国、奥地利、意大利、瑞士等国成功经验，为全球交通运输系统日益拥堵，二氧化碳排放、噪音污染和道路事故导致环境问题急剧增加等困境开拓了城市交通发展新领域，以巧妙躲避地面障碍，城市交通路线扩展至空际领域，安装周期短、占地面积小、出行时长可控、安全性高等优势引起世界各国关注。城市缆车系统运量高达6000人/小时、速度高达8米/秒、吊厢容量高达35位乘客、支架跨距高达3000米，城市索道公共交通系统，由多条索道组成专用线路，城市交通运输系统创建的空中交通网络对于城市的可持续、包容性和经济高效发展至关重要。客运索道每公里的综合造价约0.5~1.5亿人民币，仅为轻轨和地铁的1/3和1/10。客运索道的运营成本也比较低，一般旅游景区索道投资回报的时间大约在3~5年。
简介
当光辐射到水上，会产生反射、散射和吸收等各种反应。郎伯比尔定律指出某一波长上的光的吸收率取决于被测水体的浓度。使用波长在紫外、可见以及近红外(UV/VIS/NIR)范围内的光照射水体，水中的物质对不同波长的光有不同强度的吸收。相应的，不同污染物种类，在不同波长段会形成不同的特征吸收峰。应用人工智能学习算法和大数据分析技术，建立不同水体特征光谱数据库和实测的水体吸收特征光谱进行比对，可以及时有效识别出污染物种类和污染物来源。
全光谱实时水质分析仪利用人工神经网络建模技术，基于化学计量学算法，采用从200-850nm范围内每个波长的光的吸收率数据进行建模并计算水中各类物质的浓度，实现较传统单波长、双波长或者多波长检测技术更为快速、精准的水质参数分析，大大提升光谱法技术对复杂水体的适应性和监测能力。
不同水质参数在不同光谱波段的吸收特征
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1、基于深度神经网络建模的全光谱水质分析方法
在实践中，254单波长吸光度的一些局限性，主要表现在光源的波动、浊度的影响等，双光路可以解决光源波动影响，但浊度的影响无法消除，为此产生了双波长测量法，通过选取一个无明显有机物吸收的波长进行补偿从而消除浊度影响。
单波长、双波长的核心都是基于254nm吸光度与COD的线性关系，对于较为简单的水体，这个线性关系比较好，但对于有机物成分相对复杂的水体该线性关系常常会有较大偏离，而且通过单一波长补偿浊度也不一定准确，基于此，多波长模型相应诞生，其核心思想是采集大量的光谱数据，通过波长相关性分析以及大量计算机模拟，找到4~6个波长点吸光度值进行权重建模，该模型将比双波长法具有更好的适应性。
多数有机物在UV波段都有强烈的吸收，通过测量待测水体UV波段的吸收光谱可以和水质的相关指标建立一定的关联关系，通过这些关联模型可以在某种程度上反演出相关指标参数值。但NH3-N在UV光谱中无明显吸收，TN在UV光谱中只有有机氮、硝氮、亚硝氮有明显吸收，TP在UV光谱中只有有机磷有明显吸收，正磷并无明显吸收。进一步的，近红外(NIR) 反映的是分子化学键振动的倍频和组合频信息，由分子偶极矩的变化即非谐性产生，能有效反映含氢官能团的信息，如 C-H、N-H、O-H等，只是近红外光谱的光谱特征并不明显，需较大程度地依赖于化学计量学中的校正模型。
对于一个相对稳定的水体，比如某一段河水，或者某一片湖水，也可以是生活污水，或者经处理后的生活污水，其有机物主要组分是比较固定的，而且这些组分的相对含量并非孤立因素，而是相互影响、相互转化，即组分之间存在强相关因素，从数学角度考虑，这些组分之间满足一定的函数关系。200nm-850nm波长范围内的全光谱作为水体不同组分在紫外、可见光以及近红外段的吸收光谱上的一个综合反映，在一定程度上映射了水体中C-N-P-O等不同组分间的函数关系。
基于大数据分析的深度神经网络（DNN）具有在某种程度上形成类似人类概念的能力，即具有一定的概念抽象能力。水体水质各项指标与其它多种相关因素的复杂关系在数学表达上形成了一个高维空间的复杂函数，通过DNN网络的建模和时空大数据的训练，能较为有效地拟合该高维函数从而完成相关预测和分析。
某污水处理厂出水水质光谱曲线图
（其中：蓝色为纯水光谱曲线，红色为实测水体光谱曲线）
某污水处理厂出水水质吸收光谱曲线图
（其中：横坐标为波长 nm，纵坐标为吸收率）
公司采用最新的机器学习技术，基于完全自主研发的神经网络模型算法，利用200nm-850nm范围内每个波长的光的吸收率数据进行建模并计算水中各类物质的浓度，实现了较传统单波长、双波长或者多波长检测技术更为快速、精准的水质参数分析，大大提升光谱法技术对复杂水体的适应性和监测能力。
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全光谱水质分析技术的光谱范围宽达200-850nm，该技术利用UV全波段吸光度值进行深度神经网络综合建模，做到秒级监控水中污染物，同时检测数据可实时与云端大数据进行比对，实现大数据样本的追溯、深度挖掘。该技术监测周期可达到秒级，常规监测频率 1分钟；单台设备可同时监测COD（CODmn）、NH3-N、TP、TN、BOD、TOC、NO3-N、NO2-N、浊度、色度、悬浮物等核心关键指标；关键指标分析结果与实验室检测数据误差仅≤20%-30%；设备体积小，移动方便，运行过程节能环保，无二次污染风险；监测结果实时实地存储，分析，警示；适用范围广，不仅可用于河流湖泊常规污水监控，还可满足管网、沟、渠、涵闸、隧洞等复杂环境下的水质监测需求。建设成本不到常规自动水站的1/2，年运营成本为常规水站的1/3；设备运行过程中无需试剂、不产生废液，无耗材消耗和废液处理费；维护成本低，仅需处理水中杂物即可。
实践验证
1、 淄博某化学工业园区污水管网在线监测
2020年4月27日起，在临淄区某化学工业园区内1、2、3、4号管网内不同观察井、监测站房内共计安了10套全光谱水质分析仪，监测COD、氨氮、总磷、总氮指标，监测频率:1分钟/次，帮助监管单位实时预警和溯源分析。通过24小时实时连续监测和特征光谱数据分析，绘制完整有效的水质状况趋势图，对掌握水质变化规律提供科学依据。
自2020年4月起，项目实施运行自今，多次查处异常排放规律，抓住异常峰值，锁定违规排污企业，有效弥补传统自动监测站以及实验室采样监测的数据空白期，做到数据有效、实时、完整的记录，不留监测空档。
结合现场工况，采用了井下原位探头、抽水式探头等产品形态，进行了现场安装实施。
2、某开发区排水管网水质在线监测
2020年9月，对某开发区两条主要排水管网进行实时连续预警监测。监测指标包括COD、氨氮、总氮、悬浮物。监测频率:1分钟/次。其中南进水口站，位于污水处理厂外，监测工业园区污水汇水管网。华旭市政口站，主要监测华旭化工、金旭化工、天人农机、翼辰西院等工业和生活污水排水。
通过预警站实时连续监测，及时对水质超标情况进行预警，帮助执法巡查人员及时的进行峰值采样、留样，精准执法监管。同时，结合污染物特征光谱曲线，执法人员可有效的溯源至排污企业。
南进水口站 华旭市政口站
结合现场工况，采用一体化集成的多参数水质在线监测预警站进行现场安装实施。
简介
细分子化超饱和溶氧技术，摒弃了传统河道曝气充氧技术存在的氧利用率低、投资大等弊端，利用物理、电化学、生物化学等作用，使河道水体溶解氧浓度达到超饱和状态，有效地提高了水中溶解氧含量，为河道营造充分的好氧环境，高效去除水中各种污染物，彻底改善河道的生态环境。水利部把该技术列入2015年度、2018年度《水利先进实用技术重点推广指导目录》。
绿色生产力
1、自主研发的先进专利技术，技术成熟可靠，应用效果卓越，自2012起连续多年科技查新报告显示国内尚未有同类技术产品用于河道水体处理。
2、水中溶解氧含量高达50mg/L以上，氧的利用率超过95%，比传统溶氧效率提高5倍，能够大幅度提升反应效率同时降低能耗。（根据项目需求选择经济溶解氧含量）
3、工程投资少，运营成本低，使用寿命长。比传统污水技术的投资和能耗低90%以上。
4、消减河道底泥厚度，有效抑制底泥中污染物向水体释放，减轻河道内源污染负荷。
5、工程投资少，运营成本低，使用寿命长。比传统污水技术的投资和能耗低90%以上。
6、设备体积小、重量轻、占地面积少。可建在河道护坡等空地上。
7、高效解决点源污染、截污不彻底等受污染水体，为解决社会发展与环境保障之间矛盾，提供了全新的治理思路。
8、利用河道两岸现有条件施工，采用当地施工队伍和施工材料，施工难度小、周期短，设备运行一个月即可达到治理效果，施工过程对周围环境及居民生活基本无影响。
9、独特的生物流化床综合反应区设计，促进了水体循环流动，死水变活水，并且不影响河道行洪泄洪，不改变河道的原有功能，保护河道的自然生态环境体系。
10、处理工艺管理集中、操作简单、维护方便、运行安全可靠。
11、处理效果明显、见效快，效果稳定性强，长治久清。
12、不投加任何化学药剂或者生物制剂，无二次污染。对地下水和居民环境均无不良影响，用生态的方法解决生态修复问题。
绿色人民币
该技术可使水中的溶解氧可达到50mg/L以上；氧的利用率超过95%，比传统溶氧效率提高5倍。该项目建设费用为150～300元/t，比传统工程投资降低50%；运营费用为0.03～0.08元/t，综合运行成本降低40%；能耗与其他同类技术相比降低60%；
实践验证
案例1：北京市通惠河治理工程
市区内主要排洪河道。区域内雨水径流、生活污水排入河道。生活污水日排入量10万吨。沿通惠河建设三座“细分子化超饱和溶氧-超强磁化技术”水质净化站。活氧水生产能力95000m3/天，处理水量27万m³/天；治理后河道水质主要水质指标达到地表水IV类，水体透明度＞100cm，消除河道黑臭现象，为下游北运河水生态环境减轻污染负荷。
通惠河东便门橡胶坝上游治理后
通惠河东便门橡胶坝上游治理前
中国生产力促进中心协会
绿色生产力工作委员会联系人：李新野 18518599944
