基于控制系统的工业园区水环境管理及优化

赵纯真

（安徽东晟环保科技集团有限公司 安徽合肥 230000）

引言

工业园区是国家或地区根据实际发展需要，利用行政手段划出一块区域，聚集各种生产要素，科学整合一定空间范围内的各种要素，提升工业集约强度，优化园区功能布局，突出产业特色，以满足市场竞争及产业升级需要。工业园区发展模式，在促进经济发展的同时，也带来了诸多问题。其中，突出问题是工业园区水环境问题，逐渐成为当地水污染的重灾区。

1 控制论的相关论述

1.1 控制论

20 世纪40 年代后期，诺伯特·维纳出版了《控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，自此，“控制论”的思想和方法渗透至自然与社会科学的各个领域。控制论成为研究动态系统变化环境下保持平衡或稳定状态的科学。控制论的具体内容主要包括四个方面：最优控制理论。即，在各种复杂控制系统中，利用科学、数学方法等解决大系统设计和控制问题，实现系统最优化。模糊理论。常用以在复杂系统中解决不确定型的问题。大系统理论[1]。以功能综合、繁多因素、结构复杂等工程或非工程大系统自动化为研究对象，是大系统最优化。控制论系统有四大特征：预定的平衡或稳定状态；外部环境到系统内部的信息传递；过程性；动态统一性。

1.2 反馈控制

反馈控制则是指某一任务或行动完成结束后，将获得的实际结果进行比较，并根据比较结果以影响下一步任务或行动，从而起到较好的控制作用。反馈控制具有诸多优势，能够根据对偏差的控制，从而有效解决内外扰动对被控量产生的影响，即，根据以往的操作达到调整未来行为的效果。

1.3 前馈控制

顾名思义，就是利用收集整理信息、观察实时情况、把握特征规律、预测未来趋势，精准预测将来可能发生的各种问题，从而采取相应的对策措施，提前将可能出现的偏差消除在萌芽状态，对未来不同发展阶段问题提前事先采取措施予以应对。

2 工业园区水环境管理现状

随着工业化、城镇化进程的加快，“十四五”时期，我国所面临的水环境污染问题依然严峻复杂，过度开发流域水资源、严重失衡的水生态环境，以及水质性水资源缺乏与水量性水资源缺乏问题并存，整体来看，水环境污染问题呈现出流域性复合发展态势。工业园区作为国家或地区各要素相对集中的工业产业，水环境管理成为影响其可持续发展的重要因素之一。通过“三线一单”政策的落实，掌握工业园区流域水环境承载力范围内重点水环境污染治理、园区产业结果和园区经济发展的优化布局，有利于工业园区水环境管理质量和效果[2]。

2.1 工业园区水环境管理协调机制不完善

众所周知，工业园区作为各种工业集中区，园区内涉及到的工业企业类型众多，废水预处理、污水管网输送，以及园区污水集中处理的环节等，涉及到多部门、多环节的权责交叉。例如，工业园区的污水管网主要由工业园区所在的市政部门具体负责建设、运行及管理，而工业园区内的企业纳管则由市政部门具体负责审批管理，园区污水集中处理厂所收集到的污水及企业预处理排放设施由园区所在区域的生态环境主管部门负责监管。多部门、多环节权责交叉，影响了部门间沟通协调效率，极易产生监管缺陷。

2.2 工业园区水环境精细化管理水平不高

工业园区污水管理粗放的现象不同程度存在，例如，工业园区对园区内的企业污水预处理情况、污水管网的日常维护等掌握不全面，更是对涉及企业污水排放的种类、数量、去向，以及执行纳管的排放标准、污水集中处理设施处理的相关工艺措施，园区内的污水类型处理与处理工艺是否存在匹配等等，掌握不全面，精细化管理水平不高。一旦工业园区发生污染物超标等情况时，难以准确及时地进行溯源，增加了后期的污水处理难度。

2.3 工业园区废水执行纳管排放标准不合理

根据我国工业园区污水处理的相关规定来看，目前，国家生态环保部门对工业园区内的污水纳管排放管控标准严格按照企业行业类别及排放条件确定。如，工业园区污水排放执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）三级标准，或者《污水排入城镇下水道水质标准》等，一些重点行业工业企业的污水排放执行间排标准。目前，实际运行过程中，很多工业园区主管部门要求污水处理厂的污水排放按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级或更高标准，额外增加了工业园区内工业企业的处理成本。如，工业园区预处理阶段一味要求降低污水中的有机物浓度，而工业园区的污水处理时又额外需要补充碳源。

2.4 工业园区管网建设及维护依然不到位

从工业园区的污水处理情况来看，普遍存在工业园区污水管网老化、建设及后期维护不到位，存在雨污混流、管网破损等，这些也是导致工业园区周边水环境长期得不到根治的重要因素之一[3]。此外，一些工业园区由于历史原因，长期存在的雨污河流至管网，雨季污水直排现象不同程度存在；管网淤塞、破损的问题长期得不到很好解决。

2.5 污水处理设施工艺与废水类型不匹配

随着工业化城镇化进程加快，尤其是工业企业的生产规模的不断扩大，工业园区内的工业企业污水处理的设施及其工艺运行与园区内的污水处理类型不匹配的现象十分突出。工业园区中的污水处理硬搬城镇污水处理厂的设计思路，未充分对工业园区的污水来水水质分析评估，建成及运行也未考虑工业园区内废水成分的复杂性、可生化性低、生物抑制性强、水质水量波动量大的现实特点，导致工业园区内的应急污水处理能力不足，存在较高的工业特征污染物稀释排放风险。

3 基于控制系统的工业园区水环境管理及优化措施

3.1 基于反馈控制分析工业园区水环境管理

从反馈控制的相关理论分析，工业园区水环境管理的实质，是通过工业园区不同行为主体监督检查工业园区内水环境管理实际情况，及时将水环境管理中遇到的偏差进行纠正，查找原因，从而保证工业园区水环境管理始终处于有效管控范围内。

（1）明确工业园区水环境管理的目标。根据工业园区发展实际，以及园区内的工业企业实际，结合“三线一单”，充分考虑工业园区所在流域水生态系统保护的长期、中期和短期保护目标，根据工业园区的具体情况，以及园区水环境的组成要素等，明确工业园区所在区域水环境管理的整体规划，并进一步予以量化。

（2）衡量工业园区水环境的实际管理成效。综合运用工业园区内水环境管理绩效评估体系，用以指导工业园区内水环境管理的绩效评价，从而为相关部门评价工业园区当前水环境管理措施的现实可操作性和实用性，提供科学评价指标，也为后一阶段工业园区水环境管理措施的动态调整提供精准数据支撑。

（3）纠正工业园区目前水环境管理的实际运行偏差。根据对工业园区水环境管理的实际运行成效分析，坚持“协调发展”“互动循环”两大原则，进一步识别工业园区水环境管理的技术可行性、经济可行性等，持续推进工业园区水环境管理措施。

3.2 基于前馈控制分析工业园区水环境管理

前馈控制在工业园区水环境管理中的应用，体现了工业园区环境规划及环评理念，即，通过对工业园区环境管理信息分析、预测，将预测结果与预期结果进行比对，从而采取相应措施，以实现预期效果。

（1）全面分析工业园区水环境管理体系。通过现场走访调研、数据收集、实验分析的基础上，结合国家政策、产业标准、行业要求，以及环境基准、费用效益分析等等，全面系统分析工业园区水环境管理的现实情况，为后续措施的实施提供有效指导。

（2）建立工业园区水环境管理因果关系分析图。即，利用因果关系动态系统对工业园区内的水环境管理进行全面分析、描述，在整个动态管理体系中，随时关注工业园区水环境管理相关因素的关系图，并持续做好补充、修正、完善，以满足工业园区水环境管理的实际需要。

（3）详细分析工业园区水环境管理偏差相关信息。利用实地走访、科学预测，将工业园区水环境变化等代入至因果关系图中，进一步分析其影响和相应的偏差信息，并根据工业园区发展的实际情况，进一步采用相应的纠偏措施，以实现工业园区水环境管理措施的持续优化，满足实际需要。

3.3 基于控制系统优化工业园区水环境管理

前馈控制理论与反馈控制理论相结合的基础上，积极构建工业园区水环境管理控制系统，以及整个控制系统中的若干控制单元的系统结构，为工业园区水环境管理明确重点。具体来说，基于控制系统理论优化工业园区水环境管理的内容包括：

（1）前提：科学制定工业园区水环境管理目标。根据工业园区企业类型、废水排放量、废水主要污染物等，在流域水环境管理大框架下，通过调查分析结果，综合科学实验等措施，根据工业园区、城市、农业等污染源的具体情况，进一步细分流域水环境相应的管理目标，为工业园区领域废水定量化管控制定明确目标。

（2）保障：准确衡量工业园区水环境管理成效。通过梳理工业园区水环境管理的因果关系图，并对该关系图持续进行修正、补充和完善，从而使工业园区水环境管理措施更加符合实际需要。此外，还要根据工业园区水环境管理因果关系动态系统图，对工业园区水环境管理绩效进行科学评估，从而预测工业园区水环境管理各项政策措施落实的实际成效，分析原因，弥补不足。

（3）内容：纠正工业园区水环境管理偏差。通过实地走访、现场数据收集及调查，对工业园区水环境管理的实际成效进行分析，以及预测相应的管理成效，从而获取实际成效与预测成效之间的偏差，为进一步纠偏提供可靠现实依据。

结语

综上，利用环境管理中的控制系统理论，以及反馈控制、前馈控制相关理论，将其应用于工业园区水环境管理及系统优化之中，根据全面系统实时地分析工业园区内的水环境运行全过程，有效推动工业园区水环境管理更加科学、系统、精细。