以智慧感測器結合AI數位孿生優化廢水氨氮監測與處理
新知
發布日期: 115 - 10 - 23
近年環境部持續加嚴氨氮排放管制，於113年12月18日修正發布《放流水標準》新增印刷電路板製造業、屠宰業、肉品市場及醫療機構等氨氮管制對象，並規定116年起部分新設事業氨氮限值加嚴至30 mg/L。隨著管制範圍擴大及限值趨嚴，如何即時掌握氨氮濃度變化並降低超標風險，已成為廢（污）水處理操作的重要挑戰。
目前多數廠區仍採線上氨氮感測器搭配人工校正及操作，自動監測設施感測器需定期校正與清洗，否則反應槽表面易因污垢與生物膜沉積附著，產生測得氨氮值持續上升之偽陽性狀態；數據漂移或資料品質不佳均將影響監測結果及製程操作判斷，難以即時回饋至曝氣、加藥等控制程序，降低整體處理效率。
為改善上述問題，近年國內逐漸發展智慧感測器結合AI數位孿生閉迴路控制技術，系統透過智慧感測器持續監測氨氮、pH、溶氧（DO）、化學需氧量（COD）、流量及溫度等水質資訊，再經由物聯網（Internet of Things, IoT）傳輸至AI平台，運用人工智慧進行異常辨識、趨勢預測及操作最佳化分析；同時結合數位孿生技術，模擬不同曝氣及加藥條件下之處理效能，並將最佳控制策略回饋中央監控與資料擷取系統（Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA）系統，自動調整製程操作，形成「監測－分析－模擬－控制」閉迴路（closed-loop）管理機制。
依環境部「新興廢水處理技術應用平台」及相關計畫案例，AI數位孿生平台結合人工神經網路（ANN）建立軟感測器模型，推估生化需氧量（BOD），模型預測準確度達R²=0.92，並應用於曝氣策略最佳化; 在高氨氮工業廢水示範場域中，導入智慧控制後可將氨氮約800～2,000 mg/L降至50～100 mg/L之範圍；AI自動加藥系統可節省27%聚合物及36%氫氧化鈉，長期而言使藥劑使用量降低約30%，藥劑成本降低約50%，人工作業時間縮短逾90%。上述成果係於特定高氨氮工業廢水及連續處理條件下所獲得，實際應用成效仍須依廠區水質特性、處理流程及設備配置進行評估。
值得注意的是，智慧控制系統仍須建立於可靠的感測資料品質之上，感測器須依規定定期校正、清洗維護及資料品質管理，並建置資通安全及資料備份機制，以提升AI分析及控制結果之可靠性；此外，該技術較適用於具連續監測、自動控制需求及高氨氮廢（污）水處理系統，導入前宜先完成實場驗證及效益評估。
智慧感測器結合AI數位孿生閉迴路控制技術可協助事業提升即時監測能力、縮短操作反應時間及降低藥劑與人力成本，在專業人力短缺的時代，將可作為高氨氮廢（污）水處理設施智慧化管理的重要選項。
