从数据到决策：一种协同优化污泥气化过程中能量回收与SO2控制的闭环框架

《Environmental Science & Technology》：From Data to Decision: A Closed-Loop Framework for Co-Optimizing Energy Recovery and SO2 Control in Sludge Gasification

　　

摘要

随着城市污水处理规模的快速扩张，污泥的可持续管理已成为全球性的环境挑战。气化技术因其较高的转化效率及资源回收潜力，被视为一种有前景的处理方法。然而，这一过程会将污泥中的硫转化为SO₂，从而在节能与减排目标之间产生矛盾。为解决这一问题，本研究提出了一种三层数据模型决策框架。首先，通过将物质与能量流分析（MEFA）与反应机制相结合，将多源工艺参数转化为单位污泥的能源回收效率及SO₂排放强度。其次，我们开发了一种基于机制的特征工程方法，并通过对比多种算法选出用于工艺优化的最佳替代模型。最后，在综合考虑操作重要性和可行性的基础上，利用DE、PSO和NSGA-II算法在不同排放情景下对工艺进行系统优化，以实现减排与节能的协同。研究结果表明，尽管这两个目标之间存在内在矛盾，但所提出的方法无需额外处理成本即可将能源回收效率提高45.28%–65.34%。尤其是基于机制的特征工程显著提升了模型性能。通过结合数据科学与工业生态学，这项工作系统地识别出了污泥气化工艺中的操作瓶颈及优化空间，为实现不同的环境目标提供了可操作的决策支持。