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任洪强：《AI为水处理领域创新赋能》
2026-03-29 17:21:18
作者：任洪强（中国工程院院士，南京大学环境学院教授、博士生导师）
面对水质波动加剧、资源回收需求上升与“双碳”目标倒逼，传统水处理工艺依赖人工经验与固定参数，响应滞后、调控粗放，已难以支撑系统复杂性日益提升的行业现实。人工智能的快速发展，尤其是在算力、算法与数据融合方面的突破，为水处理提供了颠覆性发展的新引擎。AI不仅打通从水质感知、过程调控到资源优化的全链路智能决策路径，还重塑了水处理系统优化范式。通过数字孪生、自学习建模与多目标权衡控制，水处理技术正从“静态单点突破”走向“动态全域协同”，迈入系统化、精细化、标准化的新时代。
AI重塑水处理材料的研发路径，从图神经网络预测膜材料选择性，到分子模拟加速吸附剂性能优化，再到响应性膜材料的智能调节与纳米机器人辅助的自动发现，AI贯穿材料设计的各个环节。AI还能基于历史数据预测材料在实际运行条件下的稳健性与性价比，甚至纳入全生命周期评估，实现绿色材料从“可用”到“可持续”的跃迁。微生物系统是水处理的核心环节，AI的引入实现了从菌群结构建模到代谢通路的全面解析。通过深度学习与合成生态学结合，AI不仅可以预测微生物演化趋势与共代谢关系，还能主动调控电子传递与群落构建，从而打造自优化、自稳定的人工微生物系统，推动生物强化走向智能化调控，为高难污染物治理和系统韧性提升提供新策略。
新时代水处理系统的目标已不再局限于污染物去除，而是迈向具备生态自适应能力的智慧水系统构建。水智能模型通过集成实时智能控制，利用数据驱动模型在数据稀缺环境中提升污染趋势预测能力。聚焦水系统自进化能力，并构建面向水生态自调节的一体化智能治理框架，能够助力实现水环境的长期健康与韧性发展。AI引导水处理的价值创造方式从设备供应、工程建设、运维服务拓展至数据驱动服务与智能决策支持。从设计阶段的虚拟仿真优化，到运行维护阶段的预测性精准调控，再到后期的资源回收增值服务，价值链大大延伸。大数据分析企业、云平台服务机构将嵌入水处理产业的各环节，通过数据共享与协同创新，产业链条从线性延伸向网格化生态转变。
作者介绍：
任洪强：环境工程专家，中国工程院院士，南京大学环境学院教授、博士生导师，南京大学宜兴环保研究院院长，教育部长江学者特聘教授，中国环境科学学会会士，国家卓越工程师团队“工业废水治理技术与装备”负责人、国家自然科学基金基础科学中心“水质风险控制工程学”负责人，国家有突出贡献中青年专家。曾任南京大学环境工程系主任、水处理与水环境修复教育部工程研究中心主任、南京大学环境学院副院长、环境学院院长。任洪强院士长期从事工业废水、工业园区水污染防治方向的创新研究，在生物处理强化理论、技术和装备方面取得了系统创新成果，开拓了我国复杂废水生物处理增效调控技术与工程应用研究新领域，在化工、制药、印染及其园区废水处理达标排放、增效提标、再生回用工程实践中做出重要贡献。发表论文260余篇（SCI收录160余篇），出版专著4部；获授权中国发明专利120余件、美国和欧盟等发明专利40余件；编制国际/国家/行业/团体标准100余项；成果获国家技术发明二等奖3项、国家自然科学二等奖1项、国家教学成果二等奖1项、省部级一等奖7项、ISO卓越贡献奖及何梁何利基金科学技术创新奖等。
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