【課堂筆記】AI助攻環境永續-水處理與節能減碳 |謝文彬 (12/18)

講師:謝文彬

現職:

  • 臥龍智慧環境有限公司 創辦人暨執行長
  • 亞洲大學 校務顧問暨資工系兼任教授
  • 台灣人工智慧協會(AIAA) 理事
  • 台灣人工智慧學校(AIA)ESG講座
  • 人工智慧基金會(AIF) ESG講座
  • 中華亞太物聯發展協會ESG資深顧問
  • 中興大學國際產學合作中心 業界顧問
  • 數發部數據賦能 公益創新 輔導專家教練

經歷:

  • 台積電 (F12P6廠務水處理課/F15P6 新建廠工程(10 nm),硫酸鈷處理與資源化專案,節水績優專案)
  • 愛奇智慧科技公司(AI4kids)創辦人暨營運長
  • University of Delaware 博士後研究/訪問學者
  • 台灣人工智慧學校 台中經理人二期 (進修)
  • 環保署廢水處理專責人員訓練班講座
  • 財團法人環境與發展基金會 經理
  • 友達光電 CELL高級工程師 新產品整合
  • 交通大學防災與水環境中心博士後研究員/ 助理研究員

一、前言

台灣分別在2020年和2023年經歷了缺水危機,水庫蓄水量告急,甚至有許多縣市開始了限水措施。更有人開始擔心用水量龐大的台灣護國神山台積電可能會因為缺水,造成生產線無法順利運作,進而造成全球晶片供應鏈停擺的危機。由此可見,水資源的議題對身在台灣的我們來說不僅是重大的民生問題,更可能是影響我國國家發展的重大國安問題。尤其在全球暖化加劇的現在,未來水資源也將成為世界各國爭相搶奪的戰略資源,因此如何確保水資源的永續是身在台灣的我們必須審慎思考的問題。幸好隨著人工智慧的發展,讓我們能夠更有效地回收廢水,提高水資源的使用效率。本次課程將告訴大家,我們可以如何結合AI科技提升處理廢水的效益,將水資源的利用最大化。

二、水環境現況與問題

台灣的降雨量每年可達到約2500毫米,是世界平均雨量的將近三倍,但為什麼我們還是常常遇到缺水危機呢?其中一個原因與台灣的地形有關。台灣的地形東西狹窄,且陡峭的山坡相當多,我們的河川也較短。因此,下雨之後的雨水流失速度也相當快,還來不及被收集運用就流入大海或蒸發。第二,目前蓄積水源的主要是透過水庫,但由於淤泥的堆積,導致許多水庫無法儲存和預期一樣多的水量。而由於環評的緣故,興建水庫可能將不再是未來解決缺水問題的最佳方案。除了天然地形與水庫淤泥以外,全球暖化所帶來的極端氣候也是造成台灣缺水問題愈來愈嚴重的原因之一。由此可知,台灣的水資源由於受限於天然條件和不正常的氣候,導致保存困難。因此,我們如何有效地使用水資源,將水資源進行有效的利用,是台灣必須謹慎面對的問題。

而水資源的缺乏,也成為台灣許多企業必須納入的風險考量之一。業主必須開始思考如何應對可能愈發頻繁發生的缺水危機,以及如何將工廠用水的使用效益最大化。另外,隨著水資源的重要性愈來愈受到重視。聯合國提出的永續發展目標(SDGs)的第六項就和水資源有關,以確保所有人都能享有水、衛生及其永續管理為目標,並希望在2030年以前,實現所有人均能普遍並公平地獲得安全且可負擔的飲用水。許多企業在思考如何創造公司利益的同時,也基於實踐企業的社會責任,盡量將公司的發展符合聯合國所提出的SDGs目標。相對地,許多投資人在選擇投資標的時,一間公司的發展是否符合SDGs也變成投資人選擇投資標的的一項重要指標。

然而,要做到水資源的永續其實不簡單,因為要將大自然中的水處理淨化至可供民生或工業用水的過程相當繁雜。以工業用水為例,當雨水或河流的水進入自來水廠後,自來水廠必須經過處理,並供給工廠使用。而工廠使用過後的廢水需要先進入工業區的污水處理廠,或由自己公司的污水處理廠處理後,才能回收再利用或排放到大海。而由於這個過程中需有許多人員控管,並由專業人員投放藥物才能完成,因此無法排除人員作業的失誤,而水的品質也較不穩定。幸好隨著人工智慧的發展,目前以有像是臥龍智慧環境公司投入架設智慧水處理廠,由AI輔助污水處理的過程,減少人類可能出現的錯誤、加快問題排除流程,進而提高水資源的品質與使用效能。

三、水處理的下一步:智慧水處理廠

臥龍智慧環境公司是曾在台積電擔任廠務處主任工程師的謝文彬博士於2021創辦的AI企業。在水資源方面,臥龍智慧利用利用人工智慧技術,透過大數據的分析,協助將水處理、水回收的過程,或者循環設備的效能提高,達到節能減碳與水資源的永續。人工智慧大致可以分成三個部分,包含巨量數據、影像辨識和自然語言。首先,透過可靠資訊所組成的巨量數據可以用來預測與管理水質,也可以判斷水的污泥量,來判斷污水處理過程中應使用多少藥劑量。在影像辨識方面,AI可以幫助我們辨識生物相,判斷水質。在處理廢水時的其中一個方式為生物處理。我們所排放出的廢水中所含有的碳、氮、磷等都是微生物的養分來源。當它們吸收了廢水中這些養分後,代謝出來的CO2和水以往都需要專業人員利用顯微鏡分析,但有了AI後,我們就可以讓AI透過影像辨識來判斷水質。在自然語言方面,AI則是可以幫助我們在收到警告時,快速判斷哪個系統或管線出問題。我們也可以透過AI,在遇到問題時快速得到排除問題的方法。

臥龍智慧目前也成功幫助許多企業建立了智慧水處理廠,有效降低其污水處理成本。舉例而言,智慧水處理廠可以有效提升化工廠的水回收再利用率。目前大部分化工廠通常會面臨因為人力採樣的資料不及時,導致無法及時掌握水質狀況。另外,人為檢驗誤差也常造成藥劑量使用不當和水質不穩定的風險。為了解決這個狀況,臥龍智慧曾幫助一間化工廠建立自動採檢設備,利用AI進行資料收集與分析,有效降低人力短缺和資料不即時的問題。在處理加藥量和水質的部分,臥龍智慧將AI精準加藥系統導入污水調和池的運作中,由AI判斷應該用多少的藥劑量,才能有效讓污水中的顆粒變成較大的顆粒,讓這些顆粒可以在沉澱池中快速沉澱。結果顯示,導入AI後,該公司水中的懸浮微粒由原本導入前的每公升大於400毫克的懸浮微粒量,減少為導入後的每公升小於10毫克的殘留量。同樣的技術也曾用於自來水廠,利用AI判斷正確的加藥量,降低該自來水廠的過濾系統阻塞率,也讓我們所喝的水質更好、更穩定。

四、結語

從本次課程的案例,我們可以看到,透過建設智慧水處理廠,將AI導入污水處理過程,能夠有效地讓我們使用的水質更好且穩定。這不僅可以提升我們的生活品質,也可以讓像是需要高水質進行晶圓製造的台積電這樣的大公司,能夠更有效地提升生產的品質,並降低污水處理所需耗費的成本。簡言之,由於AI能夠幫助我們更加有效地回收水資源或處理污水,因此也可以讓我們的水資源使用效率最大化,減少水資源的浪費,真正落實環境永續與節能減碳,為保護地球盡一份力。

【若想回顧完整版課程影音,請點選連結;有任何問題或分享,也歡迎在本文底下留言。】

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