城市污水處理廠深度處理水的再利用是開源節(jié)流、改善生態(tài)環(huán)境、解決城市缺水的有效途徑之一，《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》也明確規(guī)定了2020年水回用20%的要求。經(jīng)處理的城市污水廠出水回用普遍面臨建設(shè)及運(yùn)行費(fèi)用高、微污染物殘留及氮/磷深度削減難、生態(tài)安全不明確等問題。生態(tài)處理雖然具有節(jié)能、低碳優(yōu)勢，但日益嚴(yán)重的城市水環(huán)境污染導(dǎo)致城市水生態(tài)功能退化、生態(tài)凈化功能難以發(fā)揮。因此，如何建立低碳、高效的城鎮(zhèn)污水資源化利用技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“水安全、水環(huán)境、水景觀、水文化、水經(jīng)濟(jì)”五位一體的城市水生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)模式，是我國水資源可持續(xù)利用的國家重大需求。

2016年8月，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“水資源高效開發(fā)利用”重點(diǎn)專項(xiàng)“城鎮(zhèn)污水高效低碳資源化利用技術(shù)集成與示范”項(xiàng)目正式啟動(dòng)。該項(xiàng)目針對城市工業(yè)、景觀生態(tài)等再生水利用需求，基于“產(chǎn)品”與“生態(tài)服務(wù)”一體化的研發(fā)思路，以建立“綠色”+“灰色”的耦合城市污水處理、多目標(biāo)回用技術(shù)系統(tǒng)為總目標(biāo)，開展城鎮(zhèn)污水低碳、安全、資源化利用及風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)研究。形成加強(qiáng)型生態(tài)修復(fù)與恢復(fù)技術(shù)體系，研發(fā)新型節(jié)能污水生物處理及污泥安全處理處置技術(shù)、再生水中微量有機(jī)物削減技術(shù)與裝備等，建立污水處理多目標(biāo)回用全過程風(fēng)險(xiǎn)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法和體系，完成示范工程建設(shè)與運(yùn)行。污水回用既可以有效地節(jié)約和利用有限的和寶貴的淡水資源，減少污水或廢水的排放量，縮小水循環(huán)的空間范圍，可減輕水環(huán)境污染，還可以緩解城市排水管道的超負(fù)荷現(xiàn)象，具有明顯的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

該項(xiàng)目由哈爾濱工業(yè)大學(xué)牽頭，聯(lián)合北京大學(xué)、中國科技大學(xué)、天津大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、中科院地理科學(xué)與資源研究所、北控水務(wù)等14家單位共同參與，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為任南琪院士，由城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任馮玉杰教授協(xié)助任南琪院士進(jìn)行項(xiàng)目具體實(shí)施。開展時(shí)間為2016年7月至2020年12月，專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)3500萬元，設(shè)置8個(gè)課題，項(xiàng)目技術(shù)路線見圖1。

項(xiàng)目圍繞“城市污水處理過程中物質(zhì)流與能量流內(nèi)在機(jī)制，首次提出“灰色”+“綠色”的高效污水處理及回用系統(tǒng)，設(shè)置如下研究內(nèi)容：

(1)污水/污泥低碳、高效處理與資源化與能源化

主要包括高效智能曝氣、顆粒污泥技術(shù)、厭氧流化床技術(shù)、微生物電催化強(qiáng)化剩余污泥產(chǎn)甲烷、污泥內(nèi)碳源定向合成聚羥基烷酸酯等技術(shù)研發(fā)，推進(jìn)污水/污泥低碳高效處理技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

(2)再生水中氮/磷深度削減技術(shù)與裝備

通過城鎮(zhèn)污水再生利用氮、磷深度削減技術(shù)的研發(fā)，解決城市污水廠的深度處理出水作為景觀回用水或工業(yè)回用水普遍面臨的氮、磷污染物的問題。氮、磷深度削減技術(shù)的集成與應(yīng)用顯著提高污水處理廠的出水水質(zhì)，滿足工業(yè)用水、生活雜用水的高品質(zhì)要求。

(3)強(qiáng)化生態(tài)凈化技術(shù)處理污水廠出水的“綠色”技術(shù)系統(tǒng)

主要包括研發(fā)集微納米材料、強(qiáng)化微生物電子轉(zhuǎn)移的加強(qiáng)型生態(tài)凈化技術(shù)、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建、城市雨水徑流凈化再利用、生態(tài)浮床技術(shù)研究，構(gòu)建涵蓋污染物原位監(jiān)測、材料-植物-微生物一體的加強(qiáng)型生態(tài)凈化系統(tǒng)，為綠色系統(tǒng)建立提供成套技術(shù)體系。

(4)再生水中微量有機(jī)物削減技術(shù)與裝備的“灰色”技術(shù)系統(tǒng)

針對城市污水處理廠排水在回用過程中，常規(guī)物化深度處理工藝存在的建設(shè)及運(yùn)行費(fèi)用較高、對水中殘留的污染物質(zhì)去除能力不足等問題，開發(fā)復(fù)合介體吸附強(qiáng)化混凝處理技術(shù)及其耦合處理技術(shù)，建立復(fù)合介體(磁、沸石、粉末炭等)吸附強(qiáng)化混凝過濾和負(fù)荷介體高效沉淀耦合膜過濾、高效低耗強(qiáng)化氧化/吸附-膜分離成套污水再生利用技術(shù)集成與優(yōu)化等研發(fā)。

(5)污水多目標(biāo)回用全過程風(fēng)險(xiǎn)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法和體系

開展污水多目標(biāo)再生回用的生態(tài)毒性和健康效應(yīng)評價(jià)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價(jià)研究，提出合理的再生水多目標(biāo)回用評價(jià)的技術(shù)方法和評價(jià)指標(biāo)體系，為優(yōu)化城鎮(zhèn)污水回用技術(shù)提供評價(jià)方法。

本項(xiàng)目提出的新技術(shù)、新材料、新裝備，代表了當(dāng)前城市污水廠節(jié)能低碳運(yùn)行及高品質(zhì)再生水處理領(lǐng)域的發(fā)展方向。項(xiàng)目攻關(guān)形成的研究成果，將成為引領(lǐng)城鎮(zhèn)污水廠再生水處理領(lǐng)域發(fā)展的推動(dòng)力，促進(jìn)城鎮(zhèn)污水的深度處理和回用率的進(jìn)一步提高，緩解當(dāng)前緊張的水資源供需矛盾。利用本項(xiàng)目的成果，示范企業(yè)的高品質(zhì)再生水處理規(guī)?？梢栽诙虝r(shí)間內(nèi)大幅度提高，按7元/m3 的高品質(zhì)再生水價(jià)格，每年的收入將超過億元。

項(xiàng)目研制的微納米材料光降解有機(jī)污染物的方法、微納米材料-植物-微生物耦合修復(fù)系統(tǒng)以及水生植物強(qiáng)化凈化系統(tǒng)，將提升城市河(湖)水環(huán)境治理和水生態(tài)修復(fù)效率，顯著改善了修復(fù)水體周邊的環(huán)境，整體提升區(qū)域投資環(huán)境并加快沿線區(qū)域的建設(shè)和開發(fā)，引導(dǎo)該區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整。進(jìn)行再生水回用的綜合生物毒性測試和風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)及生態(tài)服務(wù)綜合評價(jià)，能夠有助于控制再生水多目標(biāo)回用對生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的負(fù)面效應(yīng)，促進(jìn)再生水的回用。經(jīng)過對城市水環(huán)境的修復(fù)，城市水體環(huán)境具有明顯的改善。水體質(zhì)量得到凈化，區(qū)域水環(huán)境容量明顯增加，對水量的調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)，可以消減暴雨帶來的內(nèi)澇，緩解排水管網(wǎng)的負(fù)載。濱岸緩沖帶和濕地為眾多的生物提供了棲息地，促進(jìn)物種多樣性的增加，提高了物質(zhì)資源的豐富度，改善城市小氣候和居住環(huán)境，美化城市市容。此外，濱岸緩沖帶具有娛樂和觀賞的作用，為散步休閑或者郊游踏青提供了等戶外運(yùn)動(dòng)提供了場所，提高了人類的文化生活質(zhì)量，同時(shí)帶動(dòng)商業(yè)、建筑業(yè)、運(yùn)輸業(yè)及旅游業(yè)等的迅速發(fā)展，從而促進(jìn)項(xiàng)目影響區(qū)域的經(jīng)濟(jì)繁榮。

此外，本項(xiàng)目通過污水污泥資源化途徑，可實(shí)現(xiàn)污泥減量50%以上，回收污泥碳源達(dá)到70%～80%，高效回收了污水中蘊(yùn)含的碳素資源，并減少了后續(xù)污泥處理處置的壓力。污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷氣體、合成的PHA 產(chǎn)品及好氧發(fā)酵產(chǎn)生的營養(yǎng)基質(zhì)等實(shí)現(xiàn)了未來水廠輸出有價(jià)值能源及化學(xué)產(chǎn)品的目標(biāo)，改變了傳統(tǒng)污水處理廠的末端處理位置，使其成為能源資源循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。

綜上，該項(xiàng)目研究內(nèi)容具有重要科學(xué)研究價(jià)值、環(huán)境效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益突出。利用本項(xiàng)目研究成果，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新材料、新工藝和新設(shè)備，將進(jìn)一步提高未來的核心競爭能力。通過本項(xiàng)目研究成果的應(yīng)用示范，展現(xiàn)高品質(zhì)再生水集成技術(shù)的新成果，使參與企業(yè)的產(chǎn)品、設(shè)備或技術(shù)搶占國內(nèi)市場。

作者簡介：任南琪，中國工程院院士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，主要研究方向?yàn)槲鬯幚砑百Y源化、海綿城市建設(shè)理論與實(shí)踐。

責(zé)任作者：馮玉杰，哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授，主要研究方向?yàn)槲鬯幚砑百Y源化。

 來源:中國環(huán)境管理  作者:任南琪 

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