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十年一剑 换得河清海晏

专访水污染治理专项技术总师孟伟
来源:科技日报 作者:李禾 2017-06-02 14:21:19
内容摘要: 据悉,“十三五”期间,专项将全面突破水体污染控制与治理关键技术150项以上,成套技术50项以上,发布标准、指南、规范100项以上。










①难降解石化废水处理设备和工程
②中国科学院南京地理与湖泊研究所承担的“仿生式水面蓝藻富集清除设备”在安徽巢湖市通过验收
③上海交通大学洱海研究基地工作站的研究人员正在分析洱海水样
④经过治理洱海已部分恢复生物多样性

武钢示范工程臭氧催化氧化

含酚废水酚油协同萃取中试

  水是万物之源,健康之本。随着我国工业化的高速发展,水污染事件的发生日益频繁, 饮用水源地水质不安全正在威胁着人们的饮水健康。为了转变这一状况,2007年12月,以解决制约我国经济社会发展的水污染重大瓶颈问题为目标的“水体污染控制与治理”国家科技重大专项开始正式实施,一大批管理技术、治污技术、修复技术应运而生。在该专项各方的不懈努力下,城市里的黑臭水不见了踪影,河流湖泊水质逐渐变清,饮用水源地水质达标,人们喝上了放心水。

  国家“水体污染控制与治理”国家科技重大专项(简称专项)从2007年12月开始正式实施,水专项技术总师、中国工程院院士孟伟对此不禁感慨道,这真是“十年磨一剑!”加上准备时间,到今天,专项已走过了12个年头。按国务院批准的专项实施方案,专项实施了控源减排、减负修复、综合调控“三步走”战略;在具体实施过程中,设置了湖泊富营养化控制、河流水环境整治、城市水环境综合整治、饮用水安全保障、监控预警、环境战略与政策研究六个主题。

  “三步走”战略突破千余项关键技术

  孟伟说,专项决定用3—5年时间进行控源减排,即把“控减”重点污染源所需技术突破作为解决大江大河污染物超量排入的基础。根据污染排放负荷比例,专项确定了将冶金、化工、制药、轻工和纺织这五大行业作为治理重点,“这是由于这五大行业排放污水中,化学需氧量(COD)约占我国工业污水COD总量的66%,氨氮约占工业污水总氨氮量的82%”。

  于是,专项系统分析废水特性和排放特征,筛选了污染减排关键单元,建立了以“问题识别—内在关系揭示—控制技术研发—工程应用示范”为核心的普适性工业水污染全过程控制技术方法,构建了工业水污染全过程控制的技术系统框架,为不同行业开展水污染控制技术研发与应用提供方法支撑。其中,中科院过程所团队研发的酚油协同萃取解毒—非均相催化臭氧氧化控污技术,焦化废水全过程综合强化处理与分质回用成套技术等成果,已成功应用到鞍钢、武钢、平煤等企业17套水处理装置中,年稳定达标处理废水1600万吨,吨废水处理成本同比降低10%—20%,率先解决了焦化废水稳定处理的国际性难题,行业清洁生产达国际先进水平。

  目前,城市人口已占到我国总人口的50%,随着城市化进程的加快,城市污水处理率也大幅提升。孟伟说,我国污水处理技术和能力已达国际一流水平。得益于专项研发的各种技术和设备,重点流域城市污水处理厂排放标准普遍从一级B升级到一级A。

  据悉,在过去的10年里,在专项支持下,我国突破城市污水深度脱氮除磷、农业面源污染控制等1000余项关键技术。推动太湖、巢湖示范湖区消除劣五类水体,洱海流域水质稳定保持在Ⅱ—Ⅲ类,淮河重要支流贾鲁河流域水生态环境开始改善、干流水质明显好转;建设了500余项科技示范工程,授权专利1400余项,形成标准、规范或技术指南300余项。城市污水深度脱氮除磷技术支撑500余座城市污水处理厂出水稳定满足一级A排放标准。研发大型臭氧发生器、超滤膜组件膜材料等关键材料和设备,形成流域水污染治理技术体系,并实现规模化应用和产业化。

  水环境治理实现三个“转变”、两个“弯道超车”

  孟伟总结说,在专项国家目标引导下,我国水环境治理逐步实现了三个“转变”。

  “专项实施前,我国水污染控制是按照行政区域推动、治理和保护的。也就是说,一条河流上下游虽有自然联系,但没有管理上的联系。每个行政区域都把自己辖区内的河流上游作为水源地,下游是排污口。而下游区域也是如此管理的。”孟伟说,专项设立之初,就确立水环境治理必须是全流域管理,从区域分割控制转向流域系统控制。

  “过去我们常说‘九龙治水’,各部门按要素来管理。如河流的水资源归水利部管,水环境归环保部管,河床归国土部管等。通过专项,顶层设计上已走向流域综合管理,即水资源、水环境、水生态等耦合管理、协同控制。”孟伟说,第三个转变是指从污染物总量控制到流域健康管理。在“十三五”,国家要求COD、氨氮分别削减10%。污染物削减并非是最终目标,目标是为改善水环境质量、维护水生态健康。

  “这三个‘转变’符合当前国际对水环境管理的先进理念,认识更科学、更符合自然规律。在此基础上,专项完成了流域水污染治理、流域水环境管理、饮用水安全保障三大技术体系。”孟伟说。

  据介绍,在专项支持下,我国水环境管理技术体系还实现了两个重要的“弯道超车”,即基于水生态功能分区、基准标准为核心的我国水质目标管理。孟伟表示,不同地区水生态情况和功能不同,污染物总量和控制单元,水环境质量改善,颁发排污许可证等必须建立在水生态分区管理基础上,国家《水十条》也体现了这一点。

  专项充分借鉴美国经验,把我国大陆划成10个一级区、338个二级区、1784个三级区,在太湖和辽河实现了四级生态功能分区。水生态功能三级分区支撑了我国近1800个水生态环境控制单元精细化、科学化管理。

  水环境基准是国家主权的一个表现形式,“原先我国是照搬美国的环境基准,但我国与美国在生物、人种等方面都不相同。专项研发的基准标准技术体系和方法填补了国内空白,为国家水环境管理奠定了科学基础。在全球发表的最有影响力的环境基准论文的前10位作者中,中国环境科学院占了4位,其影响力仅次于美国国家环境基准实验室。”孟伟说,在水生态功能分区和基准标准两方面,我国完成了从“跟跑”到与欧美“并跑”,某些领域甚至“领跑”。

  “十三五”建流域生态廊道综合调控

  “十三五”期间,专项进入“综合调控”阶段。孟伟说,该阶段的战略布局是“231”“2”指聚焦在京津冀、太湖流域进行综合示范,“3”和“1”指流域水污染治理等三个技术体系并在辽河、巢湖等进行“一河一湖一策”的应用等。

  京津冀水资源短缺、水环境污染、水生态退化,专项根据“山水林田湖”思想,通过建立“永定河上游-北运河”与“白洋淀-大清河”两条流域生态廊道,以水质目标管理为牵引,围绕上游生态涵养、中游北京城市副中心水环境质量提升和白洋淀水污染控制、下游天津海绵城市建设、入海河流水质深度净化和水资源高效利用、多水源供水格局下的水质安全保障等内容,开展综合调控示范,形成统一规划、标准、监管和会商的创新管理制度、模式。

  据悉,“十三五”期间,专项将全面突破水体污染控制与治理关键技术150项以上,成套技术50项以上,发布标准、指南、规范100项以上。到2020年,提出我国流域系统治理的科学思路与整体解决方案,体现理念创新、理论创新、技术创新和集成创新,形成具有我国特色的系列化、规范化和标准化的水污染治理、水环境管理和饮用水安全保障技术体系等。

  典型案例

  环科院:攻克技术难题 突破治污瓶颈


  按照《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》要求,“水体污染控制与治理”国家科技重大专项(简称专项)旨在解决制约我国经济社会发展的水污染重大瓶颈问题,是水污染控制的重大科技工程和民生工程。

  中国环境科学研究院高度重视专项工作,集中全院优势力量总计投入16个研究团队、近600名研究人员承担专项实施任务。

  “十一五”“十二五”期间中国环境科学研究院共承担了10个项目38个课题,参与和主持了68个子课题,主要负责太湖、辽河、松花江等10个流域水生态功能分区、监控预警技术,以及太湖、辽河等典型流域的治理技术研发与示范。历经10年多的不懈努力与辛苦付出,中国环境科学研究院在水污染治理技术体系、水环境管理技术体系和流域综合示范中攻克了一批技术难题,研发了一批关键技术与设备,取得了一系列重大成果,为我国水环境管理由水质管理向水生态管理转变,由目标总量向容量总量控制转变,由突发性应急管理向风险监控预警管理转变作出了重要贡献。

  中国环境科学研究院水专项成果包括,研发了一批水环境管理技术;攻克了一批水体污染负荷削减关键技术;突破了一批流域水生态修复关键技术;综合流域示范成效显著;专项成果为环境保护部管理工作提供了技术支撑。

  按照国务院批复的专项实施方案确定的“三步走”战略,专项“十三五”进入“综合调控”的阶段,并将与“京津冀协同发展”“长江经济带发展”和“水十条”等国家战略与行动计划紧密结合,聚焦京津冀区域和太湖流域开展综合示范。“十三五”期间,中国环境科学研究院主持承担2017年启动的2个项目,11个课题,将立足专项已有的“十一五”“十二五”工作基础,面向新形势下的国家环境保护管理需求,坚持目标导向,围绕太湖流域、京津冀区域,重点突破流域水环境“综合调控”成套关键技术,完善和提升流域水环境管理、流域水污染治理技术体系,在典型流域开展成果推广和应用。

  创新团队

  让重工业废水由“黑”变“绿”

  ——记中科院过程所曹宏斌团队


  中国科学院过程工程研究所(简称中科院过程所)是专门从事资源能源清洁转化与循环利用规律与工程放大的国家级研究单位,设有湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室、中科院绿色过程工程重点实验室和北京市过程污染控制环境工程研究中心等研究平台,在清洁工艺、生物化工和多相反应为核心的应用基础研究以及资源、环境、能源、化工和材料等应用领域形成明显的优势与特色,建立了基础研究—应用开发—产业化的研究布局,积累了大量科研成果。在以清洁生产、废物资源化与无害化为核心的工业污染全过程控制方面已形成较雄厚的研究积累,拥有一支多学科交叉的高素质研究队伍,包括在一线工作的院士、国家杰出青年、万人计划、中科院百人计划在内的多名研究员和一批具有博士学位的年轻科研骨干,能够胜任基础—应用—工程研究开发的全过程。

  20世纪90年代,中科院过程所在国内率先进入清洁生产/循环经济领域,承担了我国第一个清洁生产项目,完成万吨级示范工程建设与运行。在清洁生产/循环经济关键技术研发方面相继承担国家水重大专项课题、国家科技攻关项目、863项目、973项目、中科院重大项目、国家科技重大专项、国家自然科学基金重点项目、国际合作项目、中石油、中石化等科研与产业化课题100多项,产生了“铬盐清洁生产新工艺集成技术”等一系列有重要影响的研究成果。

  中科院过程所曹宏斌团队在酚氰废水萃取脱酚、焦油清洁加工、高氨氮废水资源化、焦化废水生物强化与深度处理等方面具有多年技术积累,建立40余套产业化工程,在化产回收和废水资源化方面显示了较强的科研实力,开发的重金属废渣资源化、氨氮废水处理、焦化废水处理等多项技术已建成示范工程。在钢铁(冶金)、煤化工行业废水处理领域承担国家和企业委托的科研项目10项,申请专利50余项,授权超过20项,获国家发明二等奖1项,省部级科技进步一等奖2项。

  中科院过程所曹宏斌团队作为负责或主要参加单位参与了多项“十一五”“十二五”水重大专项课题,本团队负责的“松花江重污染行业清洁生产关键技术及工程示范”和“焦化废水强化处理技术与应用”均被评为重要标志性成果。以煤化工清洁生产为代表的一批关键技术取得重要突破,顺利完成示范工程研究。针对焦化废水废液处理研发的“陶瓷脱油—精馏蒸氨—短程硝化反硝化强化脱碳脱氮—高效混凝—常温臭氧催化氧化”集成技术,在鞍钢焦化厂建成处理规模4800m3/d的工程示范并稳定运行,主要核心技术有强化COD和总氮去除的ESND-NC技术,抗冲击能力强、COD去除能力提高;兼具电中和与架桥能力的脱氰絮凝剂,总氰和COD去除效率明显优于聚铁和PAM絮凝剂,具有高效经济、操作简便等优点;臭氧常温催化氧化技术,实现低浓度COD高效去除。

  主要核心技术与创新包括:污染陶瓷膜过滤关键技术;精馏萃取—酚油脱除高效协同萃取技术;强化生物脱碳脱氮关键技术;基于总氰/有机物高效去除的混凝药剂与技术;臭氧多相催化氧化技术。

  团队在钢铁、煤化工行业废水处理领域,承担或参加多项水专项相关的科研项目。

  在“十三五”水污染治理专项中,中科院过程所曹宏斌团队作为“钢铁行业水污染全过程控制技术系统集成与综合应用示范”课题的技术总责任单位,负责任务分解与总结凝练,并主要具体承担多膜组合脱盐水回用技术、磁絮凝技术、高盐高COD废水处理技术、陶瓷膜材料开发、乳化液处理设备、园区水污染控制技术优化集成、编制钢铁行业水污染深度解析报告、出版《流域水污染治理成套集成技术》丛书之钢铁行业水污染控制分册等任务,为业主实证工程提供焦化废水强化处理、高盐水处理等成套技术与工艺包,参与焦化废水处理、浓盐水处理等实证工程工艺设计和调试。曹宏斌研究员同时作为水专项标志性成果“重点行业水污染全过程控制技术系统与应用”的负责人,将继续推动重大专项标志性成果的推进完成。

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