十年一劍 換得河清海晏
——專訪水污染治理專項技術(shù)總師孟偉

 

①難降解石化廢水處理設(shè)備和工程

②中國科學院南京地理與湖泊研究所承擔的“仿生式水面藍藻富集清除設(shè)備”在安徽巢湖市通過驗收

③上海交通大學洱海研究基地工作站的研究人員正在分析洱海水樣

④經(jīng)過治理洱海已部分恢復生物多樣性

武鋼示范工程臭氧催化氧化

含酚廢水酚油協(xié)同萃取中試

    水是萬物之源，健康之本。隨著我國工業(yè)化的高速發(fā)展，水污染事件的發(fā)生日益頻繁, 飲用水源地水質(zhì)不安全正在威脅著人們的飲水健康。為了轉(zhuǎn)變這一狀況，2007年12月，以解決制約我國經(jīng)濟社會發(fā)展的水污染重大瓶頸問題為目標的“水體污染控制與治理”國家科技重大專項開始正式實施，一大批管理技術(shù)、治污技術(shù)、修復技術(shù)應(yīng)運而生。在該專項各方的不懈努力下，城市里的黑臭水不見了蹤影，河流湖泊水質(zhì)逐漸變清，飲用水源地水質(zhì)達標，人們喝上了放心水。
  國家“水體污染控制與治理”國家科技重大專項（簡稱專項）從2007年12月開始正式實施，水專項技術(shù)總師、中國工程院院士孟偉對此不禁感慨道，這真是“十年磨一劍！”加上準備時間，到今天，專項已走過了12個年頭。按國務(wù)院批準的專項實施方案，專項實施了控源減排、減負修復、綜合調(diào)控“三步走”戰(zhàn)略；在具體實施過程中，設(shè)置了湖泊富營養(yǎng)化控制、河流水環(huán)境整治、城市水環(huán)境綜合整治、飲用水安全保障、監(jiān)控預警、環(huán)境戰(zhàn)略與政策研究六個主題。
  “三步走”戰(zhàn)略突破千余項關(guān)鍵技術(shù)
　  孟偉說，專項決定用3—5年時間進行控源減排，即把“控減”重點污染源所需技術(shù)突破作為解決大江大河污染物超量排入的基礎(chǔ)。根據(jù)污染排放負荷比例，專項確定了將冶金、化工、制藥、輕工和紡織這五大行業(yè)作為治理重點，“這是由于這五大行業(yè)排放污水中，化學需氧量（COD）約占我國工業(yè)污水COD總量的66%，氨氮約占工業(yè)污水總氨氮量的82%”。
  于是，專項系統(tǒng)分析廢水特性和排放特征，篩選了污染減排關(guān)鍵單元，建立了以“問題識別—內(nèi)在關(guān)系揭示—控制技術(shù)研發(fā)—工程應(yīng)用示范”為核心的普適性工業(yè)水污染全過程控制技術(shù)方法，構(gòu)建了工業(yè)水污染全過程控制的技術(shù)系統(tǒng)框架，為不同行業(yè)開展水污染控制技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用提供方法支撐。其中，中科院過程所團隊研發(fā)的酚油協(xié)同萃取解毒—非均相催化臭氧氧化控污技術(shù)，焦化廢水全過程綜合強化處理與分質(zhì)回用成套技術(shù)等成果，已成功應(yīng)用到鞍鋼、武鋼、平煤等企業(yè)17套水處理裝置中，年穩(wěn)定達標處理廢水1600萬噸，噸廢水處理成本同比降低10%—20%，率先解決了焦化廢水穩(wěn)定處理的國際性難題，行業(yè)清潔生產(chǎn)達國際先進水平。
  目前，城市人口已占到我國總?cè)丝诘?0%，隨著城市化進程的加快，城市污水處理率也大幅提升。孟偉說，我國污水處理技術(shù)和能力已達國際一流水平。得益于專項研發(fā)的各種技術(shù)和設(shè)備，重點流域城市污水處理廠排放標準普遍從一級B升級到一級A。
  據(jù)悉，在過去的10年里，在專項支持下，我國突破城市污水深度脫氮除磷、農(nóng)業(yè)面源污染控制等1000余項關(guān)鍵技術(shù)。推動太湖、巢湖示范湖區(qū)消除劣五類水體，洱海流域水質(zhì)穩(wěn)定保持在Ⅱ—Ⅲ類，淮河重要支流賈魯河流域水生態(tài)環(huán)境開始改善、干流水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)；建設(shè)了500余項科技示范工程，授權(quán)專利1400余項，形成標準、規(guī)范或技術(shù)指南300余項。城市污水深度脫氮除磷技術(shù)支撐500余座城市污水處理廠出水穩(wěn)定滿足一級A排放標準。研發(fā)大型臭氧發(fā)生器、超濾膜組件膜材料等關(guān)鍵材料和設(shè)備，形成流域水污染治理技術(shù)體系，并實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。
  水環(huán)境治理實現(xiàn)三個“轉(zhuǎn)變”、兩個“彎道超車”
　  孟偉總結(jié)說，在專項國家目標引導下，我國水環(huán)境治理逐步實現(xiàn)了三個“轉(zhuǎn)變”。
  “專項實施前，我國水污染控制是按照行政區(qū)域推動、治理和保護的。也就是說，一條河流上下游雖有自然聯(lián)系，但沒有管理上的聯(lián)系。每個行政區(qū)域都把自己轄區(qū)內(nèi)的河流上游作為水源地，下游是排污口。而下游區(qū)域也是如此管理的。”孟偉說，專項設(shè)立之初，就確立水環(huán)境治理必須是全流域管理，從區(qū)域分割控制轉(zhuǎn)向流域系統(tǒng)控制。
  “過去我們常說‘九龍治水’，各部門按要素來管理。如河流的水資源歸水利部管，水環(huán)境歸環(huán)保部管，河床歸國土部管等。通過專項，頂層設(shè)計上已走向流域綜合管理，即水資源、水環(huán)境、水生態(tài)等耦合管理、協(xié)同控制。”孟偉說，第三個轉(zhuǎn)變是指從污染物總量控制到流域健康管理。在“十三五”，國家要求COD、氨氮分別削減10%。污染物削減并非是最終目標，目標是為改善水環(huán)境質(zhì)量、維護水生態(tài)健康。
  “這三個‘轉(zhuǎn)變’符合當前國際對水環(huán)境管理的先進理念，認識更科學、更符合自然規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，專項完成了流域水污染治理、流域水環(huán)境管理、飲用水安全保障三大技術(shù)體系。”孟偉說。
  據(jù)介紹，在專項支持下，我國水環(huán)境管理技術(shù)體系還實現(xiàn)了兩個重要的“彎道超車”，即基于水生態(tài)功能分區(qū)、基準標準為核心的我國水質(zhì)目標管理。孟偉表示，不同地區(qū)水生態(tài)情況和功能不同，污染物總量和控制單元，水環(huán)境質(zhì)量改善，頒發(fā)排污許可證等必須建立在水生態(tài)分區(qū)管理基礎(chǔ)上，國家《水十條》也體現(xiàn)了這一點。
  專項充分借鑒美國經(jīng)驗，把我國大陸劃成10個一級區(qū)、338個二級區(qū)、1784個三級區(qū)，在太湖和遼河實現(xiàn)了四級生態(tài)功能分區(qū)。水生態(tài)功能三級分區(qū)支撐了我國近1800個水生態(tài)環(huán)境控制單元精細化、科學化管理。
  水環(huán)境基準是國家主權(quán)的一個表現(xiàn)形式，“原先我國是照搬美國的環(huán)境基準，但我國與美國在生物、人種等方面都不相同。專項研發(fā)的基準標準技術(shù)體系和方法填補了國內(nèi)空白，為國家水環(huán)境管理奠定了科學基礎(chǔ)。在全球發(fā)表的最有影響力的環(huán)境基準論文的前10位作者中，中國環(huán)境科學院占了4位，其影響力僅次于美國國家環(huán)境基準實驗室。”孟偉說，在水生態(tài)功能分區(qū)和基準標準兩方面，我國完成了從“跟跑”到與歐美“并跑”，某些領(lǐng)域甚至“領(lǐng)跑”。
  “十三五”建流域生態(tài)廊道綜合調(diào)控
　  “十三五”期間，專項進入“綜合調(diào)控”階段。孟偉說，該階段的戰(zhàn)略布局是“231”“2”指聚焦在京津冀、太湖流域進行綜合示范，“3”和“1”指流域水污染治理等三個技術(shù)體系并在遼河、巢湖等進行“一河一湖一策”的應(yīng)用等。
  京津冀水資源短缺、水環(huán)境污染、水生態(tài)退化，專項根據(jù)“山水林田湖”思想，通過建立“永定河上游－北運河”與“白洋淀－大清河”兩條流域生態(tài)廊道，以水質(zhì)目標管理為牽引，圍繞上游生態(tài)涵養(yǎng)、中游北京城市副中心水環(huán)境質(zhì)量提升和白洋淀水污染控制、下游天津海綿城市建設(shè)、入海河流水質(zhì)深度凈化和水資源高效利用、多水源供水格局下的水質(zhì)安全保障等內(nèi)容，開展綜合調(diào)控示范，形成統(tǒng)一規(guī)劃、標準、監(jiān)管和會商的創(chuàng)新管理制度、模式。
  據(jù)悉，“十三五”期間，專項將全面突破水體污染控制與治理關(guān)鍵技術(shù)150項以上，成套技術(shù)50項以上，發(fā)布標準、指南、規(guī)范100項以上。到2020年，提出我國流域系統(tǒng)治理的科學思路與整體解決方案，體現(xiàn)理念創(chuàng)新、理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，形成具有我國特色的系列化、規(guī)范化和標準化的水污染治理、水環(huán)境管理和飲用水安全保障技術(shù)體系等。
 

典型案例
環(huán)科院：攻克技術(shù)難題 突破治污瓶頸
　  按照《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》要求，“水體污染控制與治理”國家科技重大專項（簡稱專項）旨在解決制約我國經(jīng)濟社會發(fā)展的水污染重大瓶頸問題，是水污染控制的重大科技工程和民生工程。
  中國環(huán)境科學研究院高度重視專項工作，集中全院優(yōu)勢力量總計投入16個研究團隊、近600名研究人員承擔專項實施任務(wù)。
  “十一五”“十二五”期間中國環(huán)境科學研究院共承擔了10個項目38個課題，參與和主持了68個子課題，主要負責太湖、遼河、松花江等10個流域水生態(tài)功能分區(qū)、監(jiān)控預警技術(shù)，以及太湖、遼河等典型流域的治理技術(shù)研發(fā)與示范。歷經(jīng)10年多的不懈努力與辛苦付出，中國環(huán)境科學研究院在水污染治理技術(shù)體系、水環(huán)境管理技術(shù)體系和流域綜合示范中攻克了一批技術(shù)難題，研發(fā)了一批關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備，取得了一系列重大成果，為我國水環(huán)境管理由水質(zhì)管理向水生態(tài)管理轉(zhuǎn)變，由目標總量向容量總量控制轉(zhuǎn)變，由突發(fā)性應(yīng)急管理向風險監(jiān)控預警管理轉(zhuǎn)變作出了重要貢獻。
  中國環(huán)境科學研究院水專項成果包括，研發(fā)了一批水環(huán)境管理技術(shù)；攻克了一批水體污染負荷削減關(guān)鍵技術(shù)；突破了一批流域水生態(tài)修復關(guān)鍵技術(shù)；綜合流域示范成效顯著；專項成果為環(huán)境保護部管理工作提供了技術(shù)支撐。
  按照國務(wù)院批復的專項實施方案確定的“三步走”戰(zhàn)略，專項“十三五”進入“綜合調(diào)控”的階段，并將與“京津冀協(xié)同發(fā)展”“長江經(jīng)濟帶發(fā)展”和“水十條”等國家戰(zhàn)略與行動計劃緊密結(jié)合，聚焦京津冀區(qū)域和太湖流域開展綜合示范。“十三五”期間，中國環(huán)境科學研究院主持承擔2017年啟動的2個項目，11個課題，將立足專項已有的“十一五”“十二五”工作基礎(chǔ)，面向新形勢下的國家環(huán)境保護管理需求，堅持目標導向，圍繞太湖流域、京津冀區(qū)域，重點突破流域水環(huán)境“綜合調(diào)控”成套關(guān)鍵技術(shù)，完善和提升流域水環(huán)境管理、流域水污染治理技術(shù)體系，在典型流域開展成果推廣和應(yīng)用。
 

創(chuàng)新團隊
讓重工業(yè)廢水由“黑”變“綠”
——記中科院過程所曹宏斌團隊
　  中國科學院過程工程研究所（簡稱中科院過程所）是專門從事資源能源清潔轉(zhuǎn)化與循環(huán)利用規(guī)律與工程放大的國家級研究單位，設(shè)有濕法冶金清潔生產(chǎn)技術(shù)國家工程實驗室、中科院綠色過程工程重點實驗室和北京市過程污染控制環(huán)境工程研究中心等研究平臺，在清潔工藝、生物化工和多相反應(yīng)為核心的應(yīng)用基礎(chǔ)研究以及資源、環(huán)境、能源、化工和材料等應(yīng)用領(lǐng)域形成明顯的優(yōu)勢與特色，建立了基礎(chǔ)研究—應(yīng)用開發(fā)—產(chǎn)業(yè)化的研究布局，積累了大量科研成果。在以清潔生產(chǎn)、廢物資源化與無害化為核心的工業(yè)污染全過程控制方面已形成較雄厚的研究積累，擁有一支多學科交叉的高素質(zhì)研究隊伍，包括在一線工作的院士、國家杰出青年、萬人計劃、中科院百人計劃在內(nèi)的多名研究員和一批具有博士學位的年輕科研骨干，能夠勝任基礎(chǔ)—應(yīng)用—工程研究開發(fā)的全過程。
  20世紀90年代，中科院過程所在國內(nèi)率先進入清潔生產(chǎn)/循環(huán)經(jīng)濟領(lǐng)域，承擔了我國第一個清潔生產(chǎn)項目，完成萬噸級示范工程建設(shè)與運行。在清潔生產(chǎn)/循環(huán)經(jīng)濟關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面相繼承擔國家水重大專項課題、國家科技攻關(guān)項目、863項目、973項目、中科院重大項目、國家科技重大專項、國家自然科學基金重點項目、國際合作項目、中石油、中石化等科研與產(chǎn)業(yè)化課題100多項，產(chǎn)生了“鉻鹽清潔生產(chǎn)新工藝集成技術(shù)”等一系列有重要影響的研究成果。
  中科院過程所曹宏斌團隊在酚氰廢水萃取脫酚、焦油清潔加工、高氨氮廢水資源化、焦化廢水生物強化與深度處理等方面具有多年技術(shù)積累，建立40余套產(chǎn)業(yè)化工程，在化產(chǎn)回收和廢水資源化方面顯示了較強的科研實力，開發(fā)的重金屬廢渣資源化、氨氮廢水處理、焦化廢水處理等多項技術(shù)已建成示范工程。在鋼鐵（冶金）、煤化工行業(yè)廢水處理領(lǐng)域承擔國家和企業(yè)委托的科研項目10項，申請專利50余項，授權(quán)超過20項，獲國家發(fā)明二等獎1項，省部級科技進步一等獎2項。
  中科院過程所曹宏斌團隊作為負責或主要參加單位參與了多項“十一五”“十二五”水重大專項課題，本團隊負責的“松花江重污染行業(yè)清潔生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)及工程示范”和“焦化廢水強化處理技術(shù)與應(yīng)用”均被評為重要標志性成果。以煤化工清潔生產(chǎn)為代表的一批關(guān)鍵技術(shù)取得重要突破，順利完成示范工程研究。針對焦化廢水廢液處理研發(fā)的“陶瓷脫油—精餾蒸氨—短程硝化反硝化強化脫碳脫氮—高效混凝—常溫臭氧催化氧化”集成技術(shù)，在鞍鋼焦化廠建成處理規(guī)模4800m3/d的工程示范并穩(wěn)定運行，主要核心技術(shù)有強化COD和總氮去除的ESND-NC技術(shù)，抗沖擊能力強、COD去除能力提高；兼具電中和與架橋能力的脫氰絮凝劑，總氰和COD去除效率明顯優(yōu)于聚鐵和PAM絮凝劑，具有高效經(jīng)濟、操作簡便等優(yōu)點；臭氧常溫催化氧化技術(shù)，實現(xiàn)低濃度COD高效去除。
  主要核心技術(shù)與創(chuàng)新包括：污染陶瓷膜過濾關(guān)鍵技術(shù)；精餾萃取—酚油脫除高效協(xié)同萃取技術(shù)；強化生物脫碳脫氮關(guān)鍵技術(shù)；基于總氰/有機物高效去除的混凝藥劑與技術(shù)；臭氧多相催化氧化技術(shù)。
  團隊在鋼鐵、煤化工行業(yè)廢水處理領(lǐng)域，承擔或參加多項水專項相關(guān)的科研項目。
  在“十三五”水污染治理專項中，中科院過程所曹宏斌團隊作為“鋼鐵行業(yè)水污染全過程控制技術(shù)系統(tǒng)集成與綜合應(yīng)用示范”課題的技術(shù)總責任單位，負責任務(wù)分解與總結(jié)凝練，并主要具體承擔多膜組合脫鹽水回用技術(shù)、磁絮凝技術(shù)、高鹽高COD廢水處理技術(shù)、陶瓷膜材料開發(fā)、乳化液處理設(shè)備、園區(qū)水污染控制技術(shù)優(yōu)化集成、編制鋼鐵行業(yè)水污染深度解析報告、出版《流域水污染治理成套集成技術(shù)》叢書之鋼鐵行業(yè)水污染控制分冊等任務(wù)，為業(yè)主實證工程提供焦化廢水強化處理、高鹽水處理等成套技術(shù)與工藝包，參與焦化廢水處理、濃鹽水處理等實證工程工藝設(shè)計和調(diào)試。曹宏斌研究員同時作為水專項標志性成果“重點行業(yè)水污染全過程控制技術(shù)系統(tǒng)與應(yīng)用”的負責人，將繼續(xù)推動重大專項標志性成果的推進完成。

文章摘自《科技日報》