Towards a pollution-free planet
Special issue
全球氣候變化與環(huán)境污染給人類帶來了前所未有的挑戰(zhàn),而“雙碳”戰(zhàn)略等新政策為污水處理領(lǐng)域賦能,是引領(lǐng)科技創(chuàng)新的重要抓手。
任洪強(qiáng)院士團(tuán)隊(duì)結(jié)合國(guó)情,闡述了污水處理科技創(chuàng)新的新需求,并聚焦科技前沿和熱點(diǎn),提出未來污水處理領(lǐng)域應(yīng)構(gòu)建“降碳-減污-健康-智慧”協(xié)同的新體系,并注重與以材料基因組學(xué)、合成生物學(xué)及人工智能等為代表的新技術(shù)的融合,從而在高水平科技創(chuàng)新引領(lǐng)高質(zhì)量水環(huán)境保護(hù)和產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展、共同邁向零污染地球中貢獻(xiàn)力量。
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摘要圖
PART/1
污水處理科技創(chuàng)新需求
國(guó)際需求
聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)發(fā)布的《為了人類和地球:聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署2022—2025年應(yīng)對(duì)氣候變化、自然與生物多樣性喪失、污染與廢棄物戰(zhàn)略》與近年提出的“Planetary Boundaries”概念,為解決全球環(huán)境問題提供了新視角,加強(qiáng)水環(huán)境管理、加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型迫在眉睫。
國(guó)內(nèi)需求
當(dāng)前,中國(guó)污水處理領(lǐng)域面臨碳達(dá)峰和碳中和、減污降碳協(xié)同增效、新污染物治理、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化和智慧化等新形勢(shì),系列新政的出臺(tái)正加速推動(dòng)技術(shù)低碳化、裝備原創(chuàng)化、管控智慧化和工程簡(jiǎn)集化。
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PART/2
污水處理科技前沿
研究動(dòng)向
團(tuán)隊(duì)通過文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)水環(huán)境修復(fù)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)是目前水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),進(jìn)一步地,物化處理的研究聚焦高級(jí)氧化技術(shù)(尤其是光催化、納米材料的應(yīng)用),而氨氮的高效脫除、綠色水處理藥劑、短流程工藝和廢水資源化是未來的重要發(fā)展方向;微污染水、微生物組學(xué)、多污染物協(xié)同降解、氮磷去除、毒性削減則是生物處理的研究熱點(diǎn),而應(yīng)用于復(fù)雜污染物降解和毒性削減的功能菌群構(gòu)建、高傳質(zhì)生物反應(yīng)器、生物處理智慧化管控是重要的發(fā)展方向。
熱點(diǎn)工具
當(dāng)前,以材料基因組學(xué)、合成生物學(xué)及人工智能等為代表的新技術(shù)不斷融入水處理科技研究。材料基因組學(xué)融合高通量材料計(jì)算設(shè)計(jì)、高通量材料實(shí)驗(yàn)和材料數(shù)據(jù)庫(kù)三大組成要素,助力新材料的“按需設(shè)計(jì)”;合成生物組學(xué)用于設(shè)計(jì)和改造生物體系,構(gòu)建典型環(huán)境污染物的高效降解菌群;人工智能技術(shù)利用現(xiàn)代信息技術(shù)和智能算法模型,為污染物的精準(zhǔn)識(shí)別、控制修復(fù)與系統(tǒng)治理提供重要支撐,在污水處理領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景。
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PART/3
污水處理科技創(chuàng)新路徑
降碳技術(shù)
污水處理降碳應(yīng)從源頭減碳、過程控碳、末端固碳三方面考慮:可從污水管網(wǎng)改造修復(fù)、污水處理工藝優(yōu)化、高能耗設(shè)備更替、智慧化管理等方面實(shí)施源頭減碳,從污水和污泥處理中的熱能及有機(jī)質(zhì)利用、再生水循環(huán)利用等方面替代部分供熱、供電過程碳排放,從生態(tài)緩沖帶、濕地等水生態(tài)系統(tǒng)方面增強(qiáng)末端固碳能力。
“降碳-減污”耦合技術(shù)
滿足高水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)需求的工藝往往難以實(shí)現(xiàn)低碳,因此應(yīng)注重降碳與減污的協(xié)同,團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了“進(jìn)水碳轉(zhuǎn)向回收甲烷+藻-生物膜復(fù)合反應(yīng)器脫氮除磷+自養(yǎng)反硝化深度脫氮+工藝智慧化管控”的集成工藝(如下圖),通過降(轉(zhuǎn)碳、捕碳、固碳)、減(減能耗物耗)、回(回收化學(xué)能、水熱)、協(xié)(水/泥/氣處理協(xié)同),實(shí)現(xiàn)污水處理降碳與減污高效耦合。
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“降碳-減污-健康”協(xié)同技術(shù)
為進(jìn)一步解決污水處理出水毒性升高以及低濃度復(fù)合污染物長(zhǎng)期暴露帶來的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)問題,需將重點(diǎn)聚焦于環(huán)境污染、氣候變化及其雙重影響下水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)防控機(jī)制的核心問題,在降碳、減污目標(biāo)的基礎(chǔ)上,增加“風(fēng)險(xiǎn)防控”的內(nèi)涵,耦合形成“降碳-減污-健康”協(xié)同的技術(shù)體系,將研究重心從應(yīng)對(duì)新污染物控制提質(zhì)轉(zhuǎn)向水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)控制。
降碳減污協(xié)同增效標(biāo)準(zhǔn)體系
通過梳理發(fā)現(xiàn),污水處理工程、質(zhì)量和管理類標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量偏少,而低碳污水處理方面的標(biāo)準(zhǔn)更尤為缺乏,未來應(yīng)著力推動(dòng)構(gòu)建涵蓋“碳排核算-碳污協(xié)同技術(shù)-裝備-材料-工程-評(píng)估-管理”的低碳污水處理全鏈條標(biāo)準(zhǔn)體系,引領(lǐng)支撐污水處理降碳減污協(xié)同增效。
污水處理智慧化技術(shù)
應(yīng)重點(diǎn)推動(dòng)大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的污水處理功能材料及工藝優(yōu)化研究:以常規(guī)污染物、特征污染物、新污染物高效去除為導(dǎo)向,運(yùn)用人工智能技術(shù)對(duì)新材料潛在結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行預(yù)測(cè)、構(gòu)建具有高吸附性、催化性、無二次污染的新功能材料,重點(diǎn)攻克多目標(biāo)、短流程工藝,重構(gòu)雙碳背景下的污水處理新工藝。
PART/4
展望
我國(guó)污水處理領(lǐng)域應(yīng)搶抓歷史機(jī)遇,充分借鑒新一輪科技革命成果,探索構(gòu)建“污水處理+”、即“降碳-減污-健康-智慧”協(xié)同的新體系,加快與材料基因組學(xué)、合成生物學(xué)及人工智能等的融合,努力推動(dòng)自主科技創(chuàng)新步伐,共同邁向零污染地球。
作者簡(jiǎn)介
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任洪強(qiáng) 環(huán)境工程專家,中國(guó)工程院院士,F(xiàn)任南京大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、環(huán)境學(xué)院院長(zhǎng),國(guó)家卓越工程師團(tuán)隊(duì)“工業(yè)廢水治理技術(shù)與裝備”負(fù)責(zé)人、國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心“水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)控制工程學(xué)”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人等。長(zhǎng)期從事工業(yè)廢水、工業(yè)園區(qū)水污染防治方向的創(chuàng)新研究,發(fā)表論文300余篇(SCI收錄200余篇),出版專著5部;獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利120余件、美國(guó)和歐盟等發(fā)明專利40余件;主持研制國(guó)際/國(guó)家/行業(yè)/地方標(biāo)準(zhǔn)等100余項(xiàng),共獲國(guó)家及省部科技獎(jiǎng)17項(xiàng),包括國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)7項(xiàng)、國(guó)際ISO卓越貢獻(xiàn)獎(jiǎng)1項(xiàng)及中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新貢獻(xiàn)獎(jiǎng)1項(xiàng)等。
文稿 | 黃輝,南京大學(xué)
編校 | 高岳
獲取文章原文
本文內(nèi)容來自FESE期刊2024年第18卷第6期發(fā)表的Perspectives文章“Scientific and technological innovations of wastewater treatment in China”。通訊作者為南京大學(xué)任洪強(qiáng)院士。
引用格式:Hui Huang, Rui Ma, Hongqiang Ren. Scientific and technological innovations of wastewater treatment in China. Front. Environ. Sci. Eng., 2024, 18(6): 72 https://doi.org/10.1007/s11783-024-1832-3
本文來自 Special issue - Towards a pollution-free planet
WATER8848前言:環(huán)保企業(yè)確實(shí)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇,這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
首先,隨著環(huán)保產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和深化,它已經(jīng)從單純的環(huán)境治理擴(kuò)展到了生態(tài)修復(fù)和管理。這意味著環(huán)保企業(yè)不再僅僅關(guān)注于污染物的處理,而是需要解決更深層次的生態(tài)不健康和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性的問題。這為企業(yè)提供了更廣闊的業(yè)務(wù)范圍和更大的市場(chǎng)空間。
其次,隨著環(huán)境管理從單純的環(huán)境管理、水質(zhì)管理,發(fā)展到水質(zhì)和生態(tài)的雙重管理,對(duì)環(huán)保企業(yè)的要求也更為嚴(yán)格和全面。這要求環(huán)保企業(yè)不僅要有先進(jìn)的治理技術(shù),還需要具備生態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)估的能力。這將催生更多的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì),例如監(jiān)測(cè)指標(biāo)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)裝備系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)。
再者,循環(huán)型社會(huì)的構(gòu)建為環(huán)保企業(yè)提供了新的發(fā)展方向。通過循環(huán)圈、生態(tài)圈和物質(zhì)的代謝圈的耦合,可以形成城鄉(xiāng)共同融合的循環(huán)性綠色產(chǎn)業(yè)鏈。在這個(gè)過程中,科技創(chuàng)新是關(guān)鍵,但也需要解決一些關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)的問題,如低能耗、低物耗和低成本的循環(huán)技術(shù)等。這為環(huán)保企業(yè)提供了發(fā)展相應(yīng)技術(shù)和產(chǎn)品的機(jī)會(huì)。
最后,工業(yè)減污降碳協(xié)同增效也是環(huán)保企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。將減污和降碳有機(jī)結(jié)合起來,不僅可以提高環(huán)境治理的效果,還可以推動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。這需要環(huán)保企業(yè)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新,提高治理效率,降低治理成本。
總的來說,環(huán)保企業(yè)確實(shí)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇,但也面臨著更高的要求和挑戰(zhàn)。只有不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā),提高服務(wù)質(zhì)量和效率,才能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。同時(shí),政府和社會(huì)各界也應(yīng)給予環(huán)保企業(yè)更多的支持和關(guān)注,推動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
曲久輝院士:發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力,構(gòu)建“大環(huán)保科技、大環(huán)保產(chǎn)業(yè)”
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國(guó)際水協(xié)第18屆可持續(xù)污泥技術(shù)與管理會(huì)議 報(bào)名注冊(cè):https://iwa-sludge-2024.casconf.cn/userRegister
國(guó)際水協(xié)第十八屆污泥大會(huì)日程-IWA Sludge Conference Programme Version 1.0
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