十年一劍 換得河清海晏
——專訪水污染治理專項技術總師孟偉
①難降解石化廢水處理設備和工程
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
含酚廢水酚油協同萃取中試
水是萬物之源，健康之本。隨著我國工業化的高速發展，水污染事件的發生日益頻繁, 飲用水源地水質不安全正在威脅著人們的飲水健康。為了轉變這一狀況，2007年12月，以解決制約我國經濟社會發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、治污技術、修復技術應運而生。在該專項各方的不懈努力下，城市里的黑臭水不見了蹤影，河流湖泊水質逐漸變清，飲用水源地水質達標，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、綜合調控“三步走”戰略；在具體實施過程中，設置了湖泊富營養化控制、河流水環境整治、城市水環境綜合整治、飲用水安全保障、監控預警、環境戰略與政策研究六個主題。
“三步走”戰略突破千余項關鍵技術
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突破作為解決大江大河污染物超量排入的基礎。根據污染排放負荷比例，專項確定了將冶金、化工、制藥、輕工和紡織這五大行業作為治理重點，“這是由于這五大行業排放污水中，化學需氧量（COD）約占我國工業污水COD總量的66%，氨氮約占工業污水總氨氮量的82%”。
于是，專項系統分析廢水特性和排放特征，篩選了污染減排關鍵單元，建立了以“問題識別—內在關系揭示—控制技術研發—工程應用示范”為核心的普適性工業水污染全過程控制技術方法，構建了工業水污染全過程控制的技術系統框架，為不同行業開展水污染控制技術研發與應用提供方法支撐。其中，中科院過程所團隊研發的酚油協同萃取解毒—非均相催化臭氧氧化控污技術，焦化廢水全過程綜合強化處理與分質回用成套技術等成果，已成功應用到鞍鋼、武鋼、平煤等企業17套水處理裝置中，年穩定達標處理廢水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定處理的國際性難題，行業清潔生產達國際先進水平。
目前，城市人口已占到我國總人口的50%，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，我國污水處理技術和能力已達國際一流水平。得益于專項研發的各種技術和設備，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、農業面源污染控制等1000余項關鍵技術。推動太湖、巢湖示范湖區消除劣五類水體，洱海流域水質穩定保持在Ⅱ—Ⅲ類，淮河重要支流賈魯河流域水生態環境開始改善、干流水質明顯好轉；建設了500余項科技示范工程，授權專利1400余項，形成標準、規范或技術指南300余項。城市污水深度脫氮除磷技術支撐500余座城市污水處理廠出水穩定滿足一級A排放標準。研發大型臭氧發生器、超濾膜組件膜材料等關鍵材料和設備，形成流域水污染治理技術體系，并實現規模化應用和產業化。
水環境治理實現三個“轉變”、兩個“彎道超車”
孟偉總結說，在專項國家目標引導下，我國水環境治理逐步實現了三個“轉變”。
“專項實施前，我國水污染控制是按照行政區域推動、治理和保護的。也就是說，一條河流上下游雖有自然聯系，但沒有管理上的聯系。每個行政區域都把自己轄區內的河流上游作為水源地，下游是排污口。而下游區域也是如此管理的。”孟偉說，專項設立之初，就確立水環境治理必須是全流域管理，從區域分割控制轉向流域系統控制。
“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，水環境歸環保部管，河床歸國土部管等。通過專項，頂層設計上已走向流域綜合管理，即水資源、水環境、水生態等耦合管理、協同控制。”孟偉說，第三個轉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，目標是為改善水環境質量、維護水生態健康。
“這三個‘轉變’符合當前國際對水環境管理的先進理念，認識更科學、更符合自然規律。在此基礎上，專項完成了流域水污染治理、流域水環境管理、飲用水安全保障三大技術體系。”孟偉說。
據介紹，在專項支持下，我國水環境管理技術體系還實現了兩個重要的“彎道超車”，即基于水生態功能分區、基準標準為核心的我國水質目標管理。孟偉表示，不同地區水生態情況和功能不同，污染物總量和控制單元，水環境質量改善，頒發排污許可證等必須建立在水生態分區管理基礎上，國家《水十條》也體現了這一點。
專項充分借鑒美國經驗，把我國大陸劃成10個一級區、338個二級區、1784個三級區，在太湖和遼河實現了四級生態功能分區。水生態功能三級分區支撐了我國近1800個水生態環境控制單元精細化、科學化管理。
水環境基準是國家主權的一個表現形式，“原先我國是照搬美國的環境基準，但我國與美國在生物、人種等方面都不相同。專項研發的基準標準技術體系和方法填補了國內空白，為國家水環境管理奠定了科學基礎。在全球發表的最有影響力的環境基準論文的前10位作者中，中國環境科學院占了4位，其影響力僅次于美國國家環境基準實驗室。”孟偉說，在水生態功能分區和基準標準兩方面，我國完成了從“跟跑”到與歐美“并跑”，某些領域甚至“領跑”。
“十三五”建流域生態廊道綜合調控
“十三五”期間，專項進入“綜合調控”階段。孟偉說，該階段的戰略布局是“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體系并在遼河、巢湖等進行“一河一湖一策”的應用等。
京津冀水資源短缺、水環境污染、水生態退化，專項根據“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”兩條流域生態廊道，以水質目標管理為牽引，圍繞上游生態涵養、中游北京城市副中心水環境質量提升和白洋淀水污染控制、下游天津海綿城市建設、入海河流水質深度凈化和水資源高效利用、多水源供水格局下的水質安全保障等內容，開展綜合調控示范，形成統一規劃、標準、監管和會商的創新管理制度、模式。
據悉，“十三五”期間，專項將全面突破水體污染控制與治理關鍵技術150項以上，成套技術50項以上，發布標準、指南、規范100項以上。到2020年，提出我國流域系統治理的科學思路與整體解決方案，體現理念創新、理論創新、技術創新和集成創新，形成具有我國特色的系列化、規范化和標準化的水污染治理、水環境管理和飲用水安全保障技術體系等。
典型案例
環科院：攻克技術難題 突破治污瓶頸
按照《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（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濟社會發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。
中國環境科學研究院高度重視專項工作，集中全院優勢力量總計投入16個研究團隊、近600名研究人員承擔專項實施任務。
“十一五”“十二五”期間中國環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個流域水生態功能分區、監控預警技術，以及太湖、遼河等典型流域的治理技術研發與示范。歷經10年多的不懈努力與辛苦付出，中國環境科學研究院在水污染治理技術體系、水環境管理技術體系和流域綜合示范中攻克了一批技術難題，研發了一批關鍵技術與設備，取得了一系列重大成果，為我國水環境管理由水質管理向水生態管理轉變，由目標總量向容量總量控制轉變，由突發性應急管理向風險監控預警管理轉變作出了重要貢獻。
中國環境科學研究院水專項成果包括，研發了一批水環境管理技術；攻克了一批水體污染負荷削減關鍵技術；突破了一批流域水生態修復關鍵技術；綜合流域示范成效顯著；專項成果為環境保護部管理工作提供了技術支撐。
按照國務院批復的專項實施方案確定的“三步走”戰略，專項“十三五”進入“綜合調控”的階段，并將與“京津冀協同發展”“長江經濟帶發展”和“水十條”等國家戰略與行動計劃緊密結合，聚焦京津冀區域和太湖流域開展綜合示范。“十三五”期間，中國環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，面向新形勢下的國家環境保護管理需求，堅持目標導向，圍繞太湖流域、京津冀區域，重點突破流域水環境“綜合調控”成套關鍵技術，完善和提升流域水環境管理、流域水污染治理技術體系，在典型流域開展成果推廣和應用。
創新團隊
讓重工業廢水由“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化與循環利用規律與工程放大的國家級研究單位，設有濕法冶金清潔生產技術國家工程實驗室、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為核心的應用基礎研究以及資源、環境、能源、化工和材料等應用領域形成明顯的優勢與特色，建立了基礎研究—應用開發—產業化的研究布局，積累了大量科研成果。在以清潔生產、廢物資源化與無害化為核心的工業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—應用—工程研究開發的全過程。
20世紀90年代，中科院過程所在國內率先進入清潔生產/循環經濟領域，承擔了我國第一個清潔生產項目，完成萬噸級示范工程建設與運行。在清潔生產/循環經濟關鍵技術研發方面相繼承擔國家水重大專項課題、國家科技攻關項目、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、中石化等科研與產業化課題100多項，產生了“鉻鹽清潔生產新工藝集成技術”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積累，建立40余套產業化工程，在化產回收和廢水資源化方面顯示了較強的科研實力，開發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已建成示范工程。在鋼鐵（冶金）、煤化工行業廢水處理領域承擔國家和企業委托的科研項目10項，申請專利50余項，授權超過20項，獲國家發明二等獎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“松花江重污染行業清潔生產關鍵技術及工程示范”和“焦化廢水強化處理技術與應用”均被評為重要標志性成果。以煤化工清潔生產為代表的一批關鍵技術取得重要突破，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，在鞍鋼焦化廠建成處理規模4800m3/d的工程示范并穩定運行，主要核心技術有強化COD和總氮去除的ESND-NC技術，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去除效率明顯優于聚鐵和PAM絮凝劑，具有高效經濟、操作簡便等優點；臭氧常溫催化氧化技術，實現低濃度COD高效去除。
主要核心技術與創新包括：污染陶瓷膜過濾關鍵技術；精餾萃取—酚油脫除高效協同萃取技術；強化生物脫碳脫氮關鍵技術；基于總氰/有機物高效去除的混凝藥劑與技術；臭氧多相催化氧化技術。
團隊在鋼鐵、煤化工行業廢水處理領域，承擔或參加多項水專項相關的科研項目。
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“鋼鐵行業水污染全過程控制技術系統集成與綜合應用示范”課題的技術總責任單位，負責任務分解與總結凝練，并主要具體承擔多膜組合脫鹽水回用技術、磁絮凝技術、高鹽高COD廢水處理技術、陶瓷膜材料開發、乳化液處理設備、園區水污染控制技術優化集成、編制鋼鐵行業水污染深度解析報告、出版《流域水污染治理成套集成技術》叢書之鋼鐵行業水污染控制分冊等任務，為業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計和調試。曹宏斌研究員同時作為水專項標志性成果“重點行業水污染全過程控制技術系統與應用”的負責人，將繼續推動重大專項標志性成果的推進完成。
文章摘自《科技日報》
