水污染控制系統(tǒng)理論技術(shù)

城市污水和工業(yè)廢水是水體污染的主要污染源，有多種處理方法可供選擇，其中生物處理以其能耗省、運(yùn)行費(fèi)用低、實現(xiàn)污染物徹底無害化等諸多優(yōu)點(diǎn)而被大多數(shù)城市污水處理廠作為首選；而工業(yè)廢水常含有有毒有害物質(zhì)，需進(jìn)行特定的處理。本研究方向發(fā)揮微生物學(xué)、化學(xué)、高分子化學(xué)、流體力學(xué)、運(yùn)籌學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科優(yōu)勢，長期在城市污水處理和工業(yè)污染防治領(lǐng)域進(jìn)行探索與研究，形成以下研究理論技術(shù)：

1、城市污水生物處理的理論和技術(shù)，包括：

1）生物脫氮除磷機(jī)理、以及胞內(nèi)聚合物的合成與轉(zhuǎn)化機(jī)理的研究。首次弄清了胞內(nèi)有機(jī)聚合物在好氧、無營養(yǎng)缺陷條件下胞內(nèi)聚合物形成機(jī)理。承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金等四項省部級以上研究課題，多篇研究論文被SCI、EI收錄。在此基礎(chǔ)上開發(fā)了“胞內(nèi)碳源脫氮新工藝”，申請國家發(fā)明專利已公開。

2）高效、低耗城市污水常溫厭氧生物處理與新工藝開發(fā)。針對城市廢水生物處理工藝能耗高的問題，深入研究厭氧生物處理的機(jī)理，開發(fā)高效厭氧反應(yīng)器，結(jié)合清潔能源的利用，較好地解決了厭氧反應(yīng)器冬季運(yùn)行的問題，開發(fā)出適用于低濃度城市廢水常溫處理新工藝，承擔(dān)國家“863計劃”二級子課題一項。

3）大型污水處理廠運(yùn)行工況研究與優(yōu)化。包括在實際生化過程中胞外有機(jī)聚合物形成機(jī)理與及其對處理效果的影響，新型處理構(gòu)筑物（如折流式沉淀池）的流態(tài)，新工藝（如三槽式氧化溝）工況特點(diǎn)及其運(yùn)行周期優(yōu)化等，開發(fā)出適用于中國城市污水處理廠工藝和進(jìn)水條件的工藝模擬與優(yōu)化軟件，實現(xiàn)污水處理廠新擴(kuò)建或改造方案的理性決策，以及污水處理廠的長期有效、低成本和達(dá)標(biāo)運(yùn)行；污水處理回用技術(shù)和在線智能控制等。獲國家自然科學(xué)基金一項和大型污水處理廠的項目六項，解決了上海竹園污水處理廠（170萬 m3/d），上海石化股份公司水質(zhì)凈化廠（170萬 m3/d），上海寶鋼（集團(tuán)）公司等大型污水處理廠的實際運(yùn)行問題。

4）分子生物學(xué)在生物處理工藝中的運(yùn)用。利用分子生物學(xué)手段，分析生物脫氮除磷系統(tǒng)中硝化菌、反硝化菌，聚磷菌、聚糖菌等數(shù)量分布及作用；研究厭氧系統(tǒng)中降解有毒、有害有機(jī)物的菌屬，進(jìn)行分離、純化，得到高效優(yōu)勢菌種。從分子生物學(xué)的水平為生物脫氮、除磷機(jī)理，新型反應(yīng)器的開發(fā)，指導(dǎo)大型污水處理廠的運(yùn)行等提供理論支持。

2、工業(yè)廢水處理與資源化理論與技術(shù)，包括：

1）有毒、有害有機(jī)物的厭氧生物處理機(jī)理及新工藝開發(fā)。對常溫厭氧處理高濃度有毒、有害有機(jī)物，厭氧過程中的硫酸還原菌的作用等做深入研究，發(fā)表多篇SCI、EI收錄論文，并獲國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目“硫酸還原菌中納米粒子的原位生成和還原過程中的協(xié)同作用”。

2）膜分離理論，耐污染、高效分離膜的制造及應(yīng)用。先后承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金項目“水在聚合物中的狀態(tài)及其同膜的分離性質(zhì)”，以及上海市科委項目二項、市經(jīng)委項目一項，發(fā)表多篇SCI、EI收錄的論文，獲多項發(fā)明專利。

3）污染治理過程中資源的綜合利用研究與應(yīng)用，完成了中法國際合作項目“用滲透蒸發(fā)技術(shù)回收在污水中的揮發(fā)性有機(jī)物”，開發(fā)出“造紙黑液中提取絮凝劑、木質(zhì)素的方法”等資源化技術(shù)，獲四項國家發(fā)明專利。

4）新型高分子處理藥劑的合成與應(yīng)用。如含磷多元共聚物水處理劑的合成與應(yīng)用，羧酸類接枝型高效減水劑的合成與分散機(jī)理等，獲多項發(fā)明專利，大量生產(chǎn)，并被上海寶鋼（集團(tuán)）公司等大企業(yè)再生產(chǎn)中使用，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

水污染控制系統(tǒng)協(xié)同控制原則

在各污染源都按照水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的污水排放量和排放濃度控制污水排放時，河流的水質(zhì)在國家或地方設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)斷面上將達(dá)到國家與地方要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(如用水要求或環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)等)。

水污染控制系統(tǒng)個體合理性原則

由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各污染源應(yīng)該控制的污水排放量和排放濃度，是根據(jù)各污染源對污染的貢獻(xiàn)和考慮了其對自然降解能力的合理利用權(quán)利來確定的。

水污染控制系統(tǒng)重污染源重點(diǎn)控制原則

由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各污染源污水排放量和排放濃度，將保證重污染源得到重點(diǎn)控制。即超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)(排污量)大的污染源所要求控制的濃度貢獻(xiàn)量將不少于超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)(排污量)小的污染源所要求控制的濃度貢獻(xiàn)量，排放濃度高的污染源所要求控制的排污濃度不低于排放濃度較低的污染源所要求控制的排污濃度。

水污染控制系統(tǒng)最大化原則

由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各污染源的污水排放總量和排放濃度，是各污染源合作控制水污染，保證水質(zhì)達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的最大允許排放量和排放濃度。

水污染控制系統(tǒng)最小化原則

由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各個污染源的污水排放量和排放濃度，對水質(zhì)污染較輕或不對水質(zhì)造成污染的輕污染源，有可能沒有減少排污控制量要求。

水污染控制系統(tǒng)對等性原則

如果兩個污染源在集體中對監(jiān)測點(diǎn)斷面上的污染影響相當(dāng)，則由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各污染源污水排放量和排放濃度，對于這兩個污染源而言，要求控制的排污影響將是相同的。

水污染控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益原則

由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的污染源污水排放量和濃度，將要求排污時間較長、已通過污染而獲認(rèn)大經(jīng)濟(jì)效益的地區(qū)和污染源多控制污水排放量和排放濃度。

水污染控制系統(tǒng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)治污原則

水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的治理水污染方案，將從合作治理水污染的角度，以各污染源之間的效用轉(zhuǎn)移為基礎(chǔ)，實現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的治理水污染目標(biāo)。

根據(jù)上述原則建立的水污染控制系統(tǒng)理論和模型，將為水質(zhì)按國家和地方以及環(huán)保要求，逐級分段達(dá)標(biāo)，并將水污染的宏觀總量控制思想落實到具體的目標(biāo)控制上，建立起一套公平合理的排污量控制分配機(jī)制。按照上述原則建立的水污染協(xié)同控制理論模型將具體地解決總量控制分配問題。

“在國家或地方要求的監(jiān)測點(diǎn)斷面上，以使水質(zhì)達(dá)到某種標(biāo)準(zhǔn)為總目標(biāo)(如環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、用水標(biāo)準(zhǔn)等)，公平合理地確定有關(guān)各污染源的最大排污量和排放濃度，同時充分考慮各污染源和自然降解能力的合理利用權(quán)利?！?

從上述基本思想可以看出，水污染控制不是簡單地要求每個污染源按國際或國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放；也不是象總量控制理論和方法那樣，給每個污染源分配一個水環(huán)境容量資源，要求它們的排污總量不超過所分配的容量標(biāo)準(zhǔn)；而是要求在若干監(jiān)測點(diǎn)斷面上使水質(zhì)達(dá)到國際或國家要求的某種標(biāo)準(zhǔn)。由這種選定斷面上的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，來合理地確定各個污染源的限定排污量和排污濃度。

因此，水污染控制與總量控制和系統(tǒng)規(guī)劃不是矛盾的和沖突的，而是總量控制和系統(tǒng)規(guī)劃的補(bǔ)充。水污染控制能有效地將水污染總量控制落實到各個污染源，公平合理地將水污染控制總量分配給應(yīng)該進(jìn)行污染控制的每一個污染源。所以，可以說水污染控制在宏觀的總量控制、系統(tǒng)規(guī)劃與微觀的各污染源具體控制量之間搭起了一座橋梁。由于水污染控制充分考慮了各污染源合理利用環(huán)境自然降解能力的權(quán)利，并且不要求每個污染源能達(dá)標(biāo)排放，因為完全的達(dá)標(biāo)排放，在現(xiàn)有的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段是很難做到的，同時也不是經(jīng)濟(jì)的。所以，從經(jīng)濟(jì)角度看，水污染協(xié)同控制還是使監(jiān)測點(diǎn)斷面水質(zhì)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)有效的水污染控制理論和方法。

水污染控制系統(tǒng)規(guī)劃是對一個城市（或區(qū)域）水系環(huán)境系統(tǒng)工程的方法制定污染控制系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃。其主要內(nèi)容是： 以國家頒布的法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)為基本依據(jù)，以環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃為指導(dǎo)，以區(qū)域水污染控制系統(tǒng)的最佳綜合效益為目標(biāo)，最佳適用防治技術(shù)為對策措施群，統(tǒng)籌考慮污染源發(fā)生—防治—排污體制—污水處理—水質(zhì)質(zhì)量及其與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)改進(jìn)和加強(qiáng)管理之間的關(guān)系，進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查、監(jiān)測、評價、預(yù)測、模擬和優(yōu)化決策，尋求整體優(yōu)化的近、遠(yuǎn)期污染控制規(guī)劃方案。

對水污染控制系統(tǒng)規(guī)劃的類型可分為以下兩類：1、優(yōu)水質(zhì)規(guī)劃，包括排污口最小削減量規(guī)劃、排污口最優(yōu)化處理規(guī)劃、最優(yōu)化均勻處理規(guī)劃、區(qū)域污水輸送和處理的最優(yōu)化規(guī)劃；2、水污染控制的多方案模擬優(yōu)化規(guī)劃。后者是較為實用有效的區(qū)域水污染控制系統(tǒng)規(guī)劃方法。

“水污染控制技術(shù)與治理工程”項目是中國“十五”期間設(shè)立的12個重大科技專項之一，為中國水污染控制系統(tǒng)取得了一系列重大突破：

在湖泊污染治理方面，突破了湖泊水源地水質(zhì)綜合改善、重污染湖泊水體生態(tài)重建等湖泊污染治理關(guān)鍵技術(shù)，集成了湖泊面源污染控制等技術(shù)系統(tǒng)，初步形成了適合中國淺水型淡水湖泊的污染治理成套技術(shù)及治理方案。

在城市水環(huán)境質(zhì)量改善方面，選擇11個典型城市開展城市水環(huán)境質(zhì)量改善技術(shù)研究和綜合示范，已形成適合不同城市特色的城市水環(huán)境質(zhì)量改善技術(shù)與管理方案。

在飲用水安全保障方面，針對中國南方、太湖流域和北方的原水水質(zhì)特點(diǎn)，選擇多個城市開展飲用水安全保障技術(shù)研究，突破了飲用水原水水質(zhì)改善、常規(guī)處理工藝強(qiáng)化、安全消毒等關(guān)鍵技術(shù)，初步形成了中國城市飲用水安全保障技術(shù)系統(tǒng)。

在物化生物水處理新技術(shù)研究方面，瞄準(zhǔn)本領(lǐng)域的國際前沿以及中國在水污染防治方面的潛在技術(shù)需求，研制了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的水污染控制功能材料和多個新型水處理反應(yīng)器，一些產(chǎn)品開始大量出口。2100433B

其主要內(nèi)容是：以國家頒布的法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)為基本依據(jù)，以環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃為指導(dǎo)，以區(qū)域水污染控制系統(tǒng)的最佳綜合效益為目標(biāo)，最佳適用防治技術(shù)為對策措施群，統(tǒng)籌考慮污染源發(fā)生—防治—排污體制—污水處理—水質(zhì)質(zhì)量及其與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)改進(jìn)和加強(qiáng)管理之間的關(guān)系，進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查、監(jiān)測、評價、預(yù)測、模擬和優(yōu)化決策，尋求整體優(yōu)化的近、遠(yuǎn)期污染控制規(guī)劃方案。對河流水污染控制系統(tǒng)規(guī)劃的類型可分為以下兩類：①最優(yōu)水質(zhì)規(guī)劃，包括河流排污口最小削減量規(guī)劃、河流排污口最優(yōu)化處理規(guī)劃、河流最優(yōu)化均勻處理規(guī)劃、河流區(qū)域污水輸送和處理的最優(yōu)化規(guī)劃；②水污染控制的多方案模擬優(yōu)化規(guī)劃。后者是目前較為實用有效的區(qū)域水污染控制系統(tǒng)規(guī)劃方法。2100433B