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发挥重大专项科技支撑作用,科学治淮见实效
发表时间 2017-08-04 14:17 来源 未知

——国家重大水专项淮河项目侧记

  导语:在我国东部,横亘着一条与黄河和长江齐名的“母亲河”——淮河。这条流域面积27万平方公里的河流,用仅占 1/36的国土面积创造了全国 1/8的GDP,承载了 1/7的人口,生产了1/6的商品粮食,是我国最重要的粮食主产地区之一。

  改革开放以来,随着流域城市化和工业化进程的不断加快,淮河流域水质急剧恶化,至20世纪90年代已成为我国污染最重的“三河三湖”之首。近十余年来,经国家和地方政府持续不懈的治污,淮河干流水质已有明显好转。然而,随着中部崛起、粮食安全保障工程等一批国家战略实施,淮河流域面临的水资源短缺、闸坝众多、污染重,突发性污染事故频发等重大环境问题并未根本性改变。这些问题不仅造成了水环境污染问题,还严重危及国家的粮食安全,影响了人们的生活及健康。因此,淮河治理刻不容缓。

  南京大学通过牵头组织实施国家“水体污染控制与治理”科技重大专项(简称“水专项”)淮河项目,在淮河水污染控制与治理上做出了重要贡献,取得了重大突破进展。淮河项目是建国以来针对淮河水污染治理投入科研经费最大的科技项目,是水专项重点实施的项目之一。为了迎接淮河水污染控制的国家目标挑战,南京大学组织环境学院、地学院、生命科学学院优秀科学家团队,涉及污染源控制、地下水、水文水资源、生态等学科,会同中科院地理所、郑州大学以及山东大学、环保部华南环科所,河南、安徽、山东和江苏四省环境科学研究院一起组成淮河项目组进行联合攻关。8年多来,淮河项目组通过理念创新、技术创新、机制创新,在流域尺度上开展 “大科学”、“大集成”、“大示范”与联合攻关,治淮成效显著,为根治淮河水污染问题闯出了新道路,开辟了新方向。

  那么,淮河项目究竟取得了哪些成效?淮河项目提出的治污新模式和新方向有哪些用于其他流域治理的方法和经验?“十三五”期间,淮河项目又有什么新动向和新举措?带着这些问题,记者一行深入到淮河项目组中间,层层揭开淮河治理的神秘面纱。

  

 

  双洎河生态净化工程

  

 

  新密造纸群污水处理厂多相芬顿催化氧化装置

  

 

  郑州南三环污水处理厂磁性树脂深度处理装置

  

 

  郑州五龙口污水处理厂磁性树脂深度处理工程

  勇于破旧立新,创立流域治污新模式,引领科学治淮新方向

  早在淮河项目启动初期,业内人士就对淮河治理达成共识:沙颍河-贾鲁河是淮河治理的重中之重,“欲治淮河必先治沙颍河,欲治沙颍河必先治贾鲁河”。沙颍河是淮河的一级支流,流域面积占淮河的1/7,而污染负荷却占淮河的1/3;贾鲁河是沙颍河一级支流,流域面积是沙颍河的1/7,淮河的1/49,而污染负荷为沙颍河的1/3,淮河的1/9之多,是多闸坝基流匮乏型重污染河流的典型代表,历次淮河重大污染团下泄均与沙颍河-贾鲁河有关。

  淮河流域人口多,经济欠发达,社会经济发展与水污染防治以及饮用水安全保障等多重压力叠加,怎么治理?有什么经验可以借鉴?摆在淮河项目组面前的是一道特大难题。显然,需要新思路和新方法。

  在时间紧、任务重、可借鉴经验不足的情况下,项目组针对淮河流域“基流匮乏、农业伴生型特色行业污染重、生态环境安全风险高”等重大环境问题,率先提出并实施了废水资源多尺度再生利用与水质目标管理为核心的“三级控制、三级循环、三级标准”的“三三三”治污新模式,构建了“废水能源化与资源化高效处理-中水循环利用-尾水生态净化”的三级废水循环再生利用体系,制定了污染源、河道、管理与流域综合调控的“点-线-管-面”综合施治路线。

  而且,项目组接受国家重大需求的挑战,选择了淮河污染最重支流沙颍河-贾鲁河为主要示范区,开展“大科学”、“大集成”、“大示范”与联合攻关,充分表现出根治淮河的决心和信心。

  在污染源控制方面,淮河项目研发出皮革、造纸、酿造、氮肥等农业伴生型重污染行业的清洁生产工艺,重点突破了农业伴生行业高浓度有机废水能源化及资源化利用、基于毒性减排的工业废水全过程控制、以磁性树脂吸附为核心的城市污水资源再生利用、城市污泥好氧堆肥资源化利用、“种-养-加”结合农业废弃物资源循环利用、节地/易管/耐寒的村镇生活污水处理等关键技术,并进行工程示范与推广应用。

  在河道生态净化与修复方面,他们研发了基流匮乏型重污染河流黑臭消除与水生态强化净化、非常规流态河流水生态修复、多闸坝河流水质-水量-水生态联合调度及河流突发性水污染事故应急处置等关键技术体系。

  在管理方面,基于河流水质目标管理,他们为河南省制药、酒精等行业废水间接排放地方标准,贾鲁河、双洎河、清潩河、惠济河等不同河流的小流域排污标准制订及实施提供了重要技术支撑。同时,他们还制订了基于河流水质达标考核的河南省淮河流域的水环境生态补偿办法与水质目标考核体系优化方案,在河南省政府实施河南省水环境生态补偿办法及政策中所采纳。

  在流域“面”上综合调控方面,项目组提出了基流匮乏型重污染河流“三级控制、三级标准、三级循环”的“三三三”治理模式。“十一五”期间,他们选择贾鲁河子流域索须河进行综合示范,通过行业污染治理关键技术示范和推广,建成贾鲁河生态净化工程18.48公里,处理水量20万m3/天,实现削减COD49%、氨氮76%和总磷36%,透明度增加85%,重现了“鸟鸣鱼戏”的优美景观,水生态质量显著好转。“十二五”期间,项目组在“十一五”单项关键技术研发与多闸坝基流匮乏型重污染河流“三级控制、三级标准、三级循环”的“三三三”治理模式构建的基础上,选择贾鲁河、清潩河、八里河及清安河4条不同类型河流进行“三三三”治理模式的推广应用综合示范。在贾鲁河,开展了城市污水和污泥资源化再生利用技术集成与示范;在清潩河,开展了工业与城市平衡发展示范区治理技术集成与示范;在八里河,开展了农业面源污染综合治理关键技术集成与示范;在清安河,开展了重污染河流水质改善技术集成与综合示范。另外,在大型污染团下泄事件高发的淮河-沙颍河区域,淮河项目突破了淮河-沙颍河水质水量联合调度关键技术,构建的淮河-沙颍河流域水质水量联合调度系统在淮河流域水资源保护局实现了业务化运行,在2013年惠济河-涡河水污染事故调度中发挥了重要作用。

  突破整装成套关键技术体系,支撑水污染治理目标实现

  淮河项目组在“三三三”流域治污模式与“点、线、管、面”综合施治路线的指导下,经过“十一五”的单项关键技术研发与“十二五”技术整装成套集成研究,构建了淮河流域多闸坝重污染河流的水污染治理技术体系与水环境管理技术体系。

  在水污染治理技术体系方面,具有代表性的成套技术包括:

  第一,以“两级分离内循环厌氧反应器与流化床多相芬顿氧化反应器”为核心的农业伴生行业高浓度有机废水能源化及资源化利用成套技术。该技术打破了国外技术垄断,其基建投资与运行成本比国外同类技术降低了50%以上,在郑州拓洋、南阳普康、皖北药业、新乡鑫泰隆、河南银鸽、双灯纸业、仲景大厨房、三河皮革等20余家公司推广应用。

  第二,以“流化态零价铁还原-芬顿氧化”集成技术与装备为核心的工业废水毒性减排与深度处理集成技术。该技术推广应用于141个企业治理工程,处理水量达1.53亿吨/年,削减毒害有机污染物达9.5万吨/年(以COD计),节支排污费用达7.6亿/年,新增产值102亿元/年,支撑了淮河流域7个化工园区逾千亿经济的可持续发展。该技术获得2015年中国优秀专利奖与2014年江苏省科学技术一等奖。

  第三,以“磁性树脂吸附”为核心的城市污水资源再生利用集成技术。项目组开发了新型丙烯酸系强碱阴离子交换树脂,并设计出高密度大流量、高流速磁性树脂反应器,处理效果与成本上显著优于国外品牌同类产品(MIEX®)。该技术获得美国授权专利3项,已达国际领先水平,被评为“江苏高新技术产品”,并荣获2014年河南省环境保护科技进步一等奖。该技术已在7项工程中得到推广应用,实现城市污水COD达到地表水I-II类标准;NH3-N、总磷达III-IV类标准;色度、总氮远优于国家再生水标准;工程运行费用低于0.18元/吨,约为臭氧及活性炭技术的1/3。

  第四,以“废物资源化循环利用”为核心的畜禽养殖行业减污高效全过程控制技术。针对淮河流域是国家重要的粮食主产区和粮食增产核心区,养殖业高度密集、污染负荷贡献大等特征,淮河项目构建的半湿润农业区“养殖节水减污-低费用资源化治理-农田安全消纳”畜禽养殖污染全过程控制技术,解决了河南雏鹰集团等农业龙头企业250万头猪/年粪污资源化与安全消纳问题,生产有机肥47万吨/年,减少COD排放3500吨/年,减少氨氮排放66吨/年,直接经济效益达5000万元/年。

  第五,适合淮河流域的节地/易管/耐寒的村镇生活污水处理技术。淮河项目研发出地埋式新型腐殖填料滤池、多点进水OAO及自清洗组合技术等多种类型的节地/易管/耐寒型村镇生活污水处理技术,已在河南、安徽、江苏、山东、湖北等省共推广建设140余项工程,污水处理量达1.8万吨/年,削减COD达6300吨/年,减少氨氮排放270吨/年。

  第六,自主研发的基流匮乏型重污染河流黑臭消除与水生态强化净化集成技术。这其中,以基质强化净化、沉水植物光合补氧、渗滤岛净化为核心的生态净化集成技术,以生态库塘构建为核心的非常规流态河流水生态修复技术,应用建设了示范工程河段150公里,并在淮河流域推广建设生态净化与修复工程8项,覆盖湿地面积达2.6万亩,实现劣V类、V类水深度净化并维持在III或II类水质水平。

  第七,针对多闸坝基流匮乏型重污染河流的特点,淮河项目研发出“生态基流保障-大型污染事故防范-水生态安全防控”的流域水质-水量-水生态联合调度技术,建立了淮河-沙颍河水质水量联合调度系统,实现淮河流域突发性水污染事件发生概率下降75%,重要水域生态用水保证率从50%提高到75%。该技术获得水利部科技进步二等奖。

  第八,以河道为反应器的突发性水污染事故应急处置技术。淮河项目巧妙构建导流明渠药剂投加系统,突破了闸坝河道复杂水环境药剂混合与均匀分布的难题,研究出以“反应转化-沉淀分离-水质调控”三级控制应急处置技术,在江苏徐州、盐城、邳州等4起重大突发污染事故应急处置中发挥了重要支撑作用,处理水体总量逾2000万立方米,保障了淮河流域江苏段重要饮用水源与南水北调东线工程的水质安全。

  淮河项目四大标志性成果

  淮河项目水污染治理技术体系与水环境管理技术体系的建立使淮河治理走上了良性和可持续性的道路。总结起来,可以用四大标志性成果来概括。

  成果一:构建并实施了基于废水资源化与水质目标管理的多闸坝基流匮乏型重污染河流“三三三”治理模式

  在“三三三”治理模式中,以淮河流域典型工业污染源治理为“一级控制”,构建造纸等农业伴生典型工业行业清洁生产与水污染全过程控制与治理集成技术,农业伴生典型工业废水排放量极大减少,同时制定严于国家标准的地方行业间接排放标准,保证了工业尾水安全纳入城镇生活污水处理厂;以城镇生活与工业混合污水深度处理与再生回用为“二级控制”,突破了基于磁性树脂吸附的城市工业混合污水高效脱色除浊脱氮除磷关键技术,并研发了成套设备,使区域内城市工业混合污水经过深度处理后,尾水达到流域排污标准并集中排入河流,保障了基流匮乏型河流的基本生态流量;以城市-工业尾水的河流水生态净化与水质提升为“三级控制”,针对基流匮乏型河流重污染、多闸坝等特征,研发出以基质调控为核心的黑臭水体水生态强化净化与极端流态河流水生态修复集成技术,实现基流匮乏型河流水质达标,重建基流匮乏型河流水生态系统,恢复河流水生态功能。

  通过实施 “三三三”治理模式,多闸坝基流匮乏型重污染河流可形成“点源-区域-流域”的“三级控制”系统“控源减排”治理技术体系,并构建以“地方行业间接排放标准-地方流域排污标准-河流水质目标标准”的“三级标准”为核心的水质目标管理体系,使工业废水和城市污水逐级净化处理达到基流匮乏型河流生态补水的要求;通过构建“工业园区(企业)内部废水循环利用-区域污水再生利用-流域水资源生态循环再生利用”的 “三级循环”水资源再生利用技术体系,实现流域内工业废水与城市污水最大限度再生利用,维持基流匮乏型河流的基本生态流量,保障河流水质目标达成与水生态功能恢复,实现流域环境容量与排污总量的科学衔接,为解决基流匮乏型河流水资源短缺与水质目标达成提供了切实可行的治理模式与途径。

  成果二:提出并实施“技术研发-成果孵化-联盟集成-平台推广”的全链式技术成果产业化创新体系

  为了使水专项成果发挥更大的科技支撑作用,淮河项目提出并实施了基于“技术研发-成果孵化-联盟集成-平台推广”的全链式技术成果产业化创新体系;沿淮建立了废水与污泥治理与资源化河南省协同创新中心、安徽省废水治理与资源化公共服务平台、江苏省沿海化工污染控制公共服务平台、南京大学盐城环保技术与工程研究院等8大成果推广平台,获批建设了环保部“有机化工废水治理与资源化产业技术创新联盟”、“石化废水处理与资源化及成果推广产业技术创新战略联盟”以及科技部“淮河流域再生水利用与风险控制产业技术创新联盟”,依托淮河项目建立的科技成果孵化器,实现了内循环反应器、磁性吸附树脂、流化床芬顿、生态净化等关键技术的产业化推广,并成立了南大(常熟)研究院有限公司、南京环保产业创新中心有限公司等20余家高新技术企业,南京国家级环保产业集聚示范区已初步形成。

  成果三:重点示范流域沙颍河-贾鲁河水质显著改善

  “十一五”期间,淮河项目组通过实施“三三三”治理模式,实现了贾鲁河陈桥断面COD从2007年75mg/L降至2011年的46mg/L,削减率44%;氨氮从2007年30mg/L降至2011年6mg/L,削减了80%。“十二五”期间,项目组进一步夯实和推广“三三三”治理模式,深化行业排放标准、流域排污标准与河流功能与健康标准的科学衔接,推进废水资源化与能源化应用-中水循环利用-尾水生态净化应用的三级循环利用;集成并推广以磁性树脂吸附为核心的再生水制备及利用、以废水能源化及资源化为核心的农业伴生典型工业水污染全过程控制、以毒性减排为核心的化工行业水污染全过程控制、以经济适用易管理为特点的村镇生活污水处理、以基质调控为核心的闸坝型受损河流水生态修复以及以好氧堆肥为核心的城市污泥资源化利用等8项水污染治理整装成套技术,建设示范工程30项,推广应用于200余项工程中,建设了长达150km的河流生态修复示范工程,城市污泥堆肥资源化应用达10万吨/年。

  数据显示,“十二五”期间,贾鲁河与沙颍河流域生态环境质量得到全面持续改善。而带动淮河干流水质明显好转。淮干国控断面水质达标率从2007年的62.17%升至2014年的86.82% ,增加了24.65个百分点。沙颍河流域过去老百姓的民谣:“五六十年代淘米洗菜,七十年代洗衣灌溉,八十年代河水变坏,九十年鱼虾绝代”,现在民谣变为“鱼虾跳、野鸭叫、河水清、百姓笑”。

  成果四:培养了一支国家级流域水污染治理科研队伍

  通过8年多联合攻关,淮河项目培养了一支国家级流域水污染治理科研队伍,其中包括:培育1支国家重点领域创新团队,1支教育部优秀创新团队;培养中组部“千人计划”专家1人,中组部“万人计划”领军人才1人,教育部长江学者特聘教授1人,江苏省十大杰出专利发明人1人,国家优秀青年基金获得者1人,教育部新世纪人才3名;荣获了江苏省“333高层次人才工程”突出贡献奖1人,“十一五”水专项“先进集体”荣誉称号及先进个人1人。目前,淮河项目形成了由院士、长江学者、国家杰出青年基金获得者、“千人计划”专家、“万人计划”科技领军人才等组成的高水平流域污染控制队伍。淮河项目累计突破关键技术近100项,申请或授权国家发明专利200余项,获得软件著作权30余项,出版专著10余部,制定标准/规范/指南等20余项,技术成果先后荣获得了2014年江苏省科学技术一等奖、2014年水利部科技进步二等奖、2014年河南省环境保护科技进步一等奖等科研奖项;累计建成示范工程近70项,推广工程200余项,建设河流生态修复示范工程150公里以上,年均城市污泥好氧堆肥资源化利用达10万吨以上。

  2015年10月28-30日,淮河项目接受国家科技部第三次监督评估。评估专家们对淮河水专项实施以来的成绩给予了高度评价。北京排水集团原总经理杨向平指出:“淮河项目有了很多不光技术上的突破,也有思路上、体制上、系统上的创新,成绩特别突出。技术研究上有创新,如磁性技术非常有特色,确实很好;管理上和地方有配合;机制上有保障。他们研究的科技项目虽然不能代替整个水环境治理工程,但确实起了支撑作用。”环保部原总工程师杨朝飞表示:“我看到的技术都有很好的前景和推广价值。磁性树脂技术,将来能够通过它的处理,直接作为生态补给水;流化床芬顿技术对解决咱们国家工业污水处理,可能会发挥很大的作用。人工湿地我也挺看好,为什么?其他的治理技术都是需要消耗能源,人工湿地是不需要消耗能源。治理技术和管理、政策结合起来,这一点也非常好。国家现在重点抓研究成果转化和市场化问题,南大提出的“技术研发、成果孵化、联盟集成、平台推广”已经有了技术成果转化推广的机制,不是像过去完全靠政府、行政去推,这一点非常好。”科技部评估中心副主任毛建军最后总结认为,淮河项目有四个特色要坚持发扬光大、深耕、完善、复制、推广,这四个特点即:一是资源化的治理理念;二是“点、线、管、面”与“三三三”基流匮乏型重污染河流的治理模式;三是技术研发-成果孵化-联盟集成-平台推广的技术转化机制;四是地方政府支持与地方治污支撑。

  不负高层关怀与信任,“十三五”激流勇进

  淮河项目不仅得到河南省、安徽省、江苏省、山东省等沿线各级领导的高度重视,也得到了党和国家领导人的密切关注。

  2013年7月12日,中共中央政治局常委、十二届全国人大常委会委员长张德江来到淮河项目成果推广平台-南京大学盐城环保技术与工程研究院,实地调研指导党的群众路线教育实践活动。当李爱民教授汇报完研究院在国家重大水专项的支持下,坚持扎根基层、服务企业、促进科技成果产业化、保障饮用水安全、支撑淮河流域及沿海经济节能减排与可持续发展所取得的成绩时,张德江委员长指出:“你们的经验说明,教育要与社会相结合,科研要与企业相结合才有生命力。”

  2015年9月23日,科技部原部长朱丽兰来到南京大学盐城环保技术与工程研究院视察。朱丽兰对南京大学研发团队为淮河治理提供技术支撑的强烈的社会责任感和科技创新能力予以充分认同。她指出,研究团队要加大科技资源汇聚和创新力度,继续为我国环保事业建功立业。同时,她勉励大家要把研究院真正建成新兴战略环保产业孵化器与培养高层次人才的“黄埔军校”,为传统产业升级与战略新兴环保产业发展做更大贡献。

  2015年10月28日,科技部部长万钢来到南京大学盐城环保技术与工程研究院实地调研重大专项实施进展情况并且观看了成果推介视频。在听取了李爱民教授淮河项目的报告后,万钢指出:“在环保产业快速发展的形势下,科技成果不但要变成生产力,还要变成财富。你们平台能够集聚这么多高层次人才,具备了做出更大、更好成绩的基础。现在国家科技政策非常有利于你们,你们要抓住机遇快速发展。”

  淮河治理,功在当代,利在千秋。“十三五”期间,淮河项目将继续以流域水质管理目标为导向、以黑臭水体消除与饮用水安全保障为抓手,继续坚持“点、线、管、面”的全面统筹机制与综合调控战略,进一步创新机制,构建淮河流域水专项成果产业化成果推广的平台群和载体群,实现重大水专项成果在流域面上落地生根,形成星火燎原之势,为淮河流域水质改善、生态文明建设以及流域社会经济的可持续发展提供长效科技支撑。

  未来,淮河项目组将继续发扬“特别能吃苦、特别能战斗、特别能奉献”的淮河项目精神,勇挑重任,力争早日实现淮河水环境质量改善和水生态系统完整性目标,为中国的碧水蓝天,为社会经济的有序发展,为子孙后代的健康幸福,做出更大的贡献。

  撰稿人:孙文涛