水專項搭臺—水環(huán)境設(shè)施提質(zhì)增效之路越走越寬
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國家重大科技專項“蘇州區(qū)域水質(zhì)提升與水生態(tài)安全保障技術(shù)及綜合示范項目”（2017ZX07205），由清華大學(xué)牽頭，組成包含蘇州科技大學(xué)等16家參與單位的科技攻關(guān)團隊，開展望虞河?xùn)|岸水設(shè)施功能提升與全系統(tǒng)調(diào)控、胥口灣水源地水生態(tài)健康提升與水質(zhì)保障、河道水環(huán)境品質(zhì)提升與水生態(tài)健康維系技術(shù)及示范研究，為江蘇省蘇州市實現(xiàn)良性水循環(huán)和健康水生態(tài)提供技術(shù)支撐。
步入環(huán)境治理轉(zhuǎn)型期的蘇州市，其水環(huán)境治理面臨著如何評價、提升和監(jiān)管各類水污染治理設(shè)施的運行效能及其生態(tài)安全的重大科技需求。針對蘇州市水環(huán)境問題及需求，水專項課題《望虞河?xùn)|岸水設(shè)施功能提升與全系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)及示范》應(yīng)運而生。課題以水生態(tài)安全保障為宗旨，面向工業(yè)廢水處理廠、城市污水處理廠、排水管網(wǎng)等多類關(guān)鍵設(shè)施開展了深入的研究，形成了多項標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)指南并開展工程示范與應(yīng)用推廣，有力促進了水生態(tài)安全保障及水設(shè)施提質(zhì)增效技術(shù)的體系化、規(guī)范化發(fā)展，為全面提升太湖流域水生態(tài)安全和水設(shè)施運行水平提供了可復(fù)制、可推廣的案例。
多原理協(xié)同、多屏障控制，實現(xiàn)印染廢水深度凈化與高效脫毒
蘇州市是我國著名的絲綢之府和紡織之鄉(xiāng)，紡織印染行業(yè)十分發(fā)達。為了實現(xiàn)人民對美好生活和綠水青山的向往，蘇州市致力于打造水清岸綠、魚翔淺底的水環(huán)境，對工業(yè)廢水毒害污染物高標(biāo)準(zhǔn)控制與毒性風(fēng)險削減提出了更高的要求。課題組針對這些需求，研發(fā)了印染廢水毒害污染物與毒性多屏障控制組合技術(shù)，在蘇州市吳江區(qū)聯(lián)合污水處理廠實現(xiàn)了工程應(yīng)用，處理能力達4.5萬m3/d。在出水生態(tài)安全評估系統(tǒng)中，魚、水蘭、水榕等多種生態(tài)位水生生物作為“生態(tài)哨兵”繁殖生長，指示著出水生態(tài)安全性，為受納水體生態(tài)健康提供了有力保障。
研究成果還成功應(yīng)用于蘇州市永前、南宵、絲綢、翔龍等4個工業(yè)污水處理廠提標(biāo)改造工程（總處理能力7.8萬m3/d）。相關(guān)工程通過應(yīng)用本課題研發(fā)的生物/活性炭強化脫毒、混凝絮體優(yōu)化脫毒等技術(shù)，保障了出水COD≤50 mg/L、氨氮≤4 mg/L、總氮≤12mg/L、總磷≤0.5mg/L、銻≤20 μg/L，實現(xiàn)了出水毒性的削減和控制，穩(wěn)定滿足江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)和蘇州市太浦河流域管控要求，助力區(qū)域受納水體環(huán)境質(zhì)量不斷改善。
江蘇省重大項目“吳江紡織循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園環(huán)保提升工程—印染廢水處理及中水回用工程”方案確定和工程建設(shè)中應(yīng)用了課題組的研究成果，通過生物強化脫毒、催化氧化與混凝絮體優(yōu)化再利用脫毒、達標(biāo)尾水深度脫毒功能型濕地等措施的有機結(jié)合，將實現(xiàn)印染廢水的高標(biāo)準(zhǔn)凈化與高效利用，預(yù)計出水COD≤40 mg/L、氨氮≤3 mg/L、銻≤20 μg/L，為工業(yè)點源水質(zhì)安全與水環(huán)境質(zhì)量提供了保障。
課題組在研究過程中，掌握了印染企業(yè)納管廢水及污水處理廠出水中典型毒害污染物分布特征的第一手信息，揭示了典型毒害污染物可處理性特征，提出了印染廢水毒害污染物控制的技術(shù)途徑。相關(guān)研究成果為國家標(biāo)準(zhǔn)《紡織工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）等重要標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了基礎(chǔ)性支撐，為印染廢水毒害污染物高標(biāo)準(zhǔn)控制與毒性風(fēng)險管控提供了重要依據(jù)，推動流域水環(huán)境與水生態(tài)保護向魚游蝦嬉方向發(fā)展。
全流程節(jié)能降耗，助力污水處理廠高質(zhì)量運行
針對污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)提高和節(jié)能降耗需求，根據(jù)A2O和交替式兩種典型工藝的運行特點，研發(fā)了A2O和交替式兩種典型工藝的污水處理廠數(shù)字化全流程節(jié)能降耗優(yōu)化運行成套技術(shù)，通過智能曝氣、智能回流和智能加藥功能模塊實現(xiàn)了按需供氧、集約加藥、精準(zhǔn)回流等目標(biāo)，推動了污水處理廠數(shù)字化發(fā)展進程。成套技術(shù)不僅適用于已建污水處理廠的升級改造，也可用于新建污水處理廠的設(shè)計、建設(shè)和運行，具有廣闊的市場前景。
兩項成套技術(shù)在蘇州市福星污水處理廠（A2O和交替式工藝的設(shè)計規(guī)模分別為6萬m3/d和12萬m3/d）進行了工程示范，結(jié)果表明，成套技術(shù)有效提高了生物段脫氮除磷能力，在系統(tǒng)出水滿足蘇州市高標(biāo)準(zhǔn)限制排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，單位耗氧污染物電耗明顯降低，年節(jié)省電耗
98.9萬kWh；化學(xué)除磷藥劑總體下降，年節(jié)省藥劑691t；具有明顯的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。
在此成果的基礎(chǔ)上，編制完成了并被蘇州市排水管理處采納的《A2O污水處理工藝數(shù)字化優(yōu)化技術(shù)指南》和《交替式污水處理工藝數(shù)字化優(yōu)化技術(shù)指南》，其中A2O數(shù)字化技術(shù)在中國給水排水協(xié)會立項為團體標(biāo)準(zhǔn)。指南和標(biāo)準(zhǔn)的實施為解決污水處理廠普遍存在的出水標(biāo)準(zhǔn)要求提高和節(jié)能降耗的矛盾提供了技術(shù)支撐。
智能算法迭代更新，實現(xiàn)網(wǎng)站廠一體化調(diào)控
課題組研發(fā)的城市排水系統(tǒng)智能調(diào)控算法，在“十二五”水專項中已有初步應(yīng)用。課題組在昆明市北片區(qū)實現(xiàn)了雨污調(diào)蓄系統(tǒng)聯(lián)動控制，在31.35平方公里的案例排水片區(qū)，通過7座調(diào)蓄池（共計7萬立方米調(diào)蓄空間）的聯(lián)動控制，相較于現(xiàn)狀削減溢流量16.6%~37.3%，削減溢流污染負(fù)荷8.5%~12.2%。
通過“十三五”蘇州市水專項搭建的平臺和資金支持，課題組在之前研發(fā)的城市排水系統(tǒng)智能調(diào)控算法基礎(chǔ)之上綜合運用排水管網(wǎng)機理模型、長短時記憶網(wǎng)絡(luò)模型、管網(wǎng)片區(qū)均勻填充算法、模糊控制算法，實時優(yōu)化漫溢量、能耗、魯棒性等控制目標(biāo)，實現(xiàn)排水管網(wǎng)運行參數(shù)、泵站控制時序、污水處理廠進水負(fù)荷的同步優(yōu)化，進而實現(xiàn)了網(wǎng)站廠一體化調(diào)控。在蘇州市42.1平方公里的福星排水片區(qū)，通過對排水管網(wǎng)存儲空間、17座泵站和一座污水處理廠的一體化調(diào)控，實現(xiàn)了降雨初期高濃度污水的有效收集和高效處理，這項研究成果在蘇州市供排水一體化管理平臺業(yè)務(wù)化運行后，相較于應(yīng)用之前，全系統(tǒng)新增COD污染負(fù)荷削減11.7%以上。
在水專項平臺的堅實支撐下，新技術(shù)新方法新工具新標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，課題成果顯現(xiàn)出重要價值和積極示范效應(yīng)，所產(chǎn)出的水設(shè)施功能提升和水系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)，技術(shù)內(nèi)涵不斷深化，推廣范圍日益寬廣，水環(huán)境設(shè)施提質(zhì)增效之路越走越順。
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