課題背景
地處長江三角洲杭嘉湖平原腹心地帶的浙江省嘉興市，水環(huán)境質(zhì)量不能全面滿足水功能區(qū)要求，一度成為全面建成小康社會的短板。由浙江大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、浙江省環(huán)科院承擔(dān)的水專項“嘉興市水污染協(xié)調(diào)控制與水源地質(zhì)量改善”項目課題二“平原河網(wǎng)地區(qū)污染源深度削減成套技術(shù)與綜合示范”以嘉興市整個行政區(qū)為研究對象，以水環(huán)境質(zhì)量改善和飲用水水源地水質(zhì)安全為導(dǎo)向，聚焦印染、造紙工業(yè)污染負(fù)荷的深度削減和混合污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，突破印染行業(yè)特征污染物銻分級控制、以降鈣控鈣為核心的造紙廢水資源化利用長效穩(wěn)定運行調(diào)控等五項關(guān)鍵技術(shù)，集成印染廢水深度處理回用、造紙廢水資源化利用、混合污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)等3個成套技術(shù)，建成印染廢水深度處理回用與銻綜合控制、造紙廢水資源化利用、城鎮(zhèn)生活與工業(yè)混合污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)等六大工程示范，編制《嘉興市污染負(fù)荷深度削減方案》，實現(xiàn)市域污染物深度削減，為嘉興市水環(huán)境質(zhì)量全面達(dá)到功能區(qū)要求提供科技支撐，為2020年嘉興市全面建成小康做出貢獻(xiàn)。
關(guān)注一
全面提升水環(huán)境質(zhì)量，亟待加強(qiáng)科技支撐
數(shù)據(jù)顯示，2017年，嘉興市常住人口465.6萬人，全市生產(chǎn)總值4355億元，其中工業(yè)生產(chǎn)總值2309億元。
嘉興市市域面積4223.46km2，其中水域面積328km2，河道總長1.38萬km，是典型的平原河網(wǎng)地區(qū)。據(jù)2017年全市130個水功能區(qū)監(jiān)測斷面的監(jiān)測結(jié)果表明，嘉興市水環(huán)境質(zhì)量不能全面滿足水功能區(qū)要求，是全面建成小康社會的短板。據(jù)分析，印染造紙行業(yè)廢水排放量大、混合污水處理廠不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放和飲用水水源地銻污染安全風(fēng)險問題突出是影響嘉興市水環(huán)境質(zhì)量的主要原因。因此，要全面提升嘉興市水環(huán)境質(zhì)量，實現(xiàn)從Ⅳ類水為主到2020年Ⅲ類水為主的歷史性轉(zhuǎn)變，迫切需要印染和造紙等工業(yè)污染物深度削減、混合污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)和銻污染物綜合控制等方面的科技支撐。
在印染廢水處理及回用方面，課題組承擔(dān)了“印染行業(yè)生化污泥趨零與中水回用系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與工程示范”等課題，編制了《浙江省紡織印染行業(yè)淘汰落后整治提升方案》，對印染行業(yè)特征污染物銻進(jìn)行了初步的溯源分析，其中“新型廢水處理功能材料及其工程應(yīng)用”等研究成果獲得2015年度浙江省科技進(jìn)步一等獎。
在造紙廢水處理和回用方面，課題組在“十一五”“十二五”期間，承擔(dān)了“造紙廢水微排放集成技術(shù)研究與示范”等浙江省重大科技專項，獲得了“一種內(nèi)循環(huán)水解厭氧反應(yīng)裝置”等專利技術(shù)。
在混合污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放方面，課題組承擔(dān)了“十一五”國家科技重大專項“小城鎮(zhèn)污水處理裝備化關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”等項目，其中“低碳氮比城市污水低氧強(qiáng)化脫氮除磷關(guān)鍵技術(shù)及工程示范”等研究成果獲得上海市科技進(jìn)步二等獎。
課題組對印染和造紙行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展有著較深的認(rèn)識，有長期的工作積累，為本課題的開展奠定了較好基礎(chǔ)。
自2017年課題啟動以來，在嘉興市生態(tài)文明創(chuàng)建辦的部署下，課題組緊緊圍繞合同任務(wù)書的要求，全面開展各項工作，2017年度以現(xiàn)場調(diào)查和問題診斷為主，2018年以試驗研究和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)為主，2019年以成套技術(shù)凝練和工程示范建設(shè)為主，2020年以成果總結(jié)和推廣應(yīng)用為主。整個工作過程從問題診斷入手，以問題為導(dǎo)向，開展試驗研究，突破關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建成套技術(shù)，以成套技術(shù)推廣應(yīng)用為重點，開展工程示范，并形成一系列的指南規(guī)程，整個過程思路明確，各階段重點突出，前后有機(jī)銜接。
關(guān)注二
集成構(gòu)建了印染廢水深度處理回用、造紙廢水資源化利用、混合污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)等三大成套技術(shù)
現(xiàn)場診斷明問題
為掌握嘉興市印染和造紙企業(yè)污水處理回用及混合污水處理廠處理現(xiàn)狀，課題組組織了300余人（次），深入現(xiàn)場，對嘉興市227家印染企業(yè)、35家造紙企業(yè)進(jìn)行調(diào)查和問題診斷，選取其中7家印染企業(yè)、3家造紙企業(yè)和1家混合污水處理廠進(jìn)行了典型調(diào)查、取樣監(jiān)測和問題診斷，找到了印染和造紙工業(yè)污染物深度削減的技術(shù)瓶頸，明確了混合污水處理穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵因素，完成了特征污染物銻的溯源分析。
針對這些問題，提出了嘉興市水環(huán)境質(zhì)量改善和飲用水水源地水質(zhì)安全保障的技術(shù)路線為：技術(shù)研發(fā)→系統(tǒng)集成→工程示范→推廣應(yīng)用，即以印染和造紙行業(yè)廢水深度處理回用、混合污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、印染行業(yè)特征污染物銻綜合控制為重點開展技術(shù)研究，以構(gòu)建成套技術(shù)為重點進(jìn)行系統(tǒng)集成，以成套技術(shù)應(yīng)用為重點建設(shè)示范工程，以研發(fā)成果推廣為重點實現(xiàn)污染物深度減排，支持嘉興市水環(huán)境質(zhì)量改善和飲用水水源地水質(zhì)安全保障。
試驗研究出創(chuàng)新
以現(xiàn)場診斷出來的問題為導(dǎo)向，課題組分別開展了印染和造紙廢水深度處理回用、城鎮(zhèn)混合污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的10余項試驗研究，突破了5項關(guān)鍵技術(shù)。針對目前印染廢水經(jīng)廠內(nèi)預(yù)處理和集中處理兩級處理的特點，課題組以強(qiáng)化混凝和高效吸附為重點，對廠內(nèi)預(yù)處理的高濃度含銻廢水，利用現(xiàn)有的反應(yīng)池、初沉池，將現(xiàn)有的混凝劑（FeSO4）通過三種復(fù)配藥劑（鈣強(qiáng)化FeSO4、PFS/FeSO4、PAC/FeSO4）強(qiáng)化混凝除銻效果。對集中處理的低濃度含銻廢水，開發(fā)了新型鐵錳復(fù)合吸附材料，創(chuàng)新了錳摻雜有效阻止鐵晶相的轉(zhuǎn)變，提高了無定形鐵的穩(wěn)定性和對銻的吸附能力，構(gòu)建了印染廢水特征污染物銻的分級處理關(guān)鍵技術(shù)，為印染行業(yè)特征污染物銻的綜合控制和飲用水水源地安全保障提供了技術(shù)支撐。
針對造紙廢水資源化利用過程中鈣離子的累積問題，課題組率先成功研發(fā)了以厭氧控鈣、好氧除鈣、深度脫鈣為核心的降鈣控鈣技術(shù)，其中厭氧控鈣是針對厭氧污泥“中心鈣化”壓縮微生物定殖空間和“外層鈣化”堵塞污染物通道的問題，分別研發(fā)了以保增長和去鈣化為核心的排泥控鈣技術(shù)和酸溶脫鈣技術(shù)；好氧除鈣是針對進(jìn)水（即厭氧出水）中CO2處于過飽和狀態(tài)，通過攪拌脫氣，提高廢水的pH值，促進(jìn)CaCO3沉淀，達(dá)到好氧除鈣的目的；深度脫鈣是針對傳統(tǒng)化學(xué)沉淀工藝中藥劑使用量大、易結(jié)垢的問題，研發(fā)晶種循環(huán)處理技術(shù)，通過沉淀污泥回流為新產(chǎn)生的CaCO3提供生長場所和載體，減少了藥劑使用量，減緩了系統(tǒng)結(jié)垢，確保了造紙廢水資源化利用的長效穩(wěn)定運行。在突破廢水降鈣除鈣技術(shù)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)整合了廢水、污泥、生物質(zhì)能3條循環(huán)利用路線，大大提高了廢紙造紙企業(yè)的資源化利用水平。目前示范企業(yè)的綜合指標(biāo)噸紙排水量在5m3以下，僅為國內(nèi)同類企業(yè)的60%左右，運轉(zhuǎn)費用約1.9元/m3廢水，比國內(nèi)同類企業(yè)低20%左右。
針對印染廢水難生物降解有機(jī)物含量高、可生化性差、色度重、回用比例低及回用水膜濾濃縮液處理難等問題，課題組創(chuàng)新研發(fā)了以“高效復(fù)合水解酸化技術(shù)、高效混凝吸附深度處理技術(shù)、膜濃縮液微電解耦合催化氧化技術(shù)”為一體的印染廢水深度處理與分質(zhì)回用集成技術(shù)。
其中新型復(fù)合水解酸化技術(shù)是通過優(yōu)化進(jìn)水分配系統(tǒng)提高傳質(zhì)效率，并結(jié)合專性微生物強(qiáng)化，進(jìn)一步提高對某些染料、助劑等特定污染物的降解、轉(zhuǎn)化效率，最終可使印染廢水的可生化性提升20%；高效混凝吸附脫色深度處理技術(shù)是針對印染廢水生化出水色度重，難以滿足印染工序初級回用的問題，通過改性的高效混凝吸附材料，結(jié)合自主研發(fā)的智能化投加裝備，對生化出水的CODCr和色度去除率分別達(dá)到64.2%和59.4%，顯著提高初級回用水比例；微電解耦合催化氧化技術(shù)是針對膜濾濃縮液難降解有機(jī)物含量大、鹽分高等問題，通過在傳統(tǒng)鐵碳微電解材料上進(jìn)行改良，并耦合類Fenton催化氧化，所開發(fā)的非均相催化氧化技術(shù)，對膜濾濃縮液CODCr去除效率達(dá)87.9%。目前這一集成技術(shù)已在示范企業(yè)推廣應(yīng)用，示范企業(yè)水循環(huán)利用率由40%提高到55%以上，處理成本比現(xiàn)有工藝降低10%，上述技術(shù)體系為印染廢水“近零排放”提供有力技術(shù)支撐。
針對混合污水處理廠進(jìn)水中工業(yè)廢水占比高、碳源不足、傳統(tǒng)生化處理工藝難以保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)等問題，課題首先以優(yōu)質(zhì)碳源制備為突破口，通過磁鐵礦富集異化鐵還原菌強(qiáng)化水解酸化和氫氧化鐵強(qiáng)化磷素沉淀回收，實現(xiàn)剩余污泥與餐廚垃圾厭氧發(fā)酵液優(yōu)質(zhì)碳源的高效制備；其次，以強(qiáng)化生物處理單元功能為核心，采用粉末吸附功能載體、鎂鹽和鐵鹽改性氮磷專性固定功能載體的復(fù)配投加，構(gòu)建了多級活性污泥-生物膜耦合的污水處理技術(shù)，實現(xiàn)對混合污水中難生物降解CODCr的去除率提高10%以上，處理成本增加低于10%；最后，開發(fā)了混合污水處理廠運行診斷及智能化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對污水處理廠運行的全過程診斷與優(yōu)化控制，有效提升了污水處理廠的智能化管理水平，實現(xiàn)AAO工藝處理出水穩(wěn)定率提高10%以上，藥劑和能耗下降5%以上。上述技術(shù)體系全面提升了混合污水處理廠的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)率。
工程示范筑案例
課題以突破5項關(guān)鍵技術(shù)為核心，集成構(gòu)建了以印染廢水深度處理回用、造紙廢水資源化利用、混合污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)等三大成套技術(shù)，以成套技術(shù)的工程示范為重點，全面建成了30000m3/d印染廢水深度處理回用、500m3/d印染行業(yè)特征污染物銻綜合控制、35000m3/d造紙廢水資源化利用升級改造、75000m3/d城鎮(zhèn)生活與工業(yè)混合污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)等四大工程示范，制訂了“嘉興市污染源深度削減方案”，為嘉興市下一步開展污染源深度削減提供了行動方案。
凝練成果助推廣
以技術(shù)的推廣應(yīng)用為導(dǎo)向，課題組制訂了“印染廢水深度處理與回用技術(shù)指南”“廢紙造紙行業(yè)廢水資源化利用技術(shù)指南”“印染廢水深度處理回用成套技術(shù)的設(shè)計、施工、運維規(guī)程”“造紙廢水資源化利用成套技術(shù)的設(shè)計、施工和運轉(zhuǎn)規(guī)程”“城鎮(zhèn)生活與工業(yè)廢水混合污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)成套技術(shù)的設(shè)計、施工和運維規(guī)程”等一系列技術(shù)指南和規(guī)程，申請發(fā)明專利25項，授權(quán)實用新型專利6項；發(fā)表論文28篇；這些成果為相關(guān)技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用奠定了扎實基礎(chǔ)。
關(guān)注三
為水環(huán)境管理提供強(qiáng)大技術(shù)支撐
為印染造紙企業(yè)提供技術(shù)支撐
浙江大學(xué)利用水專項“造紙廢水深度處理回用與資源化利用升級改造技術(shù)研究”成果和在造紙行業(yè)污染控制方面的長期技術(shù)積累，自2017年以來，為浙江景興紙業(yè)股份有限公司、浙江榮晟環(huán)保紙業(yè)股份有限公司、浙江榮成紙業(yè)有限公司等3家大型上市企業(yè)累計提供47項環(huán)保技術(shù)服務(wù)，合同總金額達(dá)881.8萬元，服務(wù)項目包括企業(yè)年度環(huán)境報告、環(huán)境治理“一廠一策”、應(yīng)急預(yù)案、清潔生產(chǎn)審核、環(huán)境影響評價、環(huán)境監(jiān)理、環(huán)?？⒐を炇?、監(jiān)測方案、提升改造項目技術(shù)服務(wù)、廢水處理改造工程總承包等，通過這些技術(shù)服務(wù)，全面梳理了企業(yè)的環(huán)境現(xiàn)狀，完善了污染治理設(shè)施，規(guī)范了環(huán)保管理制度，為企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供了有效的環(huán)境支撐。2017年以來，這3家企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益日趨向好，環(huán)境效益顯著提升。
以浙江景興紙業(yè)股份有限公司為例，課題組根據(jù)4種造紙污泥的性質(zhì)及其資源利用的試驗研究結(jié)果，形成漿渣和斜網(wǎng)污泥再生造紙、初沉污泥和生化污泥調(diào)理等兩項技術(shù)，通過產(chǎn)能耦合，構(gòu)建了造紙污泥循環(huán)利用技術(shù)模式。浙江景興紙業(yè)股份有限公司利用這一技術(shù)模式，利用企業(yè)產(chǎn)生的廢漿渣和斜網(wǎng)污泥進(jìn)行再生造紙，生產(chǎn)高密度紗管紙。此項目于2018年8月16日通過竣工驗收，自投產(chǎn)以來，截至2019年12月31日，累計利用廢漿渣43306噸（絕干量）、斜網(wǎng)污泥12296噸（絕干量）、生產(chǎn)紗管紙153700噸，實現(xiàn)產(chǎn)值4.15億元，得到了企業(yè)的高度肯定。
浙江省環(huán)科院利用水專項“印染廢水深度處理與回用集成技術(shù)研究”成果和在印染等工業(yè)廢水污染控制方面的長期技術(shù)積累，為工業(yè)企業(yè)的廢水處理和回用需求提供技術(shù)咨詢。據(jù)統(tǒng)計，自2017年以來，為浙江萊美紡織印染科技有限公司、煤山鎮(zhèn)紡織企業(yè)等7家企業(yè)提供了廢水處理和回用技術(shù)咨詢，累計處理廢水量達(dá)到71312m3/d。
為水環(huán)境管理提供技術(shù)保障
浙江省環(huán)科院以水專項研究成果為依托，協(xié)助浙江省治水辦，編制完成《浙江省污水零直排區(qū)建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范匯編》和《浙江省污水零直排縣（市、區(qū)）建設(shè)方案》（初稿），開展黑臭水體排查現(xiàn)場服務(wù)，編寫完成臺州、紹興及溫州3市的《浙江省建成區(qū)黑臭水體整治情況督查報告》；協(xié)助完成杭州、湖州、嘉興、紹興等地工業(yè)園區(qū)污水零直排建設(shè)投資情況現(xiàn)場調(diào)研；完成杭州、溫州、紹興等6市建成區(qū)黑臭水體自查報告審核，并形成“審查意見”反饋地方整改。
浙江省環(huán)科院以水專項研究思路（問題診斷→技術(shù)研發(fā)→推廣應(yīng)用）為引領(lǐng)，協(xié)助浙江省生態(tài)環(huán)境廳水處編寫完成《浙江省長江保護(hù)修復(fù)攻堅戰(zhàn)實施方案》《浙江省長江經(jīng)濟(jì)帶化工產(chǎn)業(yè)整治提升污染防治工作方案》《浙江省長江保護(hù)修復(fù)攻堅戰(zhàn)實施方案》工業(yè)與船舶污染控制部分、《浙江省工業(yè)園區(qū)污水處理設(shè)施整治實施方案》以及《浙江省河湖生態(tài)緩沖帶建設(shè)的調(diào)研報告》等，協(xié)助開展浙江省水污染防治“十四五”規(guī)劃及浙江省飲用水水源地環(huán)境保護(hù)“十四五”規(guī)劃編制研究。
浙江省環(huán)科院以水專項研發(fā)培養(yǎng)隊伍為骨干，協(xié)助省生態(tài)環(huán)境廳督察處開展全省的督察工作。2019年4月先后委派技術(shù)骨干赴紹興、溫州地區(qū)開展浙江省生態(tài)環(huán)保督察，工作得到了省生態(tài)環(huán)境廳副廳長張培國表揚(yáng)；同年5月，參加了浙江省生態(tài)環(huán)保督察麗水地區(qū)“回頭看”技術(shù)服務(wù)，參與編寫督察報告。協(xié)助省生態(tài)環(huán)境廳執(zhí)法處，駐點南京現(xiàn)場開展長江經(jīng)濟(jì)帶入江排污口調(diào)查，主要包括取樣分析快檢，拉網(wǎng)式排查等，共登記排查排放口52個，排查面積約20km2；協(xié)助核查浙江衛(wèi)視《今日聚焦》曝光三門縣方山碼頭建材廠超標(biāo)污水直排大海、善岙蔣國控斷面水質(zhì)總磷超標(biāo)等問題，提出相關(guān)整改意見。
為企業(yè)“走出去”提供技術(shù)服務(wù)
浙江景興紙業(yè)股份有限公司為響應(yīng)國家“一帶一路”的倡議，解決進(jìn)口原料困境和突破規(guī)模瓶頸，擬在馬來西亞東海岸雪蘭莪州投資80萬噸廢紙漿板、60萬噸包裝原紙項目，課題組為這個項目提供了環(huán)保技術(shù)支撐，前期前往馬來西亞，為擬建場址選擇提供環(huán)保咨詢意見，參與了環(huán)境影響評價和廢水處理工程設(shè)計等，并將課題組的水專項研發(fā)成果“造紙廢水資源化利用成套技術(shù)”與項目設(shè)計單位溝通，把水污染物綜合減控技術(shù)路線全面融入項目設(shè)計中，實現(xiàn)了造紙廢水、污泥、生物質(zhì)能的循環(huán)利用，大大提高了項目的資源利用效率，最大限度減少了污染物的排放量，為項目的成功奠定了扎實基礎(chǔ)。
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