沙巴体育-六位院士分析環保產業,堪稱環保領域智力含量最為密集的一堂大課

日期:2019-04-02 19:43:39 作者:沙巴体育

圍繞水、氣、土三場污染防治攻堅戰,郝吉明、曲久沙巴体育輝、彭永臻、賀泓、劉文清、李廣賀六位院士、專傢分享瞭大氣污染防治、水污染治理技術創新、生物脫氮除磷、柴油車污染控制和大氣環境監測、場地污染控制與修復等領域的政策分析、技術進展和產業判斷,堪稱環保領域智力含量最為密集的一堂大課。

一、郝吉明:打贏藍天保衛戰關鍵性挑戰在哪裡?

中國工程院院士、實驗室學術委員會副主任、清華大學分室教授 郝吉明

回顧過去5年大氣治理工作,郝吉明感受頗深:“大氣十條實施以來,大氣污染領域實現瞭一系列的歷史性變革,解決瞭許多沙巴体育長期想解決而沒有解決的問題。”

在總結回顧過去5年的工作脈絡後,他特別分析瞭打贏藍天保衛戰的挑戰,並提出中肯建議。郝吉明說,首先,必須清醒地認識到,PM2.5防治剛剛走出第一步,依然任重道遠;其次,治理的渠道成效總是先易後難。空氣質量管理進入瞭PM2.5和臭氧協同防治的深水區。

第三,產業能源和交通結構的調整,是一個長期系統的工程,還需要時間。此外,繼續提升科技服務能力,構建精細化的大氣環境管理治理體系,還需要花更大力氣。“科技引領,在科技上花更大投入,取得更多的進展,是持續支撐科技治霾的必然條件。”

郝吉明建議,要繼續鞏固深化大氣污染防治的成果,同時進一步擴大治理區域,在京津冀、長三角、珠三角之外,建議加上川渝地區、汾渭平原、長江中央城市群新三區。在優化能源、產業和交通結構調整上,要考慮如何優化鐵路、公路、水運相結合的運輸體系。

對於“十三五”國傢減排工程的推進,他認為,清潔柴油車、非電行業污染控制、VOCs減排等是非常需要的。特別是針對氮氧化物和VOCs兩類污染物。

郝吉明在發言中特別強調要加強科技支撐和能力建設。目前在大氣科技支撐和能力建設方面,還缺少統一規劃,缺少頂層設計;空氣質量標準沙巴体育科學性和匹配性有待改善;如何建立基於大數據的科學決策平臺,還有很多挑戰。

他最後表示,總體上,我們大氣治理的方向是正確的,執行和保障是有利的。還要繼續總結經驗,堅持不懈努力,一個戰役接著一個戰役的打。“相信到2050年我們基本達到世界衛生組織指導值是非常有希望的!”。

二、曲久輝:哪些水污染治理技術代表未來?

中國工程院院士、實驗室學術委員會主任、中國科學院生態環境研究中心研究員 曲久輝

“治理水污染,改善水環境,保障水安全,這種需求導向跟我們水技術的創新驅動結合在一起”。曲久輝在發言中指出,中國水污染治理產業已經到瞭關鍵時期,技術到瞭革命時期,產業和技術融合必然是大勢所趨。

“期待環保企業傢都有創新的情懷和智慧,創新一定會成為產業的命脈和未來。”曲久輝提出,產業需求與技術融通任重道遠,企業要在其中發揮創新主體的角色,要做到自覺創新和驅動創新相融合,自發創新和規劃創新相融合,自己創新和合作創新相融合,自主創新和引進創新相結合。

未來水處理行業的核心技術是什麼?對此,他表示,水污染治理生物技術以及關鍵設備將排在首位。生物科學發展會支撐水污染治理產業,而生物技術往往要和材料技術和信息技術協同,生物、材料、信息三個技術融合可能是我們水污染治理發展的重要方向。

第二,新材料是未來水處理支柱型產業。新材料改善水污染處理中生物反應,強化物理和化學反應,同樣它也會成為綠色過程新的載體和方向。污水處理的資源化、能源化,也要依賴於新材料。

第三,水污染治理還要強調生態。從生態系統響應變化和生態系統風險控制角度研究水污染處理的關鍵技術和設施。一些綠色技術,比如低能耗、低藥耗的技術,不加藥、少加藥,安全和簡捷的技術。

第四,能夠改善甚至改變能源渠道的技術。核心問題應該是太陽能利用,這也依賴於新材料開發,環保產業應該在這方面加大投入力度和對產業未來佈局的支撐。

三、賀泓:柴油車污染控制技術與產業如何應對國六挑戰?

中國工程院院士、中國科學院生態環境研究中心分室研究員 賀泓

“中型柴油車是我們機動車污染控制中的重中之重”。賀泓說,我們雖然現在面臨電動化大的國際趨勢,但在未來相當長的時間裡,柴油機仍然是我們公路運輸業主要的動力來源。這幾年污染控制標準是在快速的提升過程中,給科研、產業界帶來瞭很大的壓力,很有緊迫感。

據他介紹,目前技術和產業面臨最大的挑戰是國六(國傢第六階段機動車污染物排放標準)。從排放來看,已經接近零排放,實現難度非常大;國六還第一次提出整車排放控制,加長瞭行駛裡程的要求,是非常嚴峻的挑戰。

挑戰之一是DPF和SCR技術融合以後,對SCR催化劑帶來的熱沖擊。CU基小孔分子篩這種耐高溫材料非常昂貴,一噸幾十萬美元。我們跟浙江大學合作提出一步法合成,把成本降低1/5,在熱穩定性上略有一點差距,這個很快也能克服。

除瞭在載體上取得瞭突破,在薄壁模具制造上也挑戰國際最先進水平,馬上可以量產;在設計上對DPF進行改進,盡量減少再生次數,減少熱沖擊,節省燃料,在研制新型非對稱模具上也突破難關,可以實現量產。

最大的挑戰是發動機。賀泓說,我們在滿足國四標準的技術上取得瞭很大成就,後處理系統占據市場主流,半壁江山以上是國產技術。到國六階段發現一個“卡脖子”的技術問題。

他解釋說,國六階段,後處理系統重要性進一步的上升,要跟發動機系統緊密耦合成一個體系,不僅僅要讀取數據,還要相互制約。根據我們排放法規的要求,後處理系統要向發動機發指令,發現做不到。“我們引進的發動機是不完全的引進,可以生產制造,但是控制原代碼不向我們開放,沒法改進。以前我們不太關心,現在必須關心,否則後處理系統跟它配不上,在國六階段我們必須突破這個瓶頸。”

四、劉文清:環境監測技術設備發展方向有哪些?

中國工程院院士、實驗室學術委員會委員、中國科學院合肥物質科學研究院安徽光機所研究員 劉文清

“所有的環境管理都是建立在準確的測量基礎上,大氣環境監測技術是認識、理解和最終解決大氣污染問題的關鍵。”劉文清在發言中表示,我國在監測技術領域實現進行瞭長足的發展,但還存在非常大的提升空間。

他認為,可靠性應該是國產儀器競爭的核心所在。“談性能指標,我們跟國沙巴体育外差距並不是很大,問題就是可靠性,就是平均故障發生間隔時間。如果我們能夠解決可靠性問題,就可以在儀器水平上縮小差距。”與此同時,硬件具備、數據拿到以後,怎麼樣分析也是挑戰。分析的方法和軟件,是發達國際監測行業的核心內容。

劉文清認為,監測技術領域下一個方向是“互聯網+”,推動互聯網加智慧環保。另一個方向是更高的精度,更大的范圍,更加實用小型化等方面。對於影響國傢環境安全、涉及重大國際環境問題和履約環境戰略的領域,國傢急需用監測數據支撐;另外生態環境改善、人體健康、可持續發展涉及的環境監測技術和系統開發,還有基載、機載、環載和星載平臺的環境監測技術與系統研發,都是未來發展的重點。

劉文清說,實際上至今沒有一個單一的技術滿足衡量污染物監測的多種需求,每種技術都有特點和限制,不同的監測平臺,實際上都有各自的優缺點。要發展更高的精度,更多成分,更大范圍,更實用的多平臺環境監測技術,才能滿足變化的環境需求。

五、李廣賀:場地修復產業如何應對面向未來的全面提升?

清華大學分室教授 李廣賀

李廣賀在演講中表示,場地污染修復已經是發展最快的環保產業板塊,不過和國外先進成熟產業形態,還有不少差距:技術裝備研發能力和自主核心技術與發達國傢有非常大的差距,修復市場核心技術裝備材料基本上以進口為主;國外處於技術應用階段,我們處於技術研發階段;我們仍然是粗放聯合的技術為主,發達國傢進入到原位和聯合修復為主的方式。

針對整個場地修復科技和產業發展方向,他表示有一些發展方向值得關註,包括生態環境和健康安全、風險管理、系統監管、大數據監控網絡構建、資源化安全利用等方面,為我們科技發展提供瞭相應思路。

在核心技術和裝備層面,設備化是未來的重要發展方向,尤其是成套重大裝備工程化應用要有非常大的提升。包括原位勘探、高精度監測、快速探測和智能化修復,物聯網、大數據將在土壤污染防治和監管方面發揮重大作用。

李廣賀說,土壤修復產業未來發展一定是全產業鏈,不是小而全的過程,要形成工程咨詢、材料生產、裝備加工、工程修復、工程監理完整的產業結構和產業鏈,要有前瞻性、原創性和戰略性裝備研發。

總體上來講,場地修復行業應該逐漸進入到中期發展階段,標志性指標應該包括:完整的技術和理論體系,完善的技術標準,技術設備和材料的工程化應用,規范化實施;研發技術的轉化率要達到50%到60%,現在隻有10%到20%左右;有一批污染防治標志性工程,推動和促進科技研發和產業發展。

六、彭永臻:新型生物脫氮除磷能否解決污水處理瓶頸?

中國工程院院士、實驗室學術委員會委員、北京工業大學教授 彭永臻

現在城市污水處理有兩大難題。第一污水脫氮除磷難。第二污水處理廠的優化和節能降耗。因為城市污水運營費用非常高,節能降耗是永恒的主題。另外隨著中國污水處理率的提高,黑臭水體的解決,氮磷超標排放日益嚴重,導致風險化日益普遍。風險化成為全球性的水污染問題。可以說脫氮除磷成為當今污水處理領域的重大問題,特別是城市污水。

我們國傢水污染中脫氮除磷存在的問題。我國大多數的污水處理廠都沒有達到一級A的排放標準,其中瓶頸問題是總氮沒有達標。我國的污水處理標準過嚴瞭,不是這樣,達到一級A的標準,仍然遏制不瞭富營養化的蔓延。我國應該針對敏感水環境區域制定更加嚴格的標準。太湖、環渤海周邊等要制定嚴於國傢一級A標準的排放。

還有另外一種情況,有些地區流域真沒有必要到一級A的標準。臺灣不用搞脫氮除磷,臺灣周邊是公海,排點氮磷往海裡一放,給海裡增加到富營養化物質。黑龍江往往沒有必要脫氮除磷。還有一些區域實際上也沒有富營養化,從來沒有聽說特別大的河流有富營養化的問題。富營養化有幾個條件,氮磷、溫度、陽光、擾動,因此標準該嚴的嚴,該松的松。

下面是比較具體,第二個問題傳統污水生物處理工藝和問題。從全世界來看,在兩個世紀有固體沉淀,處理城市污水的懸浮物,上世紀20年代初,我記得上學到上海參加污水處理廠特別驚訝,20年代在上海建立一個活性污泥法污水處理廠。上世紀70、80年代,全世界脫氮除磷,富營養化在全世界爆發瞭。隨著BOD、脫氮除磷,使污水處理工藝越來越復雜,帶來很多技術問題,處理工程,包括機械儀表處理問題。脫氮除磷的問題納入處理流程之外,提出瞭非常多的科學問題。

再看看脫氮除磷的大問題,污水除磷可以通過生物除磷和化學除磷。污水脫氮,隻有生物脫氮才是最經濟有效的,而且對於城市污水來講是唯一的,不僅是經濟有效而且是唯一的方法,到現在還沒有聽說哪個城市污水處理廠不用生物脫氮。原因是什麼?混凝沉淀不能去除微濾、納濾口徑,區別不瞭水分子大小,隻有反滲透才能區別水分子大小。反滲透處理是中水,對於城市污水處理來講生物脫氮是唯一選擇的。

城市污水總氮代表是關鍵難點。

生物脫氮反兩步,第一個硝化,第二個反硝化。一個電子供體,一個是電子受體,水中氨氮和有機氮從污水處理分離出來完成脫氮的問題,一個需要氧氣,一個需要有機碳源,這是關鍵點。

生物除磷,有除磷微生物和菌,沒有氧的條件下,把磷從細胞中釋放出來,可以使水中磷從3每升毫克達到幾十毫克,在耗氧和曝氣過程中,把水中磷聚集在細胞中,攝取磷,而且是過量的,把含有磷的污泥排除污水處理系統就完成瞭處理,就是這樣簡單。

這是我們用的工藝AN/O除磷工藝,釋放出磷,然後曝氣、好氧,然後沉淀池,然後處理水。還有反硝化反應器缺氧然後到硝化反應器好氧,然後到沉淀池,到處理水。這個兩個結合起來既除磷又脫氮,厭氧、缺氧和好氧。對小型的污水處理廠應用廣泛的是序批式活性污泥法,小於5萬噸的經常用這樣一種工藝。

我們看到什麼問題,無論對A/O都存在這樣的問題。缺氧,有機物進來這個是氨氮,缺氧池沒有變化,在好氧池,此消彼漲形成硝態氮,用有機物還原硝態氮。回流中的硝階氮和出水的硝階氮相同,因為他們都來源於這個地方,就是說出水和回流污泥和剩餘污泥中硝階氮、氨氮、總氨是一樣的,這種工藝很難徹底深度的脫氮。

有一種工藝是分段進水,把A/O分成四段,假定硝化能夠100%,反硝化100%充分的。如果分成四段,進沙巴体育入第一段原水和有機物,把回流污泥的硝態氮還原,回流污泥假設100%,回流污泥量等於進水量,把總氨去掉瞭,第一段產生的而第二段還原瞭,第三段被第四段水有機物還原掉瞭,前三段總氮全部被去掉,隻有第四段的氨氮被氧化產生硝態氮,才能隨出水流出。第四段有污泥回流比100%,第四段有一半的總氮可以去掉,這個工藝去掉1/8的總氮。但是這四段比較繁瑣,我們經常用三段,這個工藝可以完成深度脫氮。三段可以去掉6/5總氮。如果進水總氮30,出水氮達到5。它還有一個優點,微生物濃度非常高,第一段回流污泥濃度被1/3的水稀釋,因此污泥濃度比較高。

ICEAS工藝是我們國傢用的比較多的工藝,可以說80%的ICEAS都按照這樣一個工藝,下面的模式在運行。這個是攪拌。這個表示曝氣,這個表示沉淀,這個表示進水,但是進貫穿始終,說明什麼?說明在曝氣階段,一邊曝氣一邊進水,我們國傢脫氮的重大障礙就是缺少碳源,有機物濃度比較低,氨氮總氮比較高,反應的時候沒有碳源,往往加碳源。三小時一邊曝氣一邊進水,用珍貴能源,曝氣需要能源,去除瞭可貴的碳源,因此既浪費瞭能量又把有機物去掉瞭。

把進水在攪拌進水中進,曝氣中不進,不僅可以大量節省碳源,提高效率,而且節能降耗,有機物不需要能量去除,用反應化去除,幾個工程實踐都收到很好的效果。我國現在的ICEAS幾乎用我說的剛才模式運行。

第三個新型生物脫氮除磷技術。有一種技術叫做短程硝化。剛才說瞭什麼是硝化反硝化,特別城市污水中90%以氨氮形式出現的總氮,還有一部分有機氮,有機氮一曝氣就轉化成氨氮瞭,氨氮經過曝氣變成硝態氮,有機碳源作用下,這時候不曝氣瞭,變為氮氣,完成脫氮的過程,氮氣可以去除。短程硝化過程簡捷。亞硝酸氮這個過程減少瞭曝氣量,這個過程減少瞭外加碳源,減少20%氧氣,減少20%二氧化碳的釋放等等。它為實現厭氧提供瞭底物。

全世界包括中國在內,全世界污水處理廠都沒有實現短程硝化,有的僅僅一部分。這是我們學校的中試基地,實現瞭三年短程硝化,而且規模比較大一點。

剛才我說瞭除磷的基本原理,厭氧、吸磷、放磷,放磷在耗氧狀態下吸收磷,然後把污泥排出處理。反硝化除磷,這個過程既完成反硝化又完成瞭磷的吸收,一個碳源兩用。我們把含有富有磷的污泥排除系統完成瞭污水生物處理。

在生物脫氮過程當中需要水污染被還原成氮氣,除磷也是這樣,反硝化和除磷過程這兩個過程可以同時完成,減少能源、生物量、減少氧等等優點。

最近開發瞭A2O-BAF同步脫氮除磷,就是反硝化除磷。這個曝氣占2/9,BAF完成硝化,意味著提供大量的硝態氮進入蓄養池,跟污泥結合在一起,不想讓它反硝化除磷都很難,沒有給它反應條件,沒有氧給電子受體,隻給硝態氮,占整個反應器的2/3,這裡完成瞭反硝化除磷。

厭氧氨氧化脫氮技術。奧地利Broda從熱力學角度,預言存在。荷蘭MULDER生物流化床首次發現。第一座ANAMMOX反應器建立於荷蘭鹿特丹。

我們看看厭氧氨氧化,有機氮變為氨氮叫做氨化,氨氮需要氧需要生物參與,氧化為亞硝態氮。逐步經過幾個步驟還原為氮氣,完成污水處理脫氮。20年之前人們認為氮循環隻能沿著這樣一個過程。

厭氧氨氧化怎麼樣?厭氧氨氧化就是發現厭氧氨氧化微生物一種細菌。把氨氮的一部分可以說60%氧化為亞硝,用亞硝氧化氨氮,必須有厭氧氨氧化的推進。有將近一半的氨氮不用動就被氧化為氮氣。一半多一點被氧化為亞硝態氮厭氧氨氧化。全世界生活污水主流依然按照這個過程脫氮,這還有生物固氮。全世界都在研究城市污水處理包括工業污水,能不能這樣脫氮。由於高氨氮的廢水,垃圾滲濾液等完成瞭工程化應用。城市污水處理還沒有實現這樣一種工藝。而且這個工藝有什麼好處?很少有氧化氮的產生。

我們可以看到這些完全一部分氨氮沒有必要好氧再用反硝化。一部分氨氮不需要經過下一步到這就完瞭,因此可以節省碳源、能源、節省有機物100%、節省曝氣量60%、溫室氣體小。這是厭氧氨氧化的發展歷程,現在工業上應用,有瞭很多實際工程應用。

全世界比較著名的奧地利STRASS污水處理廠,沒有實現主流厭氧氨氧化,但是實現瞭厭氧氨氧化處理污泥消化液的應用。污泥液氧發酵的消化液進行厭氧處理,實現瞭。這是北排搞得厭氧氨氧化的工程。

這是新加坡樟宜污水處理廠實現瞭部分厭氧氨氧化的脫氮。

國內也發現瞭厭氧氨氧化的部分,大大提高效率。厭氧氨氧化瓶頸是短程硝化很難實現,短程硝化一旦實現,厭氧氨氧化比較好實現。我們發明的技術短程反硝化耦合厭氧氨氧化。部分氨氮演化成硝態氮還原成亞硝態氮,對工業富水中本來有很多硝態氮,可以把它還原為亞硝,和城市污水同步處理。如果含有兩千毫升的氨氮經過厭氧氨氧化處理,產生220毫升的硝態氮也很高,厭氧氨氧化用短程反硝化也是非常好。短程反硝化就是把硝態氮還原成亞硝,不是還原成氮氣的過程。

比如說一個污水處理廠短程硝化很難,我們讓它全程硝化,有機物沒有瞭,把氨氮硝化成亞硝,我們硝化成硝態氮,把這個水回流過來和原水混合,這裡有硝態氮、氨氮和有機物,把這裡硝態氮還原成亞硝,自然和水中氨氮產生反應。

我們看一看,這是傳統的硝化反硝化的過程。這是短程硝化耦合厭氧氨氧化最艱難的過程。如果是短程反硝化耦合厭氧氨氧化,把氨氮全部硝化成硝態氮,也是很難的。短程硝化耦合厭氧氨氧化,僅僅把部分氨氮轉化為亞硝,完全不用有機物,節省100%的碳源。

厭氧氨氧化處理城市污水的展望。主要存在三個瓶頸,第一個低氨氮。城市污水氨氮非常低。產業化應用都是高氨氮的廢水,少則一千,多則幾千,每升毫克的氨氮,包括高濃度的工業廢水,低氨氮的很難實現。

第二個低溫。城市污水溫度隨季節變化,常常在20攝氏度以下,因此很難達到30度,因此對厭氧氨氧化應用產生非常大的障礙。

第三個厭氧氨氧化富集非常慢,氨氮濃度低於,城市污水量大,少則幾萬噸,多則幾十萬噸,主流污水利用厭氧氨氧化困難也比較大,三個瓶頸阻礙厭氧氨氧化在主流城市污水中的應用與發展。

今後展望,可以在城市污水強化部分厭氧氨氧化,部分厭氧氨氧化也是相當節能或者降耗,節省碳源。第二個也可以考慮污泥發酵作為碳源實現短程反硝化和厭氧氨氧化結合。

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