水专项搭台—水环境设施提质增效之路越走越宽
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国家重大科技专项“苏州区域水质提升与水生态安全保障技术及综合示范项目”（2017ZX07205），由清华大学牵头，组成包含苏州科技大学等16家参与单位的科技攻关团队，开展望虞河东岸水设施功能提升与全系统调控、胥口湾水源地水生态健康提升与水质保障、河道水环境品质提升与水生态健康维系技术及示范研究，为江苏省苏州市实现良性水循环和健康水生态提供技术支撑。
步入环境治理转型期的苏州市，其水环境治理面临着如何评价、提升和监管各类水污染治理设施的运行效能及其生态安全的重大科技需求。针对苏州市水环境问题及需求，水专项课题《望虞河东岸水设施功能提升与全系统调控技术及示范》应运而生。课题以水生态安全保障为宗旨，面向工业废水处理厂、城市污水处理厂、排水管网等多类关键设施开展了深入的研究，形成了多项标准及技术指南并开展工程示范与应用推广，有力促进了水生态安全保障及水设施提质增效技术的体系化、规范化发展，为全面提升太湖流域水生态安全和水设施运行水平提供了可复制、可推广的案例。
多原理协同、多屏障控制，实现印染废水深度净化与高效脱毒
苏州市是我国著名的丝绸之府和纺织之乡，纺织印染行业十分发达。为了实现人民对美好生活和绿水青山的向往，苏州市致力于打造水清岸绿、鱼翔浅底的水环境，对工业废水毒害污染物高标准控制与毒性风险削减提出了更高的要求。课题组针对这些需求，研发了印染废水毒害污染物与毒性多屏障控制组合技术，在苏州市吴江区联合污水处理厂实现了工程应用，处理能力达4.5万m3/d。在出水生态安全评估系统中，鱼、水兰、水榕等多种生态位水生生物作为“生态哨兵”繁殖生长，指示着出水生态安全性，为受纳水体生态健康提供了有力保障。
研究成果还成功应用于苏州市永前、南宵、丝绸、翔龙等4个工业污水处理厂提标改造工程（总处理能力7.8万m3/d）。相关工程通过应用本课题研发的生物/活性炭强化脱毒、混凝絮体优化脱毒等技术，保障了出水COD≤50 mg/L、氨氮≤4 mg/L、总氮≤12mg/L、总磷≤0.5mg/L、锑≤20 μg/L，实现了出水毒性的削减和控制，稳定满足江苏省地方标准和苏州市太浦河流域管控要求，助力区域受纳水体环境质量不断改善。
江苏省重大项目“吴江纺织循环经济产业园环保提升工程—印染废水处理及中水回用工程”方案确定和工程建设中应用了课题组的研究成果，通过生物强化脱毒、催化氧化与混凝絮体优化再利用脱毒、达标尾水深度脱毒功能型湿地等措施的有机结合，将实现印染废水的高标准净化与高效利用，预计出水COD≤40 mg/L、氨氮≤3 mg/L、锑≤20 μg/L，为工业点源水质安全与水环境质量提供了保障。
课题组在研究过程中，掌握了印染企业纳管废水及污水处理厂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处理性特征，提出了印染废水毒害污染物控制的技术途径。相关研究成果为国家标准《纺织工业水污染物排放标准》（征求意见稿）等重要标准的制定提供了基础性支撑，为印染废水毒害污染物高标准控制与毒性风险管控提供了重要依据，推动流域水环境与水生态保护向鱼游虾嬉方向发展。
全流程节能降耗，助力污水处理厂高质量运行
针对污水处理厂出水标准提高和节能降耗需求，根据A2O和交替式两种典型工艺的运行特点，研发了A2O和交替式两种典型工艺的污水处理厂数字化全流程节能降耗优化运行成套技术，通过智能曝气、智能回流和智能加药功能模块实现了按需供氧、集约加药、精准回流等目标，推动了污水处理厂数字化发展进程。成套技术不仅适用于已建污水处理厂的升级改造，也可用于新建污水处理厂的设计、建设和运行，具有广阔的市场前景。
两项成套技术在苏州市福星污水处理厂（A2O和交替式工艺的设计规模分别为6万m3/d和12万m3/d）进行了工程示范，结果表明，成套技术有效提高了生物段脱氮除磷能力，在系统出水满足苏州市高标准限制排放标准的前提下，单位耗氧污染物电耗明显降低，年节省电耗
98.9万kWh；化学除磷药剂总体下降，年节省药剂691t；具有明显的环境效益和经济效益。
在此成果的基础上，编制完成了并被苏州市排水管理处采纳的《A2O污水处理工艺数字化优化技术指南》和《交替式污水处理工艺数字化优化技术指南》，其中A2O数字化技术在中国给水排水协会立项为团体标准。指南和标准的实施为解决污水处理厂普遍存在的出水标准要求提高和节能降耗的矛盾提供了技术支撑。
智能算法迭代更新，实现网站厂一体化调控
课题组研发的城市排水系统智能调控算法，在“十二五”水专项中已有初步应用。课题组在昆明市北片区实现了雨污调蓄系统联动控制，在31.35平方公里的案例排水片区，通过7座调蓄池（共计7万立方米调蓄空间）的联动控制，相较于现状削减溢流量16.6%~37.3%，削减溢流污染负荷8.5%~12.2%。
通过“十三五”苏州市水专项搭建的平台和资金支持，课题组在之前研发的城市排水系统智能调控算法基础之上综合运用排水管网机理模型、长短时记忆网络模型、管网片区均匀填充算法、模糊控制算法，实时优化漫溢量、能耗、鲁棒性等控制目标，实现排水管网运行参数、泵站控制时序、污水处理厂进水负荷的同步优化，进而实现了网站厂一体化调控。在苏州市42.1平方公里的福星排水片区，通过对排水管网存储空间、17座泵站和一座污水处理厂的一体化调控，实现了降雨初期高浓度污水的有效收集和高效处理，这项研究成果在苏州市供排水一体化管理平台业务化运行后，相较于应用之前，全系统新增COD污染负荷削减11.7%以上。
在水专项平台的坚实支撑下，新技术新方法新工具新标准不断涌现，课题成果显现出重要价值和积极示范效应，所产出的水设施功能提升和水系统调控技术，技术内涵不断深化，推广范围日益宽广，水环境设施提质增效之路越走越顺。
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