水污染控制系統

水污染控制系統是由污染物的產生、排出、輸送、處理到水體中遷移轉化等各種過程和影響因素所組成的水質污染及其控制系統。該系統的性能與功效主要表現為水質狀況及其社會影響，同時也表現在控制污染措施的技術經濟效應上。各個過程及其影響因素對該系統的總體功能效應都產生其一定影響。

基本介紹

• 中文名：水污染控制系統
• 屬於：產生、排出、輸送
• 產生：其一定影響
• 控制：污染措施的技術經濟效應上

系統規劃

水污染控制系統規劃是對一個城市（或區域）水系環境系統工程的方法制定污染控制系統的最佳化規劃。其主要內容是： 以國家頒布的法規與標準為基本依據，以環境保護科學技術和地區經濟發展規劃為指導，以區域水污染控制系統的最佳綜合效益為目標，最佳適用防治技術為對策措施群，統籌考慮污染源發生—防治—排污體制—污水處理—水質質量及其與經濟發展、技術改進和加強管理之間的關係，進行系統的調查、監測、評價、預測、模擬和最佳化決策，尋求整體最佳化的近、遠期污染控制規劃方案。

水污染控制系統-污水處理設備

對水污染控制系統規劃的類型可分為以下兩類：1、優水質規劃，包括排污口最小削減量規劃、排污口最最佳化處理規劃、最最佳化均勻處理規劃、區域污水輸送和處理的最最佳化規劃；2、水污染控制的多方案模擬最佳化規劃。後者是較為實用有效的區域水污染控制系統規劃方法。

基本思想

“在國家或地方要求的監測點斷面上，以使水質達到某種標準為總目標(如環保標準、用水標準等)，公平合理地確定有關各污染源的最大排污量和排放濃度，同時充分考慮各污染源和自然降解能力的合理利用權利。”

水污染控制系統-監控系統

從上述基本思想可以看出，水污染控制不是簡單地要求每個污染源按國際或國家環保標準進行達標排放；也不是象總量控制理論和方法那樣，給每個污染源分配一個水環境容量資源，要求它們的排污總量不超過所分配的容量標準；而是要求在若干監測點斷面上使水質達到國際或國家要求的某種標準。由這種選定斷面上的水質標準，來合理地確定各個污染源的限定排污量和排污濃度。

因此，水污染控制與總量控制和系統規劃不是矛盾的和衝突的，而是總量控制和系統規劃的補充。水污染控制能有效地將水污染總量控制落實到各個污染源，公平合理地將水污染控制總量分配給應該進行污染控制的每一個污染源。所以，可以說水污染控制在巨觀的總量控制、系統規劃與微觀的各污染源具體控制量之間搭起了一座橋樑。由於水污染控制充分考慮了各污染源合理利用環境自然降解能力的權利，並且不要求每個污染源能達標排放，因為完全的達標排放，在現有的社會經濟發展階段是很難做到的，同時也不是經濟的。所以，從經濟角度看，水污染協同控制還是使監測點斷面水質達到國家標準的經濟有效的水污染控制理論和方法。

基本原則

協同控制原則

在各污染源都按照水污染協同控制理論和模型所確定的污水排放量和排放濃度控制污水排放時，河流的水質在國家或地方設定的監測點斷面上將達到國家與地方要求的相關標準(如用水要求或環保標準等)。

水污染控制系統-處理系統

個體合理性原則

由水污染協同控制理論和模型所確定的各污染源應該控制的污水排放量和排放濃度，是根據各污染源對污染的貢獻和考慮了其對自然降解能力的合理利用權利來確定的。

重污染源重點控制原則

由水污染協同控制理論和模型所確定的各污染源污水排放量和排放濃度，將保證重污染源得到重點控制。即超標濃度貢獻(排污量)大的污染源所要求控制的濃度貢獻量將不少於超標濃度貢獻(排污量)小的污染源所要求控制的濃度貢獻量，排放濃度高的污染源所要求控制的排污濃度不低於排放濃度較低的污染源所要求控制的排污濃度。

最大化原則

由水污染協同控制理論和模型所確定的各污染源的污水排放總量和排放濃度，是各污染源合作控制水污染，保證水質達到國家相關標準的最大允許排放量和排放濃度。

最小化原則

由水污染協同控制理論和模型所確定的各個污染源的污水排放量和排放濃度，對水質污染較輕或不對水質造成污染的輕污染源，有可能沒有減少排污控制量要求。

對等性原則

如果兩個污染源在集體中對監測點斷面上的污染影響相當，則由水污染協同控制理論和模型所確定的各污染源污水排放量和排放濃度，對於這兩個污染源而言，要求控制的排污影響將是相同的。

經濟效益原則

由水污染協同控制理論和模型所確定的污染源污水排放量和濃度，將要求排污時間較長、已通過污染而獲認大經濟效益的地區和污染源多控制污水排放量和排放濃度。

最優經濟治污原則

水污染協同控制理論和模型所確定的治理水污染方案，將從合作治理水污染的角度，以各污染源之間的效用轉移為基礎，實現最經濟的治理水污染目標。

根據上述原則建立的水污染控制系統理論和模型，將為水質按國家和地方以及環保要求，逐級分段達標，並將水污染的巨觀總量控制思想落實到具體的目標控制上，建立起一套公平合理的排污量控制分配機制。按照上述原則建立的水污染協同控制理論模型將具體地解決總量控制分配問題。

理論技術

城市污水和工業廢水是水體污染的主要污染源，有多種處理方法可供選擇，其中生物處理以其能耗省、運行費用低、實現污染物徹底無害化等諸多優點而被大多數城市污水處理廠作為首選；而工業廢水常含有有毒有害物質，需進行特定的處理。本研究方向發揮微生物學、化學、高分子化學、流體力學、運籌學等基礎學科優勢，長期在城市污水處理和工業污染防治領域進行探索與研究，形成以下研究理論技術：

水污染控制系統課程表設定圖

1、城市污水生物處理的理論和技術，包括：

1）生物脫氮除磷機理、以及胞內聚合物的合成與轉化機理的研究。首次弄清了胞內有機聚合物在好氧、無營養缺陷條件下胞內聚合物形成機理。承擔了國家自然科學基金等四項省部級以上研究課題，多篇研究論文被SCI、EI收錄。在此基礎上開發了“胞內碳源脫氮新工藝”，申請國家發明專利已公開。

2）高效、低耗城市污水常溫厭氧生物處理與新工藝開發。針對城市廢水生物處理工藝能耗高的問題，深入研究厭氧生物處理的機理，開發高效厭氧反應器，結合清潔能源的利用，較好地解決了厭氧反應器冬季運行的問題，開發出適用於低濃度城市廢水常溫處理新工藝，承擔國家“863計畫”二級子課題一項。

3）大型污水處理廠運行工況研究與最佳化。包括在實際生化過程中胞外有機聚合物形成機理與及其對處理效果的影響，新型處理構築物（如折流式沉澱池）的流態，新工藝（如三槽式氧化溝）工況特點及其運行周期最佳化等，開發出適用於中國城市污水處理廠工藝和進水條件的工藝模擬與最佳化軟體，實現污水處理廠新擴建或改造方案的理性決策，以及污水處理廠的長期有效、低成本和達標運行；污水處理回用技術和線上智慧型控制等。獲國家自然科學基金一項和大型污水處理廠的項目六項，解決了上海竹園污水處理廠（170萬 m3/d），上海石化股份公司水質淨化廠（170萬 m3/d），上海寶鋼（集團）公司等大型污水處理廠的實際運行問題。

水污染控制設備

4）分子生物學在生物處理工藝中的運用。利用分子生物學手段，分析生物脫氮除磷系統中硝化菌、反硝化菌，聚磷菌、聚糖菌等數量分布及作用；研究厭氧系統中降解有毒、有害有機物的菌屬，進行分離、純化，得到高效優勢菌種。從分子生物學的水平為生物脫氮、除磷機理，新型反應器的開發，指導大型污水處理廠的運行等提供理論支持。

2、工業廢水處理與資源化理論與技術，包括：

1）有毒、有害有機物的厭氧生物處理機理及新工藝開發。對常溫厭氧處理高濃度有毒、有害有機物，厭氧過程中的硫酸還原菌的作用等做深入研究，發表多篇SCI、EI收錄論文，並獲國家自然科學基金重點項目“硫酸還原菌中納米粒子的原位生成和還原過程中的協同作用”。

2）膜分離理論，耐污染、高效分離膜的製造及套用。先後承擔了國家自然科學基金項目“水在聚合物中的狀態及其同膜的分離性質”，以及上海市科委項目二項、市經委項目一項，發表多篇SCI、EI收錄的論文，獲多項發明專利。

3）污染治理過程中資源的綜合利用研究與套用，完成了中法國際合作項目“用滲透蒸發技術回收在污水中的揮發性有機物”，開發出“造紙黑液中提取絮凝劑、木質素的方法”等資源化技術，獲四項國家發明專利。

4）新型高分子處理藥劑的合成與套用。如含磷多元共聚物水處理劑的合成與套用，羧酸類接枝型高效減水劑的合成與分散機理等，獲多項發明專利，大量生產，並被上海寶鋼（集團）公司等大企業再生產中使用，產生良好的經濟效益。

作用意義

“水污染控制技術與治理工程”項目是中國“十五”期間設立的12個重大科技專項之一，為中國水污染控制系統取得了一系列重大突破：

水污染控制系統過程圖

在湖泊污染治理方面，突破了湖泊水源地水質綜合改善、重污染湖泊水體生態重建等湖泊污染治理關鍵技術，集成了湖泊面源污染控制等技術系統，初步形成了適合中國淺水型淡水湖泊的污染治理成套技術及治理方案。

在城市水環境質量改善方面，選擇11個典型城市開展城市水環境質量改善技術研究和綜合示範，已形成適合不同城市特色的城市水環境質量改善技術與管理方案。

在飲用水安全保障方面，針對中國南方、太湖流域和北方的原水水質特點，選擇多個城市開展飲用水安全保障技術研究，突破了飲用水原水水質改善、常規處理工藝強化、安全消毒等關鍵技術，初步形成了中國城市飲用水安全保障技術系統。

在物化生物水處理新技術研究方面，瞄準本領域的國際前沿以及中國在水污染防治方面的潛在技術需求，研製了一批具有自主智慧財產權的水污染控制功能材料和多個新型水處理反應器，一些產品開始大量出口。