水污染控制系统

水污染控制系统协同控制原则

在各污染源都按照水污染协同控制理论和模型所确定的污水排放量和排放浓度控制污水排放时，河流的水质在国家或地方设定的监测点断面上将达到国家与地方要求的相关标准(如用水要求或环保标准等)。

水污染控制系统个体合理性原则

由水污染协同控制理论和模型所确定的各污染源应该控制的污水排放量和排放浓度，是根据各污染源对污染的贡献和考虑了其对自然降解能力的合理利用权利来确定的。

水污染控制系统重污染源重点控制原则

由水污染协同控制理论和模型所确定的各污染源污水排放量和排放浓度，将保证重污染源得到重点控制。即超标浓度贡献(排污量)大的污染源所要求控制的浓度贡献量将不少于超标浓度贡献(排污量)小的污染源所要求控制的浓度贡献量，排放浓度高的污染源所要求控制的排污浓度不低于排放浓度较低的污染源所要求控制的排污浓度。

水污染控制系统最大化原则

由水污染协同控制理论和模型所确定的各污染源的污水排放总量和排放浓度，是各污染源合作控制水污染，保证水质达到国家相关标准的最大允许排放量和排放浓度。

水污染控制系统最小化原则

由水污染协同控制理论和模型所确定的各个污染源的污水排放量和排放浓度，对水质污染较轻或不对水质造成污染的轻污染源，有可能没有减少排污控制量要求。

水污染控制系统对等性原则

如果两个污染源在集体中对监测点断面上的污染影响相当，则由水污染协同控制理论和模型所确定的各污染源污水排放量和排放浓度，对于这两个污染源而言，要求控制的排污影响将是相同的。

水污染控制系统经济效益原则

由水污染协同控制理论和模型所确定的污染源污水排放量和浓度，将要求排污时间较长、已通过污染而获认大经济效益的地区和污染源多控制污水排放量和排放浓度。

水污染控制系统最优经济治污原则

水污染协同控制理论和模型所确定的治理水污染方案，将从合作治理水污染的角度，以各污染源之间的效用转移为基础，实现最经济的治理水污染目标。

根据上述原则建立的水污染控制系统理论和模型，将为水质按国家和地方以及环保要求，逐级分段达标，并将水污染的宏观总量控制思想落实到具体的目标控制上，建立起一套公平合理的排污量控制分配机制。按照上述原则建立的水污染协同控制理论模型将具体地解决总量控制分配问题。

城市污水和工业废水是水体污染的主要污染源，有多种处理方法可供选择，其中生物处理以其能耗省、运行费用低、实现污染物彻底无害化等诸多优点而被大多数城市污水处理厂作为首选；而工业废水常含有有毒有害物质，需进行特定的处理。本研究方向发挥微生物学、化学、高分子化学、流体力学、运筹学等基础学科优势，长期在城市污水处理和工业污染防治领域进行探索与研究，形成以下研究理论技术：

1、城市污水生物处理的理论和技术，包括：

1）生物脱氮除磷机理、以及胞内聚合物的合成与转化机理的研究。首次弄清了胞内有机聚合物在好氧、无营养缺陷条件下胞内聚合物形成机理。承担了国家自然科学基金等四项省部级以上研究课题，多篇研究论文被SCI、EI收录。在此基础上开发了“胞内碳源脱氮新工艺”，申请国家发明专利已公开。

2）高效、低耗城市污水常温厌氧生物处理与新工艺开发。针对城市废水生物处理工艺能耗高的问题，深入研究厌氧生物处理的机理，开发高效厌氧反应器，结合清洁能源的利用，较好地解决了厌氧反应器冬季运行的问题，开发出适用于低浓度城市废水常温处理新工艺，承担国家“863计划”二级子课题一项。

3）大型污水处理厂运行工况研究与优化。包括在实际生化过程中胞外有机聚合物形成机理与及其对处理效果的影响，新型处理构筑物（如折流式沉淀池）的流态，新工艺（如三槽式氧化沟）工况特点及其运行周期优化等，开发出适用于中国城市污水处理厂工艺和进水条件的工艺模拟与优化软件，实现污水处理厂新扩建或改造方案的理性决策，以及污水处理厂的长期有效、低成本和达标运行；污水处理回用技术和在线智能控制等。获国家自然科学基金一项和大型污水处理厂的项目六项，解决了上海竹园污水处理厂（170万 m3/d），上海石化股份公司水质净化厂（170万 m3/d），上海宝钢（集团）公司等大型污水处理厂的实际运行问题。

4）分子生物学在生物处理工艺中的运用。利用分子生物学手段，分析生物脱氮除磷系统中硝化菌、反硝化菌，聚磷菌、聚糖菌等数量分布及作用；研究厌氧系统中降解有毒、有害有机物的菌属，进行分离、纯化，得到高效优势菌种。从分子生物学的水平为生物脱氮、除磷机理，新型反应器的开发，指导大型污水处理厂的运行等提供理论支持。

2、工业废水处理与资源化理论与技术，包括：

1）有毒、有害有机物的厌氧生物处理机理及新工艺开发。对常温厌氧处理高浓度有毒、有害有机物，厌氧过程中的硫酸还原菌的作用等做深入研究，发表多篇SCI、EI收录论文，并获国家自然科学基金重点项目“硫酸还原菌中纳米粒子的原位生成和还原过程中的协同作用”。

2）膜分离理论，耐污染、高效分离膜的制造及应用。先后承担了国家自然科学基金项目“水在聚合物中的状态及其同膜的分离性质”，以及上海市科委项目二项、市经委项目一项，发表多篇SCI、EI收录的论文，获多项发明专利。

3）污染治理过程中资源的综合利用研究与应用，完成了中法国际合作项目“用渗透蒸发技术回收在污水中的挥发性有机物”，开发出“造纸黑液中提取絮凝剂、木质素的方法”等资源化技术，获四项国家发明专利。

4）新型高分子处理药剂的合成与应用。如含磷多元共聚物水处理剂的合成与应用，羧酸类接枝型高效减水剂的合成与分散机理等，获多项发明专利，大量生产，并被上海宝钢（集团）公司等大企业再生产中使用，产生良好的经济效益。

水污染控制系统规划是对一个城市（或区域）水系环境系统工程的方法制定污染控制系统的优化规划。其主要内容是： 以国家颁布的法规与标准为基本依据，以环境保护科学技术和地区经济发展规划为指导，以区域水污染控制系统的最佳综合效益为目标，最佳适用防治技术为对策措施群，统筹考虑污染源发生—防治—排污体制—污水处理—水质质量及其与经济发展、技术改进和加强管理之间的关系，进行系统的调查、监测、评价、预测、模拟和优化决策，寻求整体优化的近、远期污染控制规划方案。

对水污染控制系统规划的类型可分为以下两类：1、优水质规划，包括排污口最小削减量规划、排污口最优化处理规划、最优化均匀处理规划、区域污水输送和处理的最优化规划；2、水污染控制的多方案模拟优化规划。后者是较为实用有效的区域水污染控制系统规划方法。

“在国家或地方要求的监测点断面上，以使水质达到某种标准为总目标(如环保标准、用水标准等)，公平合理地确定有关各污染源的最大排污量和排放浓度，同时充分考虑各污染源和自然降解能力的合理利用权利。”

从上述基本思想可以看出，水污染控制不是简单地要求每个污染源按国际或国家环保标准进行达标排放；也不是象总量控制理论和方法那样，给每个污染源分配一个水环境容量资源，要求它们的排污总量不超过所分配的容量标准；而是要求在若干监测点断面上使水质达到国际或国家要求的某种标准。由这种选定断面上的水质标准，来合理地确定各个污染源的限定排污量和排污浓度。

因此，水污染控制与总量控制和系统规划不是矛盾的和冲突的，而是总量控制和系统规划的补充。水污染控制能有效地将水污染总量控制落实到各个污染源，公平合理地将水污染控制总量分配给应该进行污染控制的每一个污染源。所以，可以说水污染控制在宏观的总量控制、系统规划与微观的各污染源具体控制量之间搭起了一座桥梁。由于水污染控制充分考虑了各污染源合理利用环境自然降解能力的权利，并且不要求每个污染源能达标排放，因为完全的达标排放，在现有的社会经济发展阶段是很难做到的，同时也不是经济的。所以，从经济角度看，水污染协同控制还是使监测点断面水质达到国家标准的经济有效的水污染控制理论和方法。

“水污染控制技术与治理工程”项目是中国“十五”期间设立的12个重大科技专项之一，为中国水污染控制系统取得了一系列重大突破：

在湖泊污染治理方面，突破了湖泊水源地水质综合改善、重污染湖泊水体生态重建等湖泊污染治理关键技术，集成了湖泊面源污染控制等技术系统，初步形成了适合中国浅水型淡水湖泊的污染治理成套技术及治理方案。

在城市水环境质量改善方面，选择11个典型城市开展城市水环境质量改善技术研究和综合示范，已形成适合不同城市特色的城市水环境质量改善技术与管理方案。

在饮用水安全保障方面，针对中国南方、太湖流域和北方的原水水质特点，选择多个城市开展饮用水安全保障技术研究，突破了饮用水原水水质改善、常规处理工艺强化、安全消毒等关键技术，初步形成了中国城市饮用水安全保障技术系统。

在物化生物水处理新技术研究方面，瞄准本领域的国际前沿以及中国在水污染防治方面的潜在技术需求，研制了一批具有自主知识产权的水污染控制功能材料和多个新型水处理反应器，一些产品开始大量出口。2100433B

其主要内容是：以国家颁布的法规与标准为基本依据，以环境保护科学技术和地区经济发展规划为指导，以区域水污染控制系统的最佳综合效益为目标，最佳适用防治技术为对策措施群，统筹考虑污染源发生—防治—排污体制—污水处理—水质质量及其与经济发展、技术改进和加强管理之间的关系，进行系统的调查、监测、评价、预测、模拟和优化决策，寻求整体优化的近、远期污染控制规划方案。对河流水污染控制系统规划的类型可分为以下两类：①最优水质规划，包括河流排污口最小削减量规划、河流排污口最优化处理规划、河流最优化均匀处理规划、河流区域污水输送和处理的最优化规划；②水污染控制的多方案模拟优化规划。后者是目前较为实用有效的区域水污染控制系统规划方法。2100433B