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中國環(huán)境衛生協(xié)會(huì )科技進(jìn)步獎|資源節約與回收利用的新型排污技術(shù)

近日,“資源節約與回收利用的新型排污技術(shù)體系、關(guān)鍵技術(shù)及規模化應用”獲得2022年中國城市環(huán)境衛生協(xié)會(huì )科技進(jìn)步獎一等獎。該成果由萬(wàn)若(北京)環(huán)境工程技術(shù)有限公司、清華大學(xué)、中鐵十八局集團建筑安裝工程有限公司、北京科技大學(xué)及中國農業(yè)大學(xué)組成的團隊共同完成。

近日,“資源節約與回收利用的新型排污技術(shù)體系、關(guān)鍵技術(shù)及規模化應用”獲得2022年中國城市環(huán)境衛生協(xié)會(huì )科技進(jìn)步獎一等獎。該成果由萬(wàn)若(北京)環(huán)境工程技術(shù)有限公司、清華大學(xué)、中鐵十八局集團建筑安裝工程有限公司、北京科技大學(xué)及中國農業(yè)大學(xué)組成的團隊共同完成。

當前的城鎮污水收集排放方式源于歐洲19世紀城鎮化初期所奠定的基本模式,其重要特征是利用重力排水管道加提升泵站收集并排放人類(lèi)生活和生產(chǎn)的污染物,以滿(mǎn)足人類(lèi)的公共衛生的需求。這種模式至今為止并無(wú)實(shí)質(zhì)變化。

人類(lèi)生活的排泄物僅占污水總量的百分之一,卻含有污水中大部分有機物和絕大部分的氮磷等營(yíng)養物,既有模式存在高耗水、高耗能、高耗材、資源流失及工藝足跡長(cháng),并對環(huán)境負面影響大等問(wèn)題。進(jìn)入21世紀,新興發(fā)展中國家不僅面臨人類(lèi)的公共衛生改善的需求,同時(shí)還面臨可持續用水排水基礎設施建設的挑戰,迫切需要新發(fā)展理念下的替代解決技術(shù)和實(shí)施性強的整體解決方案。

本技術(shù)完成團隊,長(cháng)期研究并實(shí)踐新型污水源頭分離與分質(zhì)收集系統、人糞尿資源化技術(shù),在節省水資源消耗和供水能耗的同時(shí),將高濃度的排泄物在具有足夠規模的尺度上管網(wǎng)化密閉單獨收集、無(wú)害化處理并回收能量和資源,不含排泄物的生活雜排水中有機物、營(yíng)養物的總量與混合污水相比大幅度降低,處理工藝碳足跡顯著(zhù)縮短,成為可靠制備再生水的優(yōu)質(zhì)水源。為了建立有效、實(shí)用、可靠、且便于社會(huì )化管理和規模化推廣的新技術(shù)體系和整體解決方案,團隊成員從多個(gè)方面開(kāi)展了關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和實(shí)踐驗證工作:

1)成功開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品化了多種新型超節水便器、以及常規便器通過(guò)增加負壓適配器節水的思路、方法和產(chǎn)品,如重力流或以負壓為基礎的尿液分離超節水便器、無(wú)水氣沖便器等等,從“培養節水習慣”到模式上節水,沖廁節水50%-90%,灰水區域內外制備再生水實(shí)現室外用水節省100%,進(jìn)而從用水器具和模式轉變雙節水上為城鄉節水提供跨越式超節水方案;

2)系統提出了以負壓管道收納源頭多種個(gè)性化便器排出的高濃度黃水、褐水、黑水的分質(zhì)集中收集與資源化技術(shù)體系,成功開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品化了大尺度區域黑水以及黑水灰水雙負壓管道分質(zhì)收集、常壓與負壓的適配、管網(wǎng)無(wú)供電負壓檢測與遠程干預、分散組團多社區集中收集資源化的中繼站等一系列新技術(shù),形成了車(chē)輛清運、入下水道通過(guò)大量污水和雨水的輸送做法以外的另一種排泄物規模化的輸送收集新基礎設施模式,結合數字化技術(shù)形成了源頭器具與管網(wǎng)參數優(yōu)化有機結合的一整套方法;

3)針對不同場(chǎng)景、不同源頭解決方案的個(gè)性化選擇,開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品化了適合多樣化、多場(chǎng)景的排泄物資源化處理(能源化、肥料化)的技術(shù),如厭氧發(fā)酵回收能量(沼氣)最終產(chǎn)物為固態(tài)肥、液態(tài)肥及液態(tài)肥濃縮技術(shù)、實(shí)現了裝備化并在實(shí)際工程中得到規模化的應用,破解了傳統排水模式高環(huán)境負面影響、不利于資源回收、工程實(shí)施方式不靈活和維護要求高等一系列瓶頸問(wèn)題。

在針對以上技術(shù)體系的長(cháng)期研發(fā)中形成了一百多項直接相關(guān)的技術(shù)與方法的專(zhuān)利,實(shí)現了相關(guān)產(chǎn)品及裝備的產(chǎn)業(yè)化,所涉及的關(guān)鍵技術(shù)突破在過(guò)去十多年中不斷進(jìn)行實(shí)踐驗證和追蹤研究,涉及廁所、建筑、社區、城市更新、鄉村振興、產(chǎn)業(yè)園區等領(lǐng)域。新模式從不同樣式的小社區示范逐步擴大應用規模走向單體4000多戶(hù)的大社區應用,再到覆蓋約十萬(wàn)人口規模的復制與推廣。此外,已有的探索和技術(shù)積累開(kāi)始在發(fā)達國家的衛生設施和發(fā)展中國家覆蓋70多平方公里的市政排污中得到應用。

該技術(shù)體系除了對環(huán)境低擾動(dòng)、節省資源、城鄉綠色循環(huán)等優(yōu)勢外,模擬的測算研究及實(shí)際的工程應用也開(kāi)始顯示其經(jīng)濟性?xún)?yōu)勢,已有的探索和技術(shù)積累在城市更新、既有排水設施提質(zhì)增效等方面也開(kāi)始顯現其技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢。

編制完成的以《污水源分離排水工程技術(shù)導則》為代表的多部行業(yè)、國家和國際技術(shù)標準與規范形成了新技術(shù)體系的“標準簇”,為相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的進(jìn)一步研發(fā)和規范化應用提供科學(xué)依據,也為國際上新型排水模式的實(shí)施提供新的方法、知識和經(jīng)驗。