一、概况
自20世纪90年代初开始,我国水工业领域以生产技术为主体、以社会主义市场经济为背景,注重技术的集成化和设备的成套化、国产化,着重解决技术的集成化、整体性、关键设备的国产化以及管理系统科学化等问题,强调成果与工程实践相结合及科技成果的推广,并逐步打破部门分割,将水工业各环节形成一个整体,逐步实施科学技术产业化,以加快水工业市场化的进程。
在城市供水与污水处理工程建设方面,到1999年底,我国城市人口的95.9%、建制镇人口的79.12%,共32330万人饮用城镇供水系统的水,总供水能力发展到20990万立方米/d,供需矛盾已缓解,供水水质有很大提高。其中,大城市和部分城市供水水质已接近或达到发达国家水平。我国已有城市污水处理厂398座,其中二级生化污水处理长272座,生化处理能力为1118万立方米/d。今后数年内,污水处理厂建设将进入高峰期,拟建的污水处理厂预计达1000余座。
在水工科技发展方面,主要从深入分析国内外研究现状、国内急待解决的水工业发展及工业废水处理问题入手,结合水工业及其发展的特点,通过总结分析已有成果,开展实验室和现场性研究开发、技术集成研究和设备开发生产,工艺技术与设备技术紧密结合,科技开发与市场需求紧密结合,着重解决工程化和产品化过程的技术难点,理论和机理方面有新的突破,技术方面有重大创新,并同时着手解决运行管理和控制方面的技术难点和问题,提出一大批实用的工艺和设备及关键技术参数,并建立示范工程,充分体现了技术的广泛适用、高新技术含量、工程化和产业化发展。水工业技术的发展使我国在水与污水处理技术及装备上有显著提高,缩小了我国水工业技术水平与国内实际需求以及国际先进水平的差距,促进了水工业行业与社会经济的可持续发展。
通过技术集成化研究,新技术开发与应用,建立了一批技术先进、经济效益良好的示范工程,为水工业新技术,新产品的全面推广提供样板,形成了教完整的水工业科学技术体系。通过研制开发、引进消化并推广提供样板,形成了较为完整的水工业科学技术体系。通过研制开发、引进消化并推广应用一批水工业关键技术设备,提高了国产化水平,形成部分产品的规模化和成套化生产能力,促进了水与污水处理设备制造企业(集团)的发展,增强了企业的创新能力,形成了新的经济增长点。
二、科学理论、关键技术和技术创新的重大进展
1、给水处理技术
针对我国饮水源普遍受到污染的现状,“九五”期间研究开发了一批饮用水预氧化、膜分离及高效絮凝处理新技术,并应用于生产实践。
(1)研究开发了颗粒填料生物接触氧化处理微污染源水、受污染源水弹性填料微孔曝气生物接触氧化预处理生产、受污染水源水弹性填料穿孔管曝气生物接触氧化预处理、受污染高浊度水净化技术与设备、化学预氧化净化受污染源水集成技术等一批受污染源水处理实用技术及设备,并建成了示范工程。自1996年起,在宁波、嘉兴、合肥等地先后建成生产性的受污染源水弹性填料生物接触氧化预处理设施,规模为400万立方米/d的东深源水弹性填料生物接触氧化处理系统于1998年12月在深圳水库库尾建成投产。
(2)研究开发了多种新型絮凝药剂,例如聚合氯化铁、聚合氯化铝、聚合铁硅等絮凝剂的制备新技术,建成了多个年产3000t以上的示范生产厂;建立了高效絮凝技术集成中试线;开发了应用了聚合硅酸铁、聚合硅酸铝等高效能无机高分子复合絮凝剂。
(3)研究开发了核心技术为电子催化、臭氧生物炭、低压反渗透和过氧化氢预氧化的多种应用于安全与优质净水的成套技术设备与器材,皆已经投入使用,形成产业化规模。
(4)研制了多种水质检测仪表及水厂自动化控制系统,并工业化生产与应用,其中流动电流技术在我国许多水厂获得了较普遍的应用,成为水处理混凝控制的主导技术之一;流动电流和絮凝脉动检测技术解决了全浊度系列、全水质的投药控制问题;计量投药泵、变频调速等大批投药设备的发展也较快;建成了一批水厂计算机监控系统和城市供水优化调度系统示范工程。
(5)净水常规处理方面,在新建的大、中型水厂中,有多座水厂采用机械搅拌快速混合;对凝聚剂的加注口位置,对不同的原水水质与凝聚剂的快速混合要求以及机械搅拌快速混合的运行条件进行研究;一类水厂的沉淀、澄清水浊度一般口控制在3NTU以下;大城市和新的水厂出水浊度多小于1NTU;北京第九水厂150万立方米/d供水规模的污泥处理工程于1997年投产;哈尔滨等地分别建成臭氧-生物活性炭深度处理设施,昆明第六水厂南分厂于1997年建成常规处理-臭氧、生物活性炭深度处理的10万立方米/d水厂。
(6)给水工程建设技术发展迅速,不少城市建设了长距离引水工程,一些省区组织了多个城市构成的区域性供水工程建设,并逐步形成了我国自己的技术特点,例如:大规模采用浅层水平沉淀池;采用气水反冲洗和深层均质滤料的V型滤池;推广水泵变速装置,特别是变频调速;提高水厂自动化管理水平,保证了水厂水质和供水安全;开展了絮凝理论研究,发展了“栅条”、“网格”、“折板”、“折管”和“波纹折板”等新型絮凝设计;球墨铸铁管、预应力混凝土管、钢管、混凝土低压渠道等全面应用,开始了玻璃夹砂钢管即PCCP管和小口径UPVC管的生产性应用;出现了具有我国特色的水厂布置,如密集型组合式布置、半埋式布置、连廊式布置,现代化建筑风格进入水厂。
2、污水处理技术
一大批适合我国国情的城市污水与污泥处理实用新工艺、新技术,为我国城市污水处理工程的设计、建设与运行提供了技术支撑,例如:
(1)通过城市污水处理技术集成化研究与决策支持系统建设,为城市污水处理技术政策、工程设计、建设和运行管理的决策与优化提供了系统、可靠的依据及手段,主要包括:水工业工程设计手册、可供比较选择的集成化城市污水处理技术体系、城市污水处理基础数据库、活性污泥模型计算机模拟与工艺计算软件、水工业及城市污水技术政策与发展策略、城市污水处理技术决策与工艺方案选择等。
(2)研究开发了一批针对性、实用性很强的城市污水处理创新工艺,如化学-生物联合絮凝沉淀法污水强化一级处理工艺、回流污泥反硝化生物除磷(倒置A/A/O)工艺和高浓度难降解城市污水处理工艺,体现了当前城市污水处理的市场需求与技术发展方向。
(3)研究开发了一批简易高效的城市污水处理技术和适合中小城镇的高效实用污水处理技术,如:却氧变速酶促生物滤池、水解-厌氧-微氧联合处理、隐吸双喷厌氧接触生化反应、城市污水高效沉淀、简易高效复合式污水生物处理、污水资源化复合生态工程系统的优化、资源化活性藻系统、城市下水管网处理污水、毛管浸润渗透法处理城市污水等,并研制优选了多种生物填料、建立了生产线。
(4)研究开发了一系列高效低耗的城市污水处理厂污泥稳定化、无害化、减容减量技术,建立了大型沼气生物能利用示范工程和城市污泥生产有机复合肥生产线,形成规模化生产;研究开发了适合中小型城市污水厂的污泥高效低耗堆肥与复合肥制备成套技术。
3、工业废水处理技术
“九五”期间,我国的工业废水污染控制重点已经从“末端治理”模式,向以清洁生产为主的“污染预防”战略转移,依靠科技进步,走低消耗、高产出的发展模式。城市工业废水和末端控制以预处理为主,使其水质达到排入城市排水管网系统的要求。各部门和地方开展了各种形式的工业废水治理技术的科研和实践。例如:
(1)“九五”国家科技攻关中提供了重点耗水工业节水减污清洁生产途径、节水减污清洁生产技术,并建立节水减污清洁生产示范线。调查了氮肥、农药和酿造等3个行业的节水减污清洁生产途径,建立了清洁生产评估体系和节水减污清洁生产基础数据库。开发了氨解法1-氨基蒽醌、非水介质DSD酸、H2O2浆粕煮漂取代碱蒸煮氯漂等3项节水减污清洁生产工艺,一级新型冷却器和高效节水型冷却技术及设备。开发了水胺硫磷合成水洗水节水减污、高浓度油皂洗涤废水资源化技术及设备等2项资源综合利用新技术。结合浙江巨化股份优先公司合成氨厂尿素车间碳铵液解吸装置进行了工艺和控制系统改造,开发了1项物料优化及计算机控制技术。建立了煤造气中型合成氨--尿素工厂,甲胺磷生产过程、以薯干为原料酿造、以玉米为原料酿造等4条节水减污清洁生产优化集成示范线。
(2)提供了一批难降解有机工业废水分离、回收和治理的工艺技术及关键设备,实现废水处理高效低耗单元设备的产业化,并建立了工业规模生产示范装置。建立了一套纳滤分离回收废水中抗生素成套工艺技术中试装置、两条单内皮层中空纤维超滤膜连续纺丝中试生产线及用于难降解有机工业废水超滤膜系统装置组装线。开发了一体化箱式萃取器,建成吐氏酸生产废水资源化工厂和“置换萃取法”农药废水处理示范工程。制备开发出两种光催化氧化剂与电--多相催化剂、三类新型湿式氧化催化剂、复合脱色絮凝剂、两种生物絮凝剂以及壳聚糖絮凝剂,对准降解废水有良好的处理效果。完成了生物子固定化技术、膜-生物反应器、厌氧-好氧生物处理工艺及其处理难降解有机工业废水研究,以及高含硫有机工业废水处理技术与示范工程,实现了膜-生物反应器的设备化。完成了UASB、SBR、内循环三相好氧流化床的设备化,开发了三相分离器、布水器、滗水器。
4、建筑给水排水技术
1989年建筑给排水建立了完整的体系,明确由建筑内部给排水、建筑灭火(消防)、建筑水处理和特殊建筑给排水组成。在建筑给水、建筑排水、热水供应和建筑灭火4个方面取得长足的发展和骄人的成就。
(1)供水。作为变频调速和可编程序逻辑控制给水设备主要部件的水泵,逐步从通用性转向专用性,特色泵种类日益增多;硬聚氯乙烯管、不锈钢管、聚丙烯管等一大批新型给水管材得到大力推广;防污隔