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中国环境卫生协会科技进步奖|资源节约与回收利用的新型排污技术

近日,“资源节约与回收利用的新型排污技术体系、关键技术及规模化应用”获得2022年中国城市环境卫生协会科技进步奖一等奖。该成果由万若(北京)环境工程技术有限公司、清华大学、中铁十八局集团建筑安装工程有限公司、北京科技大学及中国农业大学组成的团队共同完成。

近日,“资源节约与回收利用的新型排污技术体系、关键技术及规模化应用”获得2022年中国城市环境卫生协会科技进步奖一等奖。该成果由万若(北京)环境工程技术有限公司、清华大学、中铁十八局集团建筑安装工程有限公司、北京科技大学及中国农业大学组成的团队共同完成。

当前的城镇污水收集排放方式源于欧洲19世纪城镇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类生活和生产的污染物,以满足人类的公共卫生的需求。这种模式至今为止并无实质变化。

人类生活的排泄物仅占污水总量的百分之一,却含有污水中大部分有机物和绝大部分的氮磷等营养物,既有模式存在高耗水、高耗能、高耗材、资源流失及工艺足迹长,并对环境负面影响大等问题。进入21世纪,新兴发展中国家不仅面临人类的公共卫生改善的需求,同时还面临可持续用水排水基础设施建设的挑战,迫切需要新发展理念下的替代解决技术和实施性强的整体解决方案。

本技术完成团队,长期研究并实践新型污水源头分离与分质收集系统、人粪尿资源化技术,在节省水资源消耗和供水能耗的同时,将高浓度的排泄物在具有足够规模的尺度上管网化密闭单独收集、无害化处理并回收能量和资源,不含排泄物的生活杂排水中有机物、营养物的总量与混合污水相比大幅度降低,处理工艺碳足迹显著缩短,成为可靠制备再生水的优质水源。为了建立有效、实用、可靠、且便于社会化管理和规模化推广的新技术体系和整体解决方案,团队成员从多个方面开展了关键技术研发和实践验证工作:

1)成功开发和产品化了多种新型超节水便器、以及常规便器通过增加负压适配器节水的思路、方法和产品,如重力流或以负压为基础的尿液分离超节水便器、无水气冲便器等等,从“培养节水习惯”到模式上节水,冲厕节水50%-90%,灰水区域内外制备再生水实现室外用水节省100%,进而从用水器具和模式转变双节水上为城乡节水提供跨越式超节水方案;

2)系统提出了以负压管道收纳源头多种个性化便器排出的高浓度黄水、褐水、黑水的分质集中收集与资源化技术体系,成功开发和产品化了大尺度区域黑水以及黑水灰水双负压管道分质收集、常压与负压的适配、管网无供电负压检测与远程干预、分散组团多社区集中收集资源化的中继站等一系列新技术,形成了车辆清运、入下水道通过大量污水和雨水的输送做法以外的另一种排泄物规模化的输送收集新基础设施模式,结合数字化技术形成了源头器具与管网参数优化有机结合的一整套方法;

3)针对不同场景、不同源头解决方案的个性化选择,开发和产品化了适合多样化、多场景的排泄物资源化处理(能源化、肥料化)的技术,如厌氧发酵回收能量(沼气)最终产物为固态肥、液态肥及液态肥浓缩技术、实现了装备化并在实际工程中得到规模化的应用,破解了传统排水模式高环境负面影响、不利于资源回收、工程实施方式不灵活和维护要求高等一系列瓶颈问题。

在针对以上技术体系的长期研发中形成了一百多项直接相关的技术与方法的专利,实现了相关产品及装备的产业化,所涉及的关键技术突破在过去十多年中不断进行实践验证和追踪研究,涉及厕所、建筑、社区、城市更新、乡村振兴、产业园区等领域。新模式从不同样式的小社区示范逐步扩大应用规模走向单体4000多户的大社区应用,再到覆盖约十万人口规模的复制与推广。此外,已有的探索和技术积累开始在发达国家的卫生设施和发展中国家覆盖70多平方公里的市政排污中得到应用。

该技术体系除了对环境低扰动、节省资源、城乡绿色循环等优势外,模拟的测算研究及实际的工程应用也开始显示其经济性优势,已有的探索和技术积累在城市更新、既有排水设施提质增效等方面也开始显现其技术和经济优势。

编制完成的以《污水源分离排水工程技术导则》为代表的多部行业、国家和国际技术标准与规范形成了新技术体系的“标准簇”,为相关技术和产品的进一步研发和规范化应用提供科学依据,也为国际上新型排水模式的实施提供新的方法、知识和经验。

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