打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)關鍵性挑戰(zhàn)在哪里?
中國工程院院士、實驗室學術委員會副主任、清華大學分室教授 郝吉明
回顧過去5年大氣治理工作，郝吉明感受頗深：“大氣十條實施以來，大氣污染領域?qū)崿F(xiàn)了一系列的歷史性變革，解決了許多長期想解決而沒有解決的問題。”
在總結回顧過去5年的工作脈絡后，他特別分析了打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的挑戰(zhàn)，并提出中肯建議。郝吉明說，首先，必須清醒地認識到，PM2.5防治剛剛走出第一步，依然任重道遠;其次，治理的渠道成效總是先易后難?？諝赓|(zhì)量管理進入了PM2.5和臭氧協(xié)同防治的深水區(qū)。
第三，產(chǎn)業(yè)能源和交通結構的調(diào)整，是一個長期系統(tǒng)的工程，還需要時間。此外，繼續(xù)提升科技服務能力，構建精細化的大氣環(huán)境管理治理體系，還需要花更大力氣。“科技引領，在科技上花更大投入，取得更多的進展，是持續(xù)支撐科技治霾的必然條件。”
郝吉明建議，要繼續(xù)鞏固深化大氣污染防治的成果，同時進一步擴大治理區(qū)域，在京津冀、長三角、珠三角之外，建議加上川渝地區(qū)、汾渭平原、長江中央城市群新三區(qū)。在優(yōu)化能源、產(chǎn)業(yè)和交通結構調(diào)整上，要考慮如何優(yōu)化鐵路、公路、水運相結合的運輸體系。
對于“十三五”國家減排工程的推進，他認為，清潔柴油車、非電行業(yè)污染控制、VOCs減排等是非常需要的。特別是針對氮氧化物和VOCs兩類污染物。
郝吉明在發(fā)言中特別強調(diào)要加強科技支撐和能力建設。目前在大氣科技支撐和能力建設方面，還缺少統(tǒng)一規(guī)劃，缺少頂層設計;空氣質(zhì)量標準科學性和匹配性有待改善;如何建立基于大數(shù)據(jù)的科學決策平臺，還有很多挑戰(zhàn)。
他最后表示，總體上，我們大氣治理的方向是正確的，執(zhí)行和保障是有利的。還要繼續(xù)總結經(jīng)驗，堅持不懈努力，一個戰(zhàn)役接著一個戰(zhàn)役的打。“相信到2050年我們基本達到世界衛(wèi)生組織指導值是非常有希望的!”。
2、曲久輝：
哪些水污染治理技術代表未來?
中國工程院院士、實驗室學術委員會主任、中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員 曲久輝
“治理水污染，改善水環(huán)境，保障水安全，這種需求導向跟我們水技術的創(chuàng)新驅(qū)動結合在一起”。曲久輝在發(fā)言中指出，中國水污染治理產(chǎn)業(yè)已經(jīng)到了關鍵時期，技術到了革命時期，產(chǎn)業(yè)和技術融合必然是大勢所趨。
“期待環(huán)保企業(yè)家都有創(chuàng)新的情懷和智慧，創(chuàng)新一定會成為產(chǎn)業(yè)的命脈和未來。”曲久輝提出，產(chǎn)業(yè)需求與技術融通任重道遠，企業(yè)要在其中發(fā)揮創(chuàng)新主體的角色，要做到自覺創(chuàng)新和驅(qū)動創(chuàng)新相融合，自發(fā)創(chuàng)新和規(guī)劃創(chuàng)新相融合，自己創(chuàng)新和合作創(chuàng)新相融合，自主創(chuàng)新和引進創(chuàng)新相結合。
未來水處理行業(yè)的核心技術是什么?對此，他表示，水污染治理生物技術以及關鍵設備將排在首位。生物科學發(fā)展會支撐水污染治理產(chǎn)業(yè)，而生物技術往往要和材料技術和信息技術協(xié)同，生物、材料、信息三個技術融合可能是我們水污染治理發(fā)展的重要方向。
第二，新材料是未來水處理支柱型產(chǎn)業(yè)。新材料改善水污染處理中生物反應，強化物理和化學反應，同樣它也會成為綠色過程新的載體和方向。污水處理的資源化、能源化，也要依賴于新材料。
第三，水污染治理還要強調(diào)生態(tài)。從生態(tài)系統(tǒng)響應變化和生態(tài)系統(tǒng)風險控制角度研究水污染處理的關鍵技術和設施。一些綠色技術，比如低能耗、低藥耗的技術，不加藥、少加藥，安全和簡捷的技術。
第四，能夠改善甚至改變能源渠道的技術。核心問題應該是太陽能利用，這也依賴于新材料開發(fā)，環(huán)保產(chǎn)業(yè)應該在這方面加大投入力度和對產(chǎn)業(yè)未來布局的支撐。
3、賀泓：
柴油車污染控制技術與產(chǎn)業(yè)如何應對國六挑戰(zhàn)?
中國工程院院士、中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心分室研究員 賀泓
“中型柴油車是我們機動車污染控制中的重中之重”。賀泓說，我們雖然現(xiàn)在面臨電動化大的國際趨勢，但在未來相當長的時間里，柴油機仍然是我們公路運輸業(yè)主要的動力來源。這幾年污染控制標準是在快速的提升過程中，給科研、產(chǎn)業(yè)界帶來了很大的壓力，很有緊迫感。
據(jù)他介紹，目前技術和產(chǎn)業(yè)面臨最大的挑戰(zhàn)是國六(國家第六階段機動車污染物排放標準)。從排放來看，已經(jīng)接近零排放，實現(xiàn)難度非常大;國六還第一次提出整車排放控制，加長了行駛里程的要求，是非常嚴峻的挑戰(zhàn)。
挑戰(zhàn)之一是DPF和SCR技術融合以后，對SCR催化劑帶來的熱沖擊。CU基小孔分子篩這種耐高溫材料非常昂貴，一噸幾十萬美元。我們跟浙江大學合作提出一步法合成，把成本降低1/5，在熱穩(wěn)定性上略有一點差距，這個很快也能克服。
除了在載體上取得了突破，在薄壁模具制造上也挑戰(zhàn)國際最先進水平，馬上可以量產(chǎn);在設計上對DPF進行改進，盡量減少再生次數(shù)，減少熱沖擊，節(jié)省燃料，在研制新型非對稱模具上也突破難關，可以實現(xiàn)量產(chǎn)。
最大的挑戰(zhàn)是發(fā)動機。賀泓說，我們在滿足國四標準的技術上取得了很大成就，后處理系統(tǒng)占據(jù)市場主流，半壁江山以上是國產(chǎn)技術。到國六階段發(fā)現(xiàn)一個“卡脖子”的技術問題。
他解釋說，國六階段，后處理系統(tǒng)重要性進一步的上升，要跟發(fā)動機系統(tǒng)緊密耦合成一個體系，不僅僅要讀取數(shù)據(jù)，還要相互制約。根據(jù)我們排放法規(guī)的要求，后處理系統(tǒng)要向發(fā)動機發(fā)指令，發(fā)現(xiàn)做不到。“我們引進的發(fā)動機是不完全的引進，可以生產(chǎn)制造，但是控制原代碼不向我們開放，沒法改進。以前我們不太關心，現(xiàn)在必須關心，否則后處理系統(tǒng)跟它配不上，在國六階段我們必須突破這個瓶頸。”
4、劉文清：
環(huán)境監(jiān)測技術設備發(fā)展方向有哪些?
中國工程院院士、實驗室學術委員會委員、中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院安徽光機所研究員 劉文清
“所有的環(huán)境管理都是建立在準確的測量基礎上，大氣環(huán)境監(jiān)測技術是認識、理解和最終解決大氣污染問題的關鍵。”劉文清在發(fā)言中表示，我國在監(jiān)測技術領域?qū)崿F(xiàn)進行了長足的發(fā)展，但還存在非常大的提升空間。
他認為，可靠性應該是國產(chǎn)儀器競爭的核心所在。“談性能指標，我們跟國外差距并不是很大，問題就是可靠性，就是平均故障發(fā)生間隔時間。如果我們能夠解決可靠性問題，就可以在儀器水平上縮小差距。”與此同時，硬件具備、數(shù)據(jù)拿到以后，怎么樣分析也是挑戰(zhàn)。分析的方法和軟件，是發(fā)達國際監(jiān)測行業(yè)的核心內(nèi)容。
劉文清認為，監(jiān)測技術領域下一個方向是“互聯(lián)網(wǎng)+”，推動互聯(lián)網(wǎng)加智慧環(huán)保。另一個方向是更高的精度，更大的范圍，更加實用小型化等方面。對于影響國家環(huán)境安全、涉及重大國際環(huán)境問題和履約環(huán)境戰(zhàn)略的領域，國家急需用監(jiān)測數(shù)據(jù)支撐;另外生態(tài)環(huán)境改善、人體健康、可持續(xù)發(fā)展涉及的環(huán)境監(jiān)測技術和系統(tǒng)開發(fā)，還有基載、機載、環(huán)載和星載平臺的環(huán)境監(jiān)測技術與系統(tǒng)研發(fā)，都是未來發(fā)展的重點。
劉文清說，實際上至今沒有一個單一的技術滿足衡量污染物監(jiān)測的多種需求，每種技術都有特點和限制，不同的監(jiān)測平臺，實際上都有各自的優(yōu)缺點。要發(fā)展更高的精度，更多成分，更大范圍，更實用的多平臺環(huán)境監(jiān)測技術，才能滿足變化的環(huán)境需求。
5、李廣賀：
場地修復產(chǎn)業(yè)如何應對面向未來的全面提升?
清華大學環(huán)境學院教授 李廣賀
李廣賀在演講中表示，場地污染修復已經(jīng)是發(fā)展最快的環(huán)保產(chǎn)業(yè)板塊，不過和國外先進成熟產(chǎn)業(yè)形態(tài)，還有不少差距：技術裝備研發(fā)能力和自主核心技術與發(fā)達國家有非常大的差距，修復市場核心技術裝備材料基本上以進口為主;國外處于技術應用階段，我們處于技術研發(fā)階段;我們?nèi)匀皇谴址怕?lián)合的技術為主，發(fā)達國家進入到原位和聯(lián)合修復為主的方式。
針對整個場地修復科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，他表示有一些發(fā)展方向值得關注，包括生態(tài)環(huán)境和健康安全、風險管理、系統(tǒng)監(jiān)管、大數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡構建、資源化安全利用等方面，為我們科技發(fā)展提供了相應思路。
在核心技術和裝備層面，設備化是未來的重要發(fā)展方向，尤其是成套重大裝備工程化應用要有非常大的提升。包括原位勘探、高精度監(jiān)測、快速探測和智能化修復，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)將在土壤污染防治和監(jiān)管方面發(fā)揮重大作用。
李廣賀說，土壤修復產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展一定是全產(chǎn)業(yè)鏈，不是小而全的過程，要形成工程咨詢、材料生產(chǎn)、裝備加工、工程修復、工程監(jiān)理完整的產(chǎn)業(yè)結構和產(chǎn)業(yè)鏈，要有前瞻性、原創(chuàng)性和戰(zhàn)略性裝備研發(fā)。
總體上來講，場地修復行業(yè)應該逐漸進入到中期發(fā)展階段，標志性指標應該包括：完整的技術和理論體系，完善的技術標準，技術設備和材料的工程化應用，規(guī)范化實施;研發(fā)技術的轉(zhuǎn)化率要達到50%到60%，現(xiàn)在只有10%到20%左右;有一批污染防治標志性工程，推動和促進科技研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
6、彭永臻：
新型生物脫氮除磷能否解決污水處理瓶頸?
中國工程院院士、實驗室學術委員會委員、北京工業(yè)大學教授 彭永臻
現(xiàn)在城市污水處理有兩大難題。第一污水脫氮除磷難。第二污水處理廠的優(yōu)化和節(jié)能降耗。因為城市污水運營費用非常高，節(jié)能降耗是永恒的主題。另外隨著中國污水處理率的提高，黑臭水體的解決，氮磷超標排放日益嚴重，導致風險化日益普遍。風險化成為全球性的水污染問題。可以說脫氮除磷成為當今污水處理領域的重大問題，特別是城市污水。
我們國家水污染中脫氮除磷存在的問題。我國大多數(shù)的污水處理廠都沒有達到一級A的排放標準，其中瓶頸問題是總氮沒有達標。我國的污水處理標準過嚴了，不是這樣，達到一級A的標準，仍然遏制不了富營養(yǎng)化的蔓延。我國應該針對敏感水環(huán)境區(qū)域制定更加嚴格的標準。太湖、環(huán)渤海周邊等要制定嚴于國家一級A標準的排放。
還有另外一種情況，有些地區(qū)流域真沒有必要到一級A的標準。臺灣不用搞脫氮除磷，臺灣周邊是公海，排點氮磷往海里一放，給海里增加到富營養(yǎng)化物質(zhì)。黑龍江往往沒有必要脫氮除磷。還有一些區(qū)域?qū)嶋H上也沒有富營養(yǎng)化，從來沒有聽說特別大的河流有富營養(yǎng)化的問題。富營養(yǎng)化有幾個條件，氮磷、溫度、陽光、擾動，因此標準該嚴的嚴，該松的松。
下面是比較具體，第二個問題傳統(tǒng)污水生物處理工藝和問題。從全世界來看，在兩個世紀有固體沉淀，處理城市污水的懸浮物，上世紀20年代初，我記得上學到上海參加污水處理廠特別驚訝，20年代在上海建立一個活性污泥法污水處理廠。上世紀70、80年代，全世界脫氮除磷，富營養(yǎng)化在全世界爆發(fā)了。隨著BOD、脫氮除磷，使污水處理工藝越來越復雜，帶來很多技術問題，處理工程，包括機械儀表處理問題。脫氮除磷的問題納入處理流程之外，提出了非常多的科學問題。
再看看脫氮除磷的大問題，污水除磷可以通過生物除磷和化學除磷。污水脫氮，只有生物脫氮才是最經(jīng)濟有效的，而且對于城市污水來講是唯一的，不僅是經(jīng)濟有效而且是唯一的方法，到現(xiàn)在還沒有聽說哪個城市污水處理廠不用生物脫氮。原因是什么?混凝沉淀不能去除微濾、納濾口徑，區(qū)別不了水分子大小，只有反滲透才能區(qū)別水分子大小。反滲透處理是中水，對于城市污水處理來講生物脫氮是唯一選擇的。
城市污水總氮代表是關鍵難點。
生物脫氮反兩步，第一個硝化，第二個反硝化。一個電子供體，一個是電子受體，水中氨氮和有機氮從污水處理分離出來完成脫氮的問題，一個需要氧氣，一個需要有機碳源，這是關鍵點。
生物除磷，有除磷微生物和菌，沒有氧的條件下，把磷從細胞中釋放出來，可以使水中磷從3每升毫克達到幾十毫克，在耗氧和曝氣過程中，把水中磷聚集在細胞中，攝取磷，而且是過量的，把含有磷的污泥排除污水處理系統(tǒng)就完成了處理，就是這樣簡單。
這是我們用的工藝AN/O除磷工藝，釋放出磷，然后曝氣、好氧，然后沉淀池，然后處理水。還有反硝化反應器缺氧然后到硝化反應器好氧，然后到沉淀池，到處理水。這個兩個結合起來既除磷又脫氮，厭氧、缺氧和好氧。對小型的污水處理廠應用廣泛的是序批式活性污泥法，小于5萬噸的經(jīng)常用這樣一種工藝。
我們看到什么問題，無論對A/O都存在這樣的問題。缺氧，有機物進來這個是氨氮，缺氧池沒有變化，在好氧池，此消彼漲形成硝態(tài)氮，用有機物還原硝態(tài)氮?；亓髦械南蹼A氮和出水的硝階氮相同，因為他們都來源于這個地方，就是說出水和回流污泥和剩余污泥中硝階氮、氨氮、總氨是一樣的，這種工藝很難徹底深度的脫氮。
有一種工藝是分段進水，把A/O分成四段，假定硝化能夠100%，反硝化100%充分的。如果分成四段，進入第一段原水和有機物，把回流污泥的硝態(tài)氮還原，回流污泥假設100%，回流污泥量等于進水量，把總氨去掉了，第一段產(chǎn)生的而第二段還原了，第三段被第四段水有機物還原掉了，前三段總氮全部被去掉，只有第四段的氨氮被氧化產(chǎn)生硝態(tài)氮，才能隨出水流出。第四段有污泥回流比100%，第四段有一半的總氮可以去掉，這個工藝去掉1/8的總氮。但是這四段比較繁瑣，我們經(jīng)常用三段，這個工藝可以完成深度脫氮。三段可以去掉6/5總氮。如果進水總氮30，出水氮達到5。它還有一個優(yōu)點，微生物濃度非常高，第一段回流污泥濃度被1/3的水稀釋，因此污泥濃度比較高。
ICEAS工藝是我們國家用的比較多的工藝，可以說80%的ICEAS都按照這樣一個工藝，下面的模式在運行。這個是攪拌。這個表示曝氣，這個表示沉淀，這個表示進水，但是進貫穿始終，說明什么?說明在曝氣階段，一邊曝氣一邊進水，我們國家脫氮的重大障礙就是缺少碳源，有機物濃度比較低，氨氮總氮比較高，反應的時候沒有碳源，往往加碳源。三小時一邊曝氣一邊進水，用珍貴能源，曝氣需要能源，去除了可貴的碳源，因此既浪費了能量又把有機物去掉了。
把進水在攪拌進水中進，曝氣中不進，不僅可以大量節(jié)省碳源，提高效率，而且節(jié)能降耗，有機物不需要能量去除，用反應化去除，幾個工程實踐都收到很好的效果。我國現(xiàn)在的ICEAS幾乎用我說的剛才模式運行。
第三個新型生物脫氮除磷技術。有一種技術叫做短程硝化。剛才說了什么是硝化反硝化，特別城市污水中90%以氨氮形式出現(xiàn)的總氮，還有一部分有機氮，有機氮一曝氣就轉(zhuǎn)化成氨氮了，氨氮經(jīng)過曝氣變成硝態(tài)氮，有機碳源作用下，這時候不曝氣了，變?yōu)榈獨?，完成脫氮的過程，氮氣可以去除。短程硝化過程簡捷。亞硝酸氮這個過程減少了曝氣量，這個過程減少了外加碳源，減少20%氧氣，減少20%二氧化碳的釋放等等。它為實現(xiàn)厭氧提供了底物。
全世界包括中國在內(nèi)，全世界污水處理廠都沒有實現(xiàn)短程硝化，有的僅僅一部分。這是我們學校的中試基地，實現(xiàn)了三年短程硝化，而且規(guī)模比較大一點。
剛才我說了除磷的基本原理，厭氧、吸磷、放磷，放磷在耗氧狀態(tài)下吸收磷，然后把污泥排出處理。反硝化除磷，這個過程既完成反硝化又完成了磷的吸收，一個碳源兩用。我們把含有富有磷的污泥排除系統(tǒng)完成了污水生物處理。
在生物脫氮過程當中需要水污染被還原成氮氣，除磷也是這樣，反硝化和除磷過程這兩個過程可以同時完成，減少能源、生物量、減少氧等等優(yōu)點。
最近開發(fā)了A2O-BAF同步脫氮除磷，就是反硝化除磷。這個曝氣占2/9，BAF完成硝化，意味著提供大量的硝態(tài)氮進入蓄養(yǎng)池，跟污泥結合在一起，不想讓它反硝化除磷都很難，沒有給它反應條件，沒有氧給電子受體，只給硝態(tài)氮，占整個反應器的2/3，這里完成了反硝化除磷。
厭氧氨氧化脫氮技術。奧地利Broda從熱力學角度，預言存在。荷蘭MULDER生物流化床首次發(fā)現(xiàn)。第一座ANAMMOX反應器建立于荷蘭鹿特丹。
我們看看厭氧氨氧化，有機氮變?yōu)榘钡凶霭被?，氨氮需要氧需要生物參與，氧化為亞硝態(tài)氮。逐步經(jīng)過幾個步驟還原為氮氣，完成污水處理脫氮。20年之前人們認為氮循環(huán)只能沿著這樣一個過程。
厭氧氨氧化怎么樣?厭氧氨氧化就是發(fā)現(xiàn)厭氧氨氧化微生物一種細菌。把氨氮的一部分可以說60%氧化為亞硝，用亞硝氧化氨氮，必須有厭氧氨氧化的推進。有將近一半的氨氮不用動就被氧化為氮氣。一半多一點被氧化為亞硝態(tài)氮厭氧氨氧化。全世界生活污水主流依然按照這個過程脫氮，這還有生物固氮。全世界都在研究城市污水處理包括工業(yè)污水，能不能這樣脫氮。由于高氨氮的廢水，垃圾滲濾液等完成了工程化應用。城市污水處理還沒有實現(xiàn)這樣一種工藝。而且這個工藝有什么好處?很少有氧化氮的產(chǎn)生。
我們可以看到這些完全一部分氨氮沒有必要好氧再用反硝化。一部分氨氮不需要經(jīng)過下一步到這就完了，因此可以節(jié)省碳源、能源、節(jié)省有機物100%、節(jié)省曝氣量60%、溫室氣體小。這是厭氧氨氧化的發(fā)展歷程，現(xiàn)在工業(yè)上應用，有了很多實際工程應用。
全世界比較著名的奧地利STRASS污水處理廠，沒有實現(xiàn)主流厭氧氨氧化，但是實現(xiàn)了厭氧氨氧化處理污泥消化液的應用。污泥液氧發(fā)酵的消化液進行厭氧處理，實現(xiàn)了。這是北排搞得厭氧氨氧化的工程。
這是新加坡樟宜污水處理廠實現(xiàn)了部分厭氧氨氧化的脫氮。
國內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了厭氧氨氧化的部分，大大提高效率。厭氧氨氧化瓶頸是短程硝化很難實現(xiàn)，短程硝化一旦實現(xiàn)，厭氧氨氧化比較好實現(xiàn)。我們發(fā)明的技術短程反硝化耦合厭氧氨氧化。部分氨氮演化成硝態(tài)氮還原成亞硝態(tài)氮，對工業(yè)富水中本來有很多硝態(tài)氮，可以把它還原為亞硝，和城市污水同步處理。如果含有兩千毫升的氨氮經(jīng)過厭氧氨氧化處理，產(chǎn)生220毫升的硝態(tài)氮也很高，厭氧氨氧化用短程反硝化也是非常好。短程反硝化就是把硝態(tài)氮還原成亞硝，不是還原成氮氣的過程。
比如說一個污水處理廠短程硝化很難，我們讓它全程硝化，有機物沒有了，把氨氮硝化成亞硝，我們硝化成硝態(tài)氮，把這個水回流過來和原水混合，這里有硝態(tài)氮、氨氮和有機物，把這里硝態(tài)氮還原成亞硝，自然和水中氨氮產(chǎn)生反應。
我們看一看，這是傳統(tǒng)的硝化反硝化的過程。這是短程硝化耦合厭氧氨氧化最艱難的過程。如果是短程反硝化耦合厭氧氨氧化，把氨氮全部硝化成硝態(tài)氮，也是很難的。短程硝化耦合厭氧氨氧化，僅僅把部分氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝，完全不用有機物，節(jié)省100%的碳源。
厭氧氨氧化處理城市污水的展望。主要存在三個瓶頸，第一個低氨氮。城市污水氨氮非常低。產(chǎn)業(yè)化應用都是高氨氮的廢水，少則一千，多則幾千，每升毫克的氨氮，包括高濃度的工業(yè)廢水，低氨氮的很難實現(xiàn)。
第二個低溫。城市污水溫度隨季節(jié)變化，常常在20攝氏度以下，因此很難達到30度，因此對厭氧氨氧化應用產(chǎn)生非常大的障礙。
第三個厭氧氨氧化富集非常慢，氨氮濃度低于，城市污水量大，少則幾萬噸，多則幾十萬噸，主流污水利用厭氧氨氧化困難也比較大，三個瓶頸阻礙厭氧氨氧化在主流城市污水中的應用與發(fā)展。
今后展望，可以在城市污水強化部分厭氧氨氧化，部分厭氧氨氧化也是相當節(jié)能或者降耗，節(jié)省碳源。第二個也可以考慮污泥發(fā)酵作為碳源實現(xiàn)短程反硝化和厭氧氨氧化結合。
