Towards a pollution-free planet
Special issue
全球气候变化与環境污染给人类带来了前所未有的挑战，而“双碳”战略等新政策为污水处理领域赋能，是引领科技创新的重要抓手。
任洪強院士团队结合国情，阐述了污水处理科技创新的新需求，并聚焦科技前沿和热点，提出未来污水处理领域应构建“降碳-减污-健康-智慧”协同的新体系，并注重与以材料基因组学、合成生物学及人工智能等为代表的新技术的融合，从而在高水平科技创新引领高质量水環境保护和产业健康发展、共同迈向零污染地球中贡献力量。
摘要圖
PART/1
汙水處理科技創新需求
國際需求
联合国環境规划署（UNEP）发布的《为了人类和地球：联合国環境规划署2022—2025年应对气候变化、自然与生物多样性丧失、污染与废弃物战略》与近年提出的“Planetary Boundaries”概念，为解决全球環境问题提供了新视角，加强水環境管理、加快数字化转型迫在眉睫。
國內需求
当前，中国污水处理领域面临碳达峰和碳中和、减污降碳协同增效、新污染物治理、产业标准化和智慧化等新形势，系列新政的出台正加速推动技术低碳化、装备原创化、管控智慧化和工程简集化。
图1 中国最新的污水处理政策PART/2
汙水處理科技前沿
研究動向
团队通过文献计量学分析，发现水環境修复技术、机器学习是目前水处理领域的研究热点，进一步地，物化处理的研究聚焦高级氧化技术（尤其是光催化、纳米材料的应用），而氨氮的高效脱除、绿色水处理药剂、短流程工艺和废水资源化是未来的重要发展方向；微污染水、微生物组学、多污染物协同降解、氮磷去除、毒性削减则是生物处理的研究热点，而应用于复杂污染物降解和毒性削减的功能菌群构建、高传质生物反应器、生物处理智慧化管控是重要的发展方向。
熱點工具
当前，以材料基因组学、合成生物学及人工智能等为代表的新技术不断融入水处理科技研究。材料基因组学融合高通量材料计算设计、高通量材料实验和材料数据库三大组成要素，助力新材料的“按需设计”；合成生物组学用于设计和改造生物体系，构建典型環境污染物的高效降解菌群；人工智能技术利用现代信息技术和智能算法模型，为污染物的精准识别、控制修复与系统治理提供重要支撑，在污水处理领域均具有广阔的应用前景。
PART/3
汙水處理科技創新路徑
降碳技術
污水处理降碳应从源头减碳、过程控碳、末端固碳三方面考虑：可从污水管网改造修复、污水处理工艺优化、高能耗设备更替、智慧化管理等方面实施源头减碳，从污水和污泥处理中的热能及有机质利用、再生水循环利用等方面替代部分供热、供电过程碳排放，从生态缓冲带、湿地等水生态系统方面增强末端固碳能力。
“降碳-減汙”耦合技術
满足高水质标准需求的工艺往往难以实现低碳，因此应注重降碳与减污的协同，团队构建了“进水碳转向回收甲烷+藻-生物膜复合反应器脱氮除磷+自养反硝化深度脱氮+工艺智慧化管控”的集成工艺（如下图），通过降（转碳、捕碳、固碳）、减（减能耗物耗）、回（回收化学能、水热）、协（水/泥/气处理协同），实现污水处理降碳与减污高效耦合。
图3 废水处理减碳减排耦合技术工艺重构示例“降碳-減汙-健康”協同技術
为进一步解决污水处理出水毒性升高以及低浓度复合污染物长期暴露带来的水质风险问题，需将重点聚焦于環境污染、气候变化及其双重影响下水质风险防控机制的核心问题，在降碳、减污目标的基础上，增加“风险防控”的内涵，耦合形成“降碳-减污-健康”协同的技术体系，将研究重心从应对新污染物控制提质转向水质健康风险控制。
降碳減汙協同增效標准體系
通过梳理发现，污水处理工程、质量和管理类标准数量偏少，而低碳污水处理方面的标准更尤为缺乏，未来应着力推动构建涵盖“碳排核算-碳污协同技术-装备-材料-工程-评估-管理”的低碳污水处理全链条标准体系，引领支撑污水处理降碳减污协同增效。
汙水處理智慧化技術
应重点推动大数据驱动的污水处理功能材料及工艺优化研究：以常规污染物、特征污染物、新污染物高效去除为导向，运用人工智能技术对新材料潜在结构及功能进行预测、构建具有高吸附性、催化性、无二次污染的新功能材料，重点攻克多目标、短流程工艺，重构双碳背景下的污水处理新工艺。
PART/4
展望
我国污水处理领域应抢抓历史机遇，充分借鉴新一轮科技革命成果，探索构建“污水处理+”、即“降碳-减污-健康-智慧”协同的新体系，加快与材料基因组学、合成生物学及人工智能等的融合，努力推动自主科技创新步伐，共同迈向零污染地球。
作者簡介
任洪強 環境工程專家，中國工程院院士。現任南京大學教授、博士生導師、環境學院院長，國家卓越工程師團隊“工業廢水治理技術與裝備”負責人、國家自然科學基金基礎科學中心“水質風險控制工程學”項目負責人等。長期從事工業廢水、工業園區水汙染防治方向的創新研究，發表論文300余篇（SCI收錄200余篇），出版專著5部；獲授權中國發明專利120余件、美國和歐盟等發明專利40余件；主持研制國際/國家/行業/地方標准等100余項，共獲國家及省部科技獎17項，包括國家技術發明二等獎3項、國家自然科學獎二等獎1項、何梁何利基金科學與技術創新獎1項、省部級科技獎一等獎7項、國際ISO卓越貢獻獎1項及中國標准創新貢獻獎1項等。
文稿 | 黃輝，南京大學
编校 | 高岳
獲取文章原文
本文内容来自FESE期刊2024年第18卷第6期发表的Perspectives文章“Scientific and technological innovations of wastewater treatment in China”。通讯作者为南京大学任洪強院士。
引用格式：Hui Huang, Rui Ma, Hongqiang Ren. Scientific and technological innovations of wastewater treatment in China. Front. Environ. Sci. Eng., 2024, 18(6): 72 https://doi.org/10.1007/s11783-024-1832-3
本文来自 Special issue - Towards a pollution-free planet
WATER8848前言：環保企業確實迎來了新的發展機遇，這主要體現在以下幾個方面：
首先，隨著環保産業的進一步發展和深化，它已經從單純的環境治理擴展到了生態修複和管理。這意味著環保企業不再僅僅關注于汙染物的處理，而是需要解決更深層次的生態不健康和生態系統可持續性的問題。這爲企業提供了更廣闊的業務範圍和更大的市場空間。
其次，隨著環境管理從單純的環境管理、水質管理，發展到水質和生態的雙重管理，對環保企業的要求也更爲嚴格和全面。這要求環保企業不僅要有先進的治理技術，還需要具備生態監測和評估的能力。這將催生更多的産業機會，例如監測指標系統和監測裝備系統的研發和生産。
再者，循環型社會的構建爲環保企業提供了新的發展方向。通過循環圈、生態圈和物質的代謝圈的耦合，可以形成城鄉共同融合的循環性綠色産業鏈。在這個過程中，科技創新是關鍵，但也需要解決一些關鍵技術節點的問題，如低能耗、低物耗和低成本的循環技術等。這爲環保企業提供了發展相應技術和産品的機會。
最後，工業減汙降碳協同增效也是環保企業發展的必然趨勢。將減汙和降碳有機結合起來，不僅可以提高環境治理的效果，還可以推動環保産業的持續發展。這需要環保企業加強技術研發和創新，提高治理效率，降低治理成本。
總的來說，環保企業確實迎來了新的發展機遇，但也面臨著更高的要求和挑戰。只有不斷加強技術創新和研發，提高服務質量和效率，才能在市場競爭中立于不敗之地。同時，政府和社會各界也應給予環保企業更多的支持和關注，推動環保産業的健康發展。
曲久輝院士：發展新質生産力，構建“大環保科技、大環保産業”
国际水协第18届可持续污泥技术与管理会议 报名注册：https://iwa-sludge-2024.casconf.cn/userRegister
国际水协第十八届污泥大会日程-IWA Sludge Conference Programme Version 1.0
国际水协第十八届污泥大会日程-IWA Sludge Conference Programme Version 1.0.pdf會議報名注冊：https://iwa-sludge-2024.casconf.cn/userRegister
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