技术成果_创新成果-科创海

城市剩余污泥处理技术

马丽敏

清华大学/资源与环境

现代高效的生活污水和工业废水生化处理技术在净化水体的同时带来了严重的剩余污泥问题，污染物只是从水体环境介质转移至固体环境介质中，并没有从真正意义上削减污染物排放。污泥的粘度大，含水率高，处理过程能耗高。

本项成果提出污泥水热干化技术，基于细胞破碎原理，在密闭容器内，控制一定的温度和压力进行反应，污泥中的固体有机物发生水解，细胞破裂，胞内水分释放，胶体结构破坏，污泥的固液分离性能和生物降解性能得到显著改善，有利于后续处置和利用，整体处理效率提高。研究和运行结果表明，经过水热干化系统处理后的污泥粘度下降两个数量级，有机固体溶解率大于30%，直接脱水后污泥含水率低于40%，可将常规脱水泥饼减量化60%以上。在此基础上研制开发了浆化反应器和连续闪蒸反应器，并成功组合到水热干化处理系统中，利用闪蒸乏汽返混、蒸汽与机械协同搅拌、伴随物质传递的能量交换，解决了高固体污泥进料和水热污泥换热的关键问题，实现了系统的连续运行与大幅度节能。

多级闪蒸水热预处理系统

一种面向生态环境保护的待建水库的生态库容确定方法

马丽敏

清华大学/资源与环境

传统的水库规划与修建，都是以防洪、供水、发电等社会功能和经济功能极大化为目标。这些水库的调度运用，改变了河流水文的自然过程及规律，影响到鱼类等水生生物的栖息生存，对河流生态系统造成威胁。根据现实需要，有必要在传统库容的基础上专设生态库容，发展生态库容确定方法。目前，在待建水库规划中，还未有生态库容的确定计算方法，水库运行中就难以明晰和协调人类社会经济、防洪和生态目标的水量调度。

本项成果根据人类经济社会需水量、生态环境需水量和上游河流的天然来水量，定出水库需补充放水的起止时间作为水库一年的供水期；然后计算供水期各时段的不足水量并进行累加，得到该天然来水量下的待建水库的总调节库容，将该调节库容按照其供水期需水量比例进行库容的分配；最后通过各年生态库容的计算，绘制生态库容频率曲线，得到满足设计保证率要求的生态库容。本项成果弥补了传统水库库容设置未能考虑生态供水的弊端，能减少规划待建水库面临的社会阻力。

待建水库水资源利用的示意图

1是上游河流，2是渠道，3是汇流分支，4是待建水库，5是汇流节点，6 是生态控制断面，7是供水区农业用水，8是供水区工业、城市和生活用水

一种面向环境保护的联合调度水库群的生态库容确定方法

马丽敏

清华大学/资源与环境

水库群的联合调度是流域水资源利用和管理的重要手段，传统水库群的运行与调度，都是以防洪、供水、发电等社会功能和经济功能极大化为目标。随着生态环境问题的日益突出，河流生态环境需水也就成为水库调度中越来越重要的任务，一些学者纷纷提出了生态调度的概念，并将生态流量与水库调度结合，发展了考虑生态需水量的水库调度方案和规则。近年有学者提出了水库生态库容概念，并讨论了其对保障生态流量的必要性，其确定方法是对设置的生态限制供水线进行优化，仍是在传统库容和调度方法上的约束调度，容易使枯水季节只有生态供水，而人类生活生产需水缺口较大，矛盾依然突出。此外，传统的水库设计管理中库容设置仅有死库容、兴利库容和防洪库容确定方法，根据现实需要，有必要在传统库容的基础上专设生态库容，发展生态库容确定方法。

目前，运行的水库中还未有生态库容的确定计算方法，难以明晰和协调人类社会经济、防洪和生态目标的水量调度。生态库容的确定因有三种情形而方法不同，即单一待建水库的生态库容确定，单一已有水库的生态库容确定和联合调度水库群的生态库容确定。联合调度水库群的河流上因各个断面的生态流量目标各不相同，上游水库的生态供水量同时成为下游水库的入流量，无法区分该水量是专门用于生态流量还是向下游人类经济社会供水，至今尚无联合调度的水库群的生态库容的确定方法。

本项成果首先根据河流管理部门规定的河流生态流量和需水量要求，确定优化目标和约束条件，建立水库群生态用水调度优化模型，随机生成多目标的权重集合并求解，确定满足人类社会经济和生态缺水率特定协调值的优化供水方案；然后计算每年各水库补水所需的调节库容，选取90％保证率对应的调节库容；最后计算无生态目标下的调节库容，将其差值确定为生态库容。本项成果的优点是弥补了传统水库群调度中库容设置未能考虑生态供水的弊端，根据水库群生态用水调度优化模型和情景分析，能得到更为合理的生态库容。

待建水库水资源利用的示意图

1是上游河流，2是渠道，3是汇流分支，4是待建水库，5是汇流节点，6 是生态控制断面，7是供水区农业用水，8是供水区工业、城市和生活用水

一种用于室内物品及材料化学污染物释放测量的检测系统

马丽敏

清华大学/资源与环境

本项成果属于室内环境检验领域，特别涉及用于室内物品材料化学污染的检测系统。室内化学污染受到了越来越多的关注，室内化学污染主要表现为室内空气中存在大量的挥发性有机物(VOCs)，例如，居室装修材料散发出甲醛、苯系物等对暴露人群造成包括致癌等各种健康危害。因此，有必要对建材、家具和家用及办公电器等物品材料的VOCs散发情况进行检测。家具等物品一般尺寸较大，并且VOCs的散发通常是低浓度的，因此对家具等进行全尺寸VOCs散发检测需要较大的检测舱，检测过程需要控制的参数很多，有温度、压力、湿度、风速、送风量、背景浓度、漏气量、混合度以及吸附量等，这就对检测舱空气处理系统要求很高。目前，已有检测舱建造方案为避免自身成为污染源和控制送风的背景浓度，要求空调器安装密闭性要非常好，并且要求空调器的加热盘管和冷却盘管采用不易吸附污染物的特制材料，需要热湿处理，从而增加了成本。

本项成果提供一种新型的用于室内物品及材料化学污染物释放测量的检测系统，采用两套空气处理设备控制实验室及检测舱的环境，使其温度、湿度、背景浓度、颗粒物浓度、混合度和送风量达到标准，提高了室内物品材料化学污染的检测质量，并且，检测舱送风经过空调器热湿处理后，又依次经过了初效过滤器、活性炭过滤器和高效过滤器，更有力的控制了送风的污染物浓度，降低了对空调器制造和安装的要求，从而降低了成本。

检测系统总体结构示意图

生活垃圾微波等离子气化和回收一体化系统

马丽敏

清华大学/资源与环境

微波等离子体气化和回收一体化系统，用来解决固体可燃垃圾废品的资源化利用问题。随着我国经济实力和技术储备的增强，各种生活垃圾处理处置技术在我国得到了不同程度、不同范围的研究和应用，很多地区已经建立了现代化填埋场、机械化堆肥厂和焚烧厂等多种处理设施。目前，我国生活垃圾处理方式主要采用填埋方式为主，垃圾焚烧和堆肥等方式作为辅助方式。

2016年中国生活垃圾处理方式比例图

由于我国生活垃圾成分复杂，有机物含量较高，直接填埋将造成资源浪费；由于杂物太多，未实现良好分类，堆肥后肥效不高，无法产生经济效益；而且垃圾中水分含量过大，焚烧成本高，无法达到资源化利用，并且产生难以处理污染大气的臭气，需要耗费巨大后期处理成本。例如：塑料垃圾的问题，由于塑料难以降解，可存在上百年，在土壤中掩埋多年也无法被微生物分解，污染大量土地资源，侵占人类生存空间。塑料还会以微粒的形式，进入地下水和海洋，在自然界中循环。明尼苏达大学2017年9月公布的研究报告，美国94%的自来水中检出含有塑料微粒，欧洲为72%。

固体废弃物处理未来发展的基本方向为减量化、无害化和资源化。一方面，在超大型城市，仍会以大型集中式垃圾焚烧发电项目作为垃圾处理的主要方式；另一方面，在中小城市及乡镇地区，则会以小型分布式垃圾热解气化，进行垃圾资源的充分利用。

未来垃圾处理发展方向

微波等离子专利技术，能够对垃圾废物进行高温分解，并将其转化为无害的碳基材料。产生的固态碳基材料的体积，不超过远垃圾总量的10%，并且可以进一步回收利用，减少了CO₂排放。微波等离子体加热过程中产生的热量能够回收利用，使得设备能够实现自身的能量循环。项目组目前设计、提出了微波等离子体焚烧热解系统，能够迅速产生上千度的高温等离子体，使得固体废弃物热解、气化，高温等离子体处理不产生二噁英等副产物。

微波等离子体技术特点

大气污染源排放清单编制技术与分析系统

马丽敏

清华大学/资源与环境

本项成果提供了一种大气污染源排放清单编制技术与分析系统，应用该系统可获得规范统一的排放清单数据产品。

从建立规范的清单编制方法入手，建立与国民经济统计体系接轨、与环境统计数据体系兼容的中国城市大气污染源分类分级体系及编码规范；规范对接城市政府工作部门机构职能的大气污染源名录梳理方法；通过调研城市委办局与县市区，获得横纵交织、条块结合的排放源基础数据，采用数据融合方法，实现数据多源归一，得到属地清晰、底数翔实的城市污染源名录；规范了活动水平调查表格，并建立了规范化的包括完整计算参数的业务化清单数据体系，获取排放清单计算及校验的相关参数，得到可追溯、可校验、可核查的可靠数据。

在环保部2017年京津冀及周边地区“2+26”城市排放清单编制工作中，“大气污染源排放清单编制与分析系统”得到了推广应用。本次排放清单编制工作作为近年来规模最大的一次排放清单业务化实践，收集了数以十万计的污染源信息，指导“2+26”城市以统一规范的技术方法编制了2016年大气污染物排放清单，为重点源筛选、重污染应急、控制措施效果评估、空气质量达标规划等业务工作提供了基础数据。

分散性城镇污水处理技术

马丽敏

清华大学/资源与环境

现代化工业国家采用建立集中式管网收集系统和大型污水处理厂集中处理生活污水，能进行可靠有效的管理和控制，但集中式污水处理厂需要配套大量的管网收集系统，难以适用于污水集中困难的部分地区。

基于特定区域污水排放分散、水质水量波动大等特点，本项成果提供了一种分散式污水处理技术，根据不同的环境条件和排放目标，设计了系列的一体化处理工艺与成套装置，具有高稳定性、集约低耗、易维护等特点：不依赖于复杂的基础设施，受外界影响小；系统自主建设，运行管理比较方便，不易受到不可预知的人为破坏；处理后污水易于进行回用。

城市污水与工业废水臭氧氧化深度处理技术

马丽敏

清华大学/资源与环境

针对城市污水和工业废水难处理程度的增加与排放标准的提升，作为主流深度处理的臭氧技术应用越来越广泛，本项成果通过将有效谱段的紫外与臭氧协同耦合，转臭氧氧化为氧化还原电位高、对污染物无选择的羟基自由基的高级氧化技术，变传统臭氧氧化池为撬装钢结构的管式O3/UV反应设备，提高氧化性能、减少臭氧使用量、降低运行费用。