1 引言(Introduction)

　　渾河是國家水污染防治重點流域遼河流域的主要河流之一, 渾河中游坐落著以裝備制造業為主的重工業基地、東北地區重要中心城市沈陽市.工業結構性污染和城市化快速發展對渾河水環境造成了巨大壓力.持續削減污染排放, 整治河流水環境, 是近年來沈陽區域水污染控制與治理的基本策略和現實需求(環境保護部環境規劃院, 2017).國家科技重大水專項“十二五”“渾河中游水污染控制與水環境綜合整治技術集成與示范”課題(簡稱“渾河中游課題”)針對難生物降解工業園區制藥廢水處理、污泥處理處置、城市河流水環境的濕地凈化, 以及水環境評價和污染源解析等開展了大量科學調查和技術研發工作, 不僅獲得了豐富的科研成果, 也反映出當前流域水污染控制與治理的難點科技問題和關鍵技術需求.

　　2 制藥工業園區難降解廢水處理(Refractory wastewater treatment of pharmaceutical industrial park)

　　制藥園區廢水是沈陽市區域水污染治理的重點和難點之一.制藥廢水成分復雜、生物毒性高、具有“三致”風險(Cabrita et al., 2010);制藥廢水在園區經過分質處理和綜合處理, 出水(尾水)COD達到300 mg·L-1標準(Gobel et al., 2007)后, 排入城市綜合污水處理廠進一步處理.對沈陽制藥園區尾水進行成分分析, 檢測出近50種有機物, 主要包括烷烴類、苯胺類、吡啶類以及其它雜環類化合物, 多為生物難降解物質(Chelliapan et al., 2007; Yuan et al. 2013);這種園區尾水可生化性極低, 給城市綜合污水處理廠的穩定運行和達標排放造成困難.如何提高制藥園區尾水的可生化性、降低其生物毒性, 成為制藥園區尾水處理的難點問題之一(Long et al., 2013).物化預處理是降低廢水生物毒性、提高其可生化性的有效手段;高級氧化技術(AOPs)在處理藥物污染物方面應用較多(Kim et al., 2009;Trovó et al., 2012), 常見的AOPs主要包括Fenton氧化法、臭氧氧化法、UV/H2O2光化學氧化法等(Amin et al., 2006; Esplugas et al., 2007;Deegan et al., 2011; 張薛等, 2015), 并取得較好效果.渾河中游課題針對沈陽制藥園區尾水預處理開展了大量技術研究, 在物化預處理技術方面, 主要有UV/H2O2光化學氧化法和臭氧氧化法.選取典型污染物作為處理對象, 研究其物化預處理過程中的轉化規律, 闡釋反應機理, 對于優化工藝、提高處理效率具有重要指導意義.研究中選取了苯胺類化合物對乙酰氨基酚(AAP), 研究了UV/H2O2的降解動力學及反應途徑, 考察了反應要素對AAP降解效果的影響, 根據反應中間產物分析, 提出UV/H2O2降解AAP的途徑;還對UV/H2O2工藝的電能利用效率進行了評價.這些研究對優化AAP降解工藝技術具有參考意義, 也可為制藥廢水處理技術研發提供借鑒.

　　3 污泥處理處置與過程污染控制(Sludge treatment and disposal and process pollution control)

　　隨著污水處理能力的提升, 污泥的處理處置成為一項重要任務.相比于污水處理廠的建設速度, 污泥處理處置設施的建設滯后.“十一五”末, 沈陽市的污水處理能力已經達到近200×104 t·d-1, 日產污泥近1000 t, 卻沒有正規的污泥處理處置設施, 基本采用簡易填埋堆存來處置, 造成嚴重的環境隱患(Steinle, 1993; Feng et al., 2015).在東北寒冷地區, 如何有效地處理污水處理廠污泥, 進而實現安全處理、資源化利用是一個難題.渾河中游課題開展了污泥處理處置的大量技術研究, 除了基本的生物干化技術, 還注重污泥處理過程中廢氣污染的控制和基于資源化目的的營養物質的固定化, 以減少溫室氣體排放和氮素損失.通過堆肥反應試驗, 考察沸石粉和硝化抑制劑DMPP投加對污泥堆肥過程的影響與過程機制, 明確了沸石粉的投加有利于污泥堆肥中有機物的降解, 并可減少37%的氨氣排放, 以及CH4和N2O的排放, 為污泥保氮堆肥處理處置、實現資源化利用提供了科學依據和應用參考.

　　4 復合型人工濕地的微生物作用機制(Microbiological mechanisms of composite constructed wetland)

　　實現水環境質量改善和水生態功能提升是水污染防治工作的根本目的.在控制工農業和城市污染的基礎上, 整治河流水環境、尤其是城市水環境是當前一項急迫的任務(Lake et al., 2007; Martinezpaz et al., 2014).在東北寒冷地區, 如何利用人工濕地凈化低濃度污水和低污染河流水、提升水環境質量, 是一個難題.近年來人工濕地技術的研發與應用, 為水環境治理提供了多種選擇, 提高濕地效率和生態景觀效果是技術層面需要繼續突破的難題.渾河中游課題開展了濕地的構型和運行方式設計等大量技術研究, 其中針對國內研究較少的潮汐流人工濕地, 運用分子生物學技術對潮汐流-潛流組合工藝中微生物群落分布特征進行深入分析, 應用PCR-DGGE技術識別系統中微生物群落, 對比分析群落活性與功能, 分析微生物群落結構與代謝特征變化, 明確潮汐流-潛流組合工藝系統中不同單元的菌群功能特征, 為進一步闡明人工濕地強化生物脫氮除磷的生物學機制提供了理論參考.

　　5 基于治理技術對策的河流水環境研究方法(River water environment research method based on governance technical countermeasures)

　　流域水環境治理, 尤其是城市河流水環境整治是近年來國家水污染治理的重點領域(中國國務院, 2015).制定科學的河流水環境整治方案, 需要客觀評判水質時空差異, 準確地追溯污染源、識別關鍵污染因子, 進而提出針對性技術對策和管理措施.然而, 由于流域經濟社會、自然環境、治理水平等千差萬別, 形成科學的治河方案并非易事.渾河中游課題開展了沈陽市經濟社會發展重點區域渾南水系和蒲河小流域的治理技術和管理對策研究;在研究方法上, 采用了主成分分析、聚類分析、三維熒光光譜等方法(Borisover et al., 2009; Osburn et al., 2012), 形成了退化河流水環境和水生態質量評價、污染源解析、污染要素識別的特色研究方法.這些方法不僅在課題研究中發揮了重要作用, 還被應用于其他流域區域的河流水環境研究, 如珠江流域湖南省境內河流武水河的研究中, 科學地評價了河流水質時空差異, 準確辨識了營養物和有機物污染來源, 形成了治理技術對策和建議.

　　本專欄報道的是“十二五”水專項渾河中游課題技術成果的一部分, 涵蓋了物化法強化廢水處理工藝、礦物材料在污泥處理處置中的運用、濕地生態系統微生物生態學機理等科學問題的闡述和技術創新, 謹與水污染控制與治理方面的研究者交流分享, 供批評指正