图1催化臭氧氧化机理
图2吸附材料脱氮除磷性能
图3城市污水再生智慧运行边云协同管控系统开发与测试环境
众所周知，我国是水资源严重短缺的国家，北京水资源供需矛盾更为突出，人均水资源占有量仅为全国人均水资源占有量的1/7。城市污水水量大，来源稳定，是重要的非常规水资源，但其水质复杂，高品质再生利用时存在氨氮深度去除效果不理想、新污染物难以矿化去除，以及再生工艺稳定运行预测预警体系不健全、膜污染严重等问题。因此，富联平台资源环境研究所水资源研发中心研究团队依托2022年创新工程项目开展了相关研究，开发了一种催化剂和两种吸附材料，建立了一套污水高品质再生工艺系统，构建了再生水处理工艺预警指标数据库，在新材料开发、新污染物矿化去除、氮磷高效吸附去除、再生工艺关键指标精准预测等方面均取得了一定的突破。
针对新污染物难以矿化问题，团队开发了高性能低载量Mn-Ce@Al2O3催化剂，相比于文献报道的同类型催化剂，活性组分含量大大降低，且分布更均匀；对比同类型市售催化剂，催化效率提高10%-30%。针对低浓度氮磷去除效果不理想问题，团队研制的颗粒海藻酸钠基复合氨氮吸附材料可实现92%的氨氮去除，同时开发了新型Mg/Al-La复合吸附材料，其具有磷酸盐去除率高（98%）、吸附容量大(70.3mg/g)、pH适用范围宽(3-10)和磷酸盐选择性好等优势，对磷酸盐的吸附量较文献报道的同类型吸附剂提高了42%以上。针对纳滤膜污染问题，团队开发了在线渗透清洗技术，较传统水力清洗更加高效，有效缓解了膜污染，大大延长了纳滤膜的化学清洗周期，延长了膜寿命，保障了膜系统的长期稳定运行。基于上述成果，团队建立了“催化臭氧氧化-高效吸附脱氮除磷-纳滤”工艺系统，能实现低浓度氮磷的深度脱除，总有机碳（TOC）去除率可达85%以上，高品质再生水资源回收率达到80%以上。
此外，团队基于活性污泥模型（ASM）开发了氨氮和硝氮生物去除动力学在线建模技术，将氨氮、硝态氮预测的准确度分别提升至87%和82%。基于风险分析与关键控制点（HACCP）理论，形成了预警指标体系构建方法和流程，开发了预警指标库；首次将边云协同计算范式应用于再生水处理工艺，实现了数据的高质量采集，边缘端向云端的数据传输量降低了95%以上，计算负荷由97%降至83.1%。
目前，团队基于该项目发表学术论文6篇（其中高水平SCI论文4篇），申请发明专利5项，取得软件著作权3项。开发的相关技术能够推动城市污水高标准再生利用，从而节约常规水资源，削减污染物排放量，改善水环境，具有显著的社会、经济和环境效益，对于解决我国水资源短缺问题、实现“双碳”目标具有重要的意义。后期，团队将进一步优化相关技术，积极推动其产业化应用。
(何灿/文 李兵 孙志猛 魏婷 王倩/图)