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上海市科学技术奖获奖成果⑦|为居民饮用水把好安全关

从不久前举行的2019年度上海市科学技术奖励大会上获悉,我校环境与科学工程学院副院长徐斌教授领衔的“大型城市供水系统安全消毒关键技术及应用”荣获科技进步一等奖。“项目成果应用于国内23个水厂,服务人口约4500万,研发的装备已经输出到‘一带一路’倡议沿线国家多个水厂,用户反响不错。”徐斌教授告诉记者。

消毒是饮用水处理必不可少的环节,传统的消毒方式是在经过混凝-沉淀-过滤后的水源水中加氯,从而灭活水中的致病微生物。那么,消毒是不是有氯万事足、一劳永逸呢?

事实上,水处理消毒远比人们想象的要复杂。徐斌介绍,消毒存在生物与化学两方面的风险,“一方面,致病微生物灭活难,消毒效果难维持;另一方面,消毒剂在灭活致病微生物的同时,不可避免会与水中有机物发生反应,生成强“三致”(致癌、致畸、致突变)毒性消毒副产物(Disinfection By-products, DBPs),对水质安全构成严重威胁。”

“协调控制这两方面风险,是难点,也是保障饮用水安全的关键。”徐斌说,消毒效果保证与消毒副产物控制在上海尤为重要。“一方面,上海的水源水跟国外比,有机物浓度更高,水质风险因素更多;另一方面,作为超大型城市,上海供水系统复杂、规模大、管网流程长、社会影响大。”

“饮用水安全事关国计民生,我们责无旁贷。”面对国家重大战略需求,徐斌带领团队围绕饮用水消毒工艺高效运行与水质风险削减等关键难题,历经十余年的持续研发,在水质风险识别与检测、饮用水安全消毒集成关键技术、大型管网消毒维持与末端风险控制等方面取得了一系列创新性成果,有效保障了居民饮水健康。

识别与检测水质风险是消毒的前提,但如何快速识别与定量供水系统存在的致病微生物?如何有效识别DBPs?如何进行分析检测?这些问题一直制约着城市自来水厂消毒技术水平的提升。经过科研攻关,徐斌团队攻克了饮用水中多类型致病微生物及DBPs识别与检测关键技术,解决了这些技术难题。“对于致病微生物,传统的识别与检测,大概1—2周,我们的技术是3小时以内。”

DBPs的识别与检测表现也不俗。徐斌介绍说,应用该技术,团队新发掘识别出3类16种新型DBPs,实现了饮用水中50余种高毒性DBPs准确定量分析,较传统方法精度提升15%-35%。

风险识别出来了,如何真正实现自来水厂生物与化学风险高效协同控制?徐斌团队的解决方案是:深度处理工艺强化+新型工艺替代。团队开发了游离氯转一氯胺消毒成套技术;创新实施了多级屏障前体物高效削减深度处理技术;开发出具有自主知识产权的新型电解制次氯酸钠技术,实现产品装备化。

 一套组合拳打下来,自来水厂实现致病微生物与DBPs协同控制,致病微生物灭活彻底,出厂水DBPs生成潜能较常规工艺降低50%以上,出厂水总余氯中一氯胺占比90%以上,水厂消毒剂节支15%-20%。

消毒剂次氯酸钠发生装置

值得一提的是,团队开发的水质风险识别方法、自来水厂消毒技术方法、清水池系统化设计方法还有效支撑了上海市《生活饮用水水质标准》(DB31/T1091-2018)的出台和国家最新《室外给水设计标准》(GB50013-2018)的修订。徐斌告诉记者,作为我国第一部饮用水地方标准,上海标准的消毒相关指标优于现行国标水质标准,与国际先进水质标准全面接轨。“与国际相比,上海的消毒检测指标增加5项,提标40项。希望能给全国城市自来水可直饮目标实现提供一个参考。”