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全球气候变化和环境污染给人类带来了前所未有的挑战，“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。

任洪强院士团队立足国情阐述了污水处理科技创新新需求，聚焦科技前沿和热点。他们提出，未来污水处理领域应构建“减碳-减污-健康-智慧”协同新体系，并重点与以往以材料基因组学、合成生物学、人工智能等为代表的新技术融合。为高水平科技创新引领优质水环境保护和产业健康发展贡献力量，共同迈向零污染地球。

摘要图

PART/1 污水处理技术创新需求

国际需求

联合国环境规划署（UNEP）发布的《为了人类和地球：联合国环境规划署2022-2025年应对气候变化、自然和生物多样性丧失、污染和废物的战略》以及2017年提出的“地球边界”概念近年来，它为解决全球环境问题提供了新的视角。加强水环境管理、加快数字化转型刻不容缓。

国内需求

当前，我国污水处理领域面临碳达峰与碳中和、污染减排协同、新污染物管理、行业标准化与智能化等新形势。一系列新政策的出台正在加速低碳技术和原始设备的推广。 、智能化管理、简化工程。

图1 中国最新污水处理政策

PART/2 污水处理技术前沿

研究动态

通过文献计量分析，团队发现水环境修复技术和机器学习是当前水处理领域的研究热点。此外，物理化学处理的研究重点集中在高级氧化技术（特别是光催化和纳米材料的应用）上，而氨氮高效去除、绿色水处理化学品、短流程技术和废水资源化是未来重要的发展方向;微污染水体、微生物组学、多污染物协同降解、脱氮除磷、减毒是生物处理的研究热点，功能菌群用于复杂污染物降解减毒高传质生物反应器的构建生物加工的智能化管控是重要的发展方向。

热点工具

当前，以材料基因组学、合成生物学、人工智能为代表的新技术不断融入水处理技术研究中。材料基因组学整合高通量材料计算设计、高通量材料实验、材料数据库三大要素，助力新材料“按需设计”；利用合成生物组学设计和改造生物系统，构建典型环境污染细菌的高效降解；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、修复和系统管理提供重要支撑，在污水处理领域具有广阔的应用前景。

图2 废水处理研究热点：（a）物理化学处理； (b) 生物处理

PART/3 污水处理技术创新之路

减碳技术

污水处理减碳应从源头减碳、过程碳控制、终端碳封存三个方面考虑：源头减碳可从污水管网改造和修复、优化污水处理工艺、更换高浓度废水等方面实施。 ——耗能设备、智能化管理。利用热能和有机物进行污泥处理和中水回用，可以替代供热、供电过程中的部分碳排放，增强生态缓冲区、湿地等水生生态系统的末端固碳能力。

“减碳-减污”耦合技术

在满足高水质标准需求的过程中通常很难实现低碳。因此，我们应该注重碳减排和污染减排的协同作用。团队构建了“入口碳导甲烷回收+藻类-生物膜脱氮除磷+自养反应复合反应器”。硝化深度反硝化+过程智能“智能管控”的一体化过程（如下图），通过减量（碳转移、碳捕获、碳封存）、减量（减少能源物耗）、回收（回收化学能、水和热），协同（水/泥浆/气处理协同），实现污水处理减碳与减污的高效耦合。

图3 废水处理减碳减排耦合技术工艺重构实例

“减碳-减污-健康”协同技术

为进一步解决污水处理出水毒性增大、低浓度复合污染物长期暴露等带来的水质风险问题，需要重点关注污水处理出水水质风险防控机制的核心问题。环境污染、气候变化的双重影响，减少环境污染。在碳减排目标基础上，增加“风险防控”内涵，形成“碳减排-污染减排-健康”协同技术体系，将研究重点从应对转向新污染物控制水质改善和健康风险控制。

减碳减排协同效率标准体系

经梳理发现，污水处理工程数量、质量和管理标准都比较少，低碳污水处理标准尤其缺乏。未来要着力推进“碳排放核算-碳污染协同技术-装备-材料-工程”-评估-管理”低碳污水处理全链条标准体系建设，引领支持污水处理减碳与减污协同。

智慧污水处理技术

重点推进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、新型污染物高效去除为导向，利用人工智能技术预测新材料的潜在结构和功能构建具有吸附、催化、无二次污染的高性能新型功能材料，聚焦多目标、短流程过程，重构双碳背景下的新型污水处理工艺。

PART/4 展望

我国污水处理领域要抓住历史机遇，充分学习新一轮科技革命成果，探索构建“污水处理+”新体系，即“减碳—污染”减排-健康-智慧”，并加快与材料基因组学、合成生物学和人工智能等的融合，努力推动自主科技创新步伐，共同迈向零污染地球。

关于作者

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任洪强，环境工程专家、中国工程院院士。现任南京大学环境学院教授、博士生导师、院长，国家优秀工程师团队“工业废水处理技术与装备”带头人，“水质风险控制工程”带头人”国家自然科学基金委中国基础科学中心项目。长期从事工业废水和工业园区水污染防治的创新研究。发表论文300余篇（SCI收录论文200余篇），专着5部；已获授权中国发明专利120余项，美国、欧盟发明专利40余项。文件；主持国际/国家/行业/地方标准制定 累计获得国家及省部级科学技术奖17项，其中国家技术发明二等奖3项、国家自然科学二等奖1项、何梁奖1项何利基金会科技创新奖、省部级科技奖。获科学技术奖一等奖7项、国际ISO杰出贡献奖1项、中国标准创新贡献奖1项。

手稿|黄辉，南京大学

编辑|高跃

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本文内容来自FESE期刊2024年第6期第18卷发表的Perspectives文章《中国废水处理的科技创新》。通讯作者为南京大学任洪强院士。

引用格式：黄辉，马锐，任洪强。我国废水处理科技创新.正面。环境。科学。工程，2024，18（6）：72

本文来自特刊 - 迈向无污染的地球

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