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@城科会水环境与水生态分会
2022（第四届）城市水环境与水生态科普创意大赛（以下简称为“科普赛”）是中国城市科学研究会水环境与水生态分会（以下简称为“水分会”）发起主办，湖北省科学技术协会、华中科技大学联合主办，面向高校在校生征集并评选优秀科普创意作品的全国性比赛。
科普赛是水分会的品牌活动，首届承办单位有南京大学环境学院、共青团南京大学委员会，第二届承办单位为清华大学环境学院，第三届承办单位是东北师范大学、吉林省科学技术学会，大赛旨在全社会营造关于水理念、水知识与水行动的科学氛围，推动水共识的形成。
本届科普赛以“水-回用之道”为主题，自一月份启动以来，组委会共收到500余份科普作品，经历了初评、复评的层层筛选，来自南京大学、同济大学、华中科技大学、中国地质大学、南开大学等高校的24支队伍杀出重围，闯入决赛！在新冠疫情管控常态化形势下，本次决赛于10月22日采用线上评审的方式进行最后角逐，共评选出特等奖1名、一等奖3名、二等奖6名、三等奖9名、单项奖5名。
小水将每周发布
获奖的优秀科普作品
敬请关注！o(*^＠^*)o
☆ 三等奖 ☆
科普文章类
《一滴污水的冒险故事》
华中科技大学 余钰泽团队
作品简介：
目前群众对于再生水的心理障碍是我国再生水利用过程中的一大阻力，“再生水是用污水生产的，水质很差“、”使用再生水对人体有害”一类的言论屡见不鲜，大家对于用污废水进行再生利用始终抱有抗拒心理。群众往往只关注到了再生水的源和尾，因此让群众对再生水的生产过程有一个清楚的认知是十分重要的。
“某天，平凡的小废污得到了一张藏宝图，据说图上标记的是一条能让污废水们重获新生的试炼之路。为了实现自己的梦想，小废污毅然踏上了征程，奇妙的冒险之旅就此展开——”本篇科普文章以小废污的试炼之旅为引，对再生水处理系统中的物理处理、生物处理、深度处理、消毒处理以及最后的再生水利用这几大方面进行了介绍，旨在让读者了解再生水的处理流程和基本原理，处理过程中对污染物的处理效果以及再生水利用的分类原则以及标准体系。
“即使是以污废水作为生产源，在到作为再生水进行回用这一环节是会经过一系列多样的处理过程，且最终有着严格技术标准的”这是本篇科普想要传达给读者的关键思想。
赶路ing~~~
第一关 物理拦截
冒险小课堂之
“神秘的物理力量”
像小废污一类的生活污水中含有大量的漂浮与悬浮性物质，含量高的可达每升几百毫克，包括无机和有机的。
再生水的处理工艺中第一步主要通过物理方法去除污水中不溶性的漂浮、悬浮性物质。主要方法包括筛滤截留法，如利用筛网﹑格栅等技术，以及重力分离法，如采用沉砂池﹑沉淀池等。WPCF*数据显示，一级处理对SS*去除率能达到50%以上，此外对BOD*、COD*以及各种重金属的去除率约在30%~50%。
（WPCF：水污染控制联合会；BOD：生化需氧量，代表污水中可以被生物降解的污染物浓度；COD：化学需氧量，反映水中能被强氧化剂氧化分解的污染物浓度；SS：污水中悬浮固体物质）
冒险继续~~
第二关 生物魔法
冒险小课堂之
“神奇的微生物”
污水再生的第二阶段是生物处理，像活性污泥法、生物膜法等都是高效的生物处理工艺，对BOD的去除率可达85%~95%，并能显著去除部分重金属和部分毒性有机污染物，对于氨氮和磷的去除率分别能达到60%和40%以上。
那么小小的微生物是如何发挥作用的呢？
微生物可以利用污水中的大部分有机物和部分无机物作为营养源，通过自身的新陈代谢将它们去除。根据参与代谢活动的微生物对溶解氧的需求不同,污水生物处理技术可分为厌氧生物处理、缺氧生物处理和好氧生物处理。
活性污泥法是城镇污水处理中较为常用的生物处理方法。细菌是活性污泥中去除水中有机污染物的主力军。常出现的优势种属是：产碱杆菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属、假单孢菌属（取决于污水中污染物的性质）.细菌们一方面发生分解代谢（降解污染物，获取生命活动的能量），一方面发生合成代谢（吃掉污染物，自己长大和繁殖）。原生动物通常作为指示生物评价指导污水厂的运行和处理效果，在数量和种类上仅次于细菌，常见的优势种是纤毛类。它们主要附聚在污泥表面，可通过吞噬游离细菌进一步改善水质。
氮磷等营养物质是水体产生水华的元凶。对于氮磷的去除能够有效降低再生水用于景观水体爆发水华，影响生态安全的风险。目前缺氧和好氧结合的生物处理主要用于生物脱氮,厌氧和好氧结合的生物处理则主要用于生物除磷。以国内常用的AO、A20脱氮除磷工艺为例，污水里的含氮有机物能在细菌的作用下转化成氨氮，后在好氧条件下，由硝化菌作用变成硝酸盐氮，最后在缺氧条件下（有时可能需要外加碳源提供电子）由反硝化菌作用，使硝酸盐氮变成氮气逸出去除。一部分氮也能够通过前面提到的细菌合成代谢作用转化为微生物组分，从而形成含氮污泥排出去除。磷的去除主要利用聚磷菌一类的细菌。聚磷菌们在厌氧状态能释放磷，在好氧状态能从外部超量摄取磷，并将其以聚合形态贮藏在体内，形成高磷污泥排出系统，达到从污水中除磷的效果。
经过了生物处理的污水在常规污水处理流程中一般能达到排放标准，作为二级处理出水排放。而我国污水再生处理系统则经常以二级处理出水作为水源，生产供给再生水。以生物处理工艺为主体的污水二级处理出水水质主要指标基本上能达到回用于农业的水质控制要求。
刚翻过了几座山，又越过了几条河~
做出选择后，小废污走上了属于自己的试炼道路——
第三关 深度净化
冒险小课堂之
“深度处理”
再生水处理工艺中进行深度处理的目的在于进一步去除二级出水中未能完全去除的有机污染物、悬浮固体、色度、嗅味和矿物质等。
回用水的用途不同,采用的水质控制指标和处理方法也不同。同样的回用用途,由于源水水质不同,相应的处理工艺和参数也有差异。目前，我国大多采用物化处理或物化生化处理组合技术对二级出水进行处理以得到达标的再生水。包括由混凝、沉淀、过滤工艺构成的传统三级处理流程、采用膜技术（微滤、超滤、纳滤、反渗透）的改进流程以及生物滤池、人工湿地等技术。对再生水水质有特殊要求的，进一步采用反渗透、离子交换、活性炭吸附、高级氧化等单元作为辅助手段强化处理。
以小废污试炼中经历的“双膜法”为例：双膜法采用“微滤/超滤+反渗透”组合工艺，微滤或超滤技术作为反渗透系统的预屏障，主要利用膜的小孔径去除水中的悬浮固体与胶体颗粒，同时去除水中部分细菌。反渗透技术原理则是在高于溶液渗透压的外压作用下，利用反渗透膜对水中溶解性物质进行去除，进一步确保再生水水质。反渗透膜的孔径单位可达10-9m，只能透过水而不能透过溶质，具有出水水质高、有机质和盐透过率低等特点，广泛用于污水脱盐回用工艺中。通过双膜法工艺深度处理后能够使水达到高品质再生水水质要求，目前在北京、天津、云南昆明等地区的再生水工程中已经得到了应用。
坚持就是胜利！！
第四关 消毒！消毒！
冒险小课堂之
“消毒工艺知多少”
消毒作为污水再生水处理中的最后一个环节, 对于预防病原微生物污染、保障水质安全具有重要意义。目前常见的消毒方法有氯化消毒、紫外线消毒和臭氧消毒。实际工程运用中也可以通过组合方式进行消毒处理。
# 氯化消毒
氯消毒是利用含氯消毒剂灭活致病细菌和病毒的技术，常用的含氯消毒剂有液氯、次氯酸钠、次氯酸钙或二氧化氯等。再生水厂常使用液氯消毒，其原理是液氯溶于水生成的次氯酸可以起到杀菌作用。氯消毒后则一般会进行脱氯处理以减少水中余氯。
#紫外线消毒
紫外线消毒是利用低压或中压紫外灯发出的光子能量来灭活水中各类病毒、细菌及其他病原体的DNA结构，通过抑制微生物繁殖能力从而进行灭活。紫外线对城市污水再生水消毒的中试结果表明，在适当条件下消毒后再生水的总大肠菌群指标能够满足《城市污水杂用水标准》要求，延长紫外线照射时间，总大肠菌群的光复活和暗复活能力都丧失。
# 臭氧消毒
臭氧杀菌具有广谱性, 可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等, 并可破坏肉毒杆菌毒素, 且反应快、投量少。利用臭氧对再生水进行消毒处理, 具有显著的杀菌和脱色效果, 对提高污水处理厂再生水品质效果明显。臭氧消毒在国内再生水利用工程领域已经取得较大成果, 在后期将有大规模利用。
冒险小课堂之
“再生水如何用”
国内外大量的实践经验证明，城市污水再生利用在技术上可行，随着水质净化技术的不断完善和进步，必将使城市污水再生利用的安全性得到进一步保证。事实上，污水再生利用已成为国外许多地区缓解水危机的重要途径，被广泛回用于工业、农业、市政杂用等用途。新加坡、纳米比亚等个别缺水国家和城市甚至回用于生活饮用水。
在我国，不断提高的再生水利用量有效缓解了水资源的短缺。《中国水资源公报》数据显示，我国再生水利用量已由2005年的10.9亿m3增长到2020年的108.9亿 m3。现阶段，我国再生水利用途径主要包括农、林、牧、渔业利用，城市杂用，工业回用，景观娱乐利用，饮用水增补和地下水补给等方面。面对再生水投入使用中遇到的问题，我国的再生水技术指标是在一直更新和完善的。据目前不完全统计，我国再生水利用相关技术标准主要有34部，其中国家标准13部、行业标准9部、地方层面的技术标准12部。
我国再生水回用相关技术政策发展（滑动查看）
秉持着“以用定质，以质定用”的再生水利用原则，2021年最新发布的《水回用导则》系列进一步对再生水进行了细致划分，严格实行优质优用、低质低用的利用方式。
不要走开，下面让我们采访一下主人公小废污~~
小废污你好，你的冒险经历已经被很多人知晓啦，大家都很好奇你的近况呢。
我现在已经成功在噼里啪啦工厂再就业啦，这也一直是我梦想中的工作，感谢国家给予我的这场冒险，让我获得了新生，重新找到了属于自己的价值！
听说你的哥哥姐姐们也成功完成了试炼对吗？
是的！我的姐姐现在在著名景点咕噜湖工作，我的哥哥在浇灌绿油油农田。不只如此，我的弟弟妹妹们也陆续踏上了属于他们自己的冒险，相信大家都能从这场冒险中获得新生。
屏幕前的大家看到这里想必对于我国污水再生处理工艺已经有了一定了解，可不要再因为我们再生水的原身是污水而心生抵触哦~
对呀，而且随着我国处理技术的发展以及相关标准政策的完善，像我一样的再生水的质量也会越来越高，大家可以安心使用啦(〃'▽'〃)
参考文献
高廷耀, 顾国维. 水污染控制工程(下册）[M]. 4版. 高等教育出版社,2015.
张自杰.排水工程(下册）[M]. 5版. 中国建筑工业出版社，2014.
胡洪营. 再生水水质安全评价与保障原理[M]. 科学出版社, 2011.
李肇桀. 再生水利用政策法规与制度建设[M]. 中国水利水电出版社, 2020.
胡洪营, 吴乾元, 黄晶晶, 黄璜, 赵欣. 城市污水再生利用安全保障体系与技术需求分析[J]. 中国建设信息(水工业市场), 2010(08): 8-12.
符家瑞, 周艾珈, 刘勇, 吴一楠, 李风亭, 王小军. 我国城镇污水再生利用技术研究进展[J]. 工业水处理, 2021, 41(01): 18-24+37.
卓雄.再生水生物污水处理及深度处理工艺择选研究[J].能源与环保,2021,43(12):31-35+41.
张国珍,孙加辉,武福平.再生水回用的研究现状综述[J].净水技术,2018,37(12):40-45.
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