污水处理“降碳-减污-健康”协同新体系：从“治标”到“治本”的范式革命

    长期以来，污水处理厂被视为“环境守卫者”——核心使命是削减COD、氨氮、总磷等常规污染物，确保出水达标排放。然而，当“双碳”目标与新污染物治理双重压力叠加，这一传统定位正面临根本性质疑：出水水质达标了，就真的“安全”了吗？能耗降下来了，就代表“绿色”了吗？

中国工程院院士任洪强团队提出，未来污水处理应构建 “降碳-减污-健康-智慧”协同的新体系，在传统污染物削减和碳排放控制的基础上，增加“水质健康风险防控”的全新维度。这一主张直指行业核心痛点：污水处理出水的毒性升高、新污染物（如抗生素、微塑料、全氟化合物）的长期暴露，带来的健康风险如何评估与管控？

2026年，站在“十五五”规划的开局节点，一场从“治标”到“治本”的范式革命正在污水处理行业悄然展开。

一、为什么要谈“健康”？——被忽视的“最后一公里”

1.1 达标排放不等于安全排放

现行污水处理厂排放标准主要基于常规污染物（COD、BOD、氨氮、总磷）的浓度限值。然而，大量研究表明，即使常规指标全部达标，出水中仍可能残留复杂的新污染物混合物，其复合毒性效应不容忽视。

中山大学公共卫生学院近期举办的“新污染物健康风险评估交叉学科前沿论坛”上，专家们系统展示了典型新污染物的健康风险：微塑料与全氟化合物（PFAS）可对免疫、代谢及血管功能产生多层次影响。这些物质在污水处理过程中难以被完全去除，随出水进入受纳水体后，可通过饮用水或食物链最终进入人体。

1.2 “降碳”与“减污”可能相互冲突

更棘手的是，传统减污路径与低碳目标之间可能存在张力。例如，为应对新污染物而增加的高级氧化工艺（臭氧氧化、芬顿等），本身能耗高、碳排放量大；为降低能耗而优化的工艺参数，可能导致某些微量污染物的去除效率下降。

这种“按下葫芦浮起瓢”的困境，倒逼行业必须寻找“降碳-减污-健康”三者协同的最优解。

1.3 新污染物治理已成国家战略

2022年，国务院办公厅印发《新污染物治理行动方案》，明确提出对抗生素、微塑料、全氟化合物等新污染物实施全生命周期管控。2026年，相关政策进入落地深化的关键阶段。生态环境部等部门正加快制定重点管控新污染物清单，推动治理从“末端被动应对”向“源头主动防控”转型。

二、新污染物的“三重风险”：从环境行为到健康效应

2.1 抗生素：抗性基因的“隐形扩散”

温州大学赵敏教授课题组在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》发表的综述指出，尿液中检出抗生素最高浓度可达mg/L级别，不同人群、地域及职业暴露条件下差异显著。这些抗生素进入污水处理系统后，会驱动抗生素抗性基因（ARGs）在微生物群落中传播。

浙江大学生命科学学院吕镇梅教授团队在《Water Research》的最新研究发现，三氯生（一种广泛使用的抗菌剂）胁迫会重塑活性污泥微生物群落结构，改变ARGs的迁移路径，促使ARGs在不同宿主间移动，水平基因转移驱动关键类群的基因组扩张，破坏微生物网络的稳定性。这意味着，即使抗生素本身被降解，其“隐形遗产”——抗性基因——仍可能通过污水排放进入环境，威胁公共健康。

2.2 微塑料：从“白色污染”到“人体内忧”

微塑料在水环境中的检出已屡见不鲜。更值得警惕的是，微塑料可作为载体吸附其他污染物（如重金属、有机污染物），形成“复合污染”，并沿食物链传递。中山大学论坛上的报告指出，微塑料暴露可能干扰代谢功能，其健康风险评估需构建“暴露途径—关键毒性路径—功能终点”的系统框架。

2.3 PFAS：永不停歇的“永久化学品”

全氟和多氟烷基物质（PFAS）因其极难降解，被称为“永久化学品”。FAO发布的最新综述指出，PFAS等新兴微污染物在传统污水处理工艺中难以完全去除，而吸附法（尤其是基于磁性纳米材料的吸附技术）正成为有前景的替代方案。然而，吸附材料的回收与再生仍是规模化应用的瓶颈。

三、协同新体系的三大支柱：降碳、减污、健康

任洪强院士团队提出的“降碳-减污-健康”协同新体系，可拆解为三大技术支柱：

3.1 支柱一：水质健康风险精准识别

传统做法：仅监测常规理化指标（COD、氨氮、总磷等），无法识别复合毒性风险。

协同新要求：构建覆盖“新污染物识别—复合毒性评估—健康风险预警”的监测体系。

 

双生物指标协同预警：中冶生态环保研发的“发光菌急性毒性+硝化菌功能抑制”双生物指标协同预警模型，可实现对新污染物复合毒性的超前感知，预警准确率大幅提升。一旦系统识别毒性风险，立即联动厂区前端应急事故池，依据毒性等级自动启动分级处置机制，确保主生化系统安全。

 

 

水质指纹溯源技术：借助紫外可见光谱技术，为每批次进水建立专属“水质指纹”数据库，预警触发时可迅速锁定超标排放责任源。

 

 

AI辅助风险评估：中山大学论坛上的专家展示了人工智能在新污染物研究中的前沿应用，包括机器学习预测环境行为、深度学习构建结构-活性模型、大模型辅助筛选高风险污染物等。

 

3.2 支柱二：低碳工艺与健康风险协同控制

传统做法：为去除微量污染物而“堆砌”高能耗工艺，碳排激增。

协同新要求：研发低能耗、高效率的复合污染物控制技术。

 

MABR技术：能耗革命：中冶生态环保北京良乡厂自主研发的MABR（膜曝气生物膜）技术，通过中空纤维膜直接供氧，曝气能耗降低70%以上，率先勾勒出“近零碳水厂”雏形。这种低能耗工艺为后续深度处理预留了碳预算空间。

 

 

植物基碳源替代：中冶生态环保开发的植物基碳源制备技术，将秸秆等农业废弃物转化为“缓释-速释”双模复合碳源，既解决了碳源不足问题，又实现了“以废治废”的闭环处理。

 

 

光电催化等高级氧化：温州大学综述指出，光电催化等高级氧化工艺在实现新污染物高效降解方面具备广阔应用潜力，且可通过太阳能驱动降低能耗。

 

3.3 支柱三：资源循环与生态健康协同

传统做法：污泥处置“一埋了之”，再生水利用仅关注水量。

协同新要求：将污水处理厂打造为“资源循环枢纽”，同时保障循环产物的生物安全性。

 

污泥资源化闭环：良乡厂将污泥与园林废弃物混合，通过“薄层高压压滤+好氧堆肥”转化为有机肥料，实现“变废为宝”。但需警惕：若污泥中新污染物未有效去除，可能通过肥料进入农田，造成二次污染。这要求在资源化路径中嵌入健康风险评估。

 

 

再生水生态回用：济南起步区崔寨污水处理厂将处理后的中水广泛应用于河道补水、企业生产、道路喷淋、绿化灌溉，构建起水循环利用的闭环经济模式。但需确保再生水中新污染物浓度不对生态和人体健康构成威胁。

 

四、技术图谱：从“单点突破”到“系统集成”

协同新体系的落地，需要多种技术模块的系统集成。以下梳理关键技术方向及其协同价值：

技术方向	核心功能	协同价值	典型实践/研究
双生物指标预警	识别复合毒性	预防生化系统崩溃，保障稳定运行	中冶生态环保
MABR低碳工艺	降低曝气能耗70%	为深度处理预留碳预算	北京良乡厂
植物基碳源	替代化学碳源	降低药耗，实现秸秆资源化	中冶生态环保
高级氧化	降解新污染物	低能耗选项（如光电催化）	温州大学综述
磁性纳米吸附	去除PFAS等	材料可回收再生	FAO综述
固定化工程菌	降解特定新污染物	增强群落稳定性	浙江大学研究
智慧管控平台	全流程智能调控	优化能耗与去除效率的平衡	龙华章阁水厂

五、案例透视：协同理念的先行探索

5.1 北京良乡厂：从“环保标兵”到“技术策源地”

良乡厂的发展轨迹，恰好折射了污水处理行业从“单一治污”向“多维协同”的演进。

 

低碳突破：自主研发MABR技术，曝气能耗降低70%以上，实现“近零碳水厂”雏形

 

 

资源循环：污泥与园林废弃物协同处置，转化为有机肥料；光伏发电+再生水源热泵构建立体循环体系

 

 

技术输出：将MABR技术工艺包整体输出至兰州雁儿湾污水处理厂，建成全球首个2万吨/日规模MABR工程

 

良乡厂的实践表明：低碳、资源化与技术创新可以形成正向循环，而非相互掣肘。

5.2 济南起步区：上下游协同的“豆浆”实验

济南起步区崔寨污水处理厂的“喝豆浆”实践，提供了一个“减污降碳协同”的生动样本：

 

上游企业：山东绿康生物科技有限公司的豆浆生产废水富含易降解有机碳源，经简易预处理后直接纳管

 

 

下游污水厂：获得稳定碳源补充，大幅减少外购乙酸钠等化学碳源，吨水处理成本显著下降

 

 

环境效益：企业减少自行处理能耗，污水厂降低药耗碳排，实现“双向减碳”

 

这一案例的核心启示：协同不仅发生在厂区内部工艺之间，更可延伸至厂区与上游企业之间，构建区域层面的“降碳-减污”协同网络。

5.3 深圳龙华：鸿蒙赋能智慧协同

龙华章阁综合水质净化厂作为全国首个鸿蒙系统智慧水质净化厂，展示了数字化如何支撑协同目标：

 

智能调控：AI算法实时监测进水水质、处理流程，自动调整加药、曝气等关键工艺参数，药耗、能耗降低10%以上

 

 

数字孪生：构建三维可视化运行场景，实现虚实联动、精准决策

 

 

近场运维：巡检人员移动终端“一贴即连”，秒级获取设备关键数据

 

智慧化的核心价值在于：在“降碳-减污-健康”多个目标之间寻求动态最优解，而非静态妥协。

六、挑战与展望：从理论到实践的“最后一公里”

6.1 四大挑战

尽管协同理念已逐步成为共识，但从理论到大规模实践仍面临多重障碍：

挑战维度	具体问题
标准体系滞后	新污染物排放标准、健康风险评价导则尚不完善，企业无“法”可依
监测能力不足	新污染物种类繁多，常规监测手段难以覆盖；复合毒性在线监测技术尚未成熟
技术集成度低	单项技术虽有突破，但“低碳+减污+健康”的系统集成方案仍缺乏工程验证
成本效益不明	协同技术往往增加初期投资，长期环境与健康效益难以量化，影响决策

6.2 三大趋势

展望“十五五”，污水处理“降碳-减污-健康”协同体系将呈现以下趋势：

趋势一：从“末端治理”到“全过程风险防控”

中山大学论坛形成的共识指出，治理新污染物需要从被动监测向主动预警转变，构建覆盖“识别—评估—防控”全链条的治理体系。这意味着，健康风险管控的关口将前移至源头和过程。

趋势二：从“单一介质”到“多介质协同”

新污染物在水、泥、气多介质间迁移转化。温州大学综述关注尿液中新污染物的特征与去除，浙江大学研究聚焦活性污泥中的微生物响应——这些研究共同指向一个方向：必须将污水处理系统视为一个多介质耦合的整体，而非孤立的水相反应器。

趋势三：从“工程技术”到“交叉科学”

新污染物健康风险评估涉及环境科学、预防医学、毒理学、化学、人工智能等多学科交叉。中山大学论坛汇聚了来自不同领域的学者，正是这种交叉融合趋势的体现。未来的污水处理工程师，可能需要同时懂微生物学、毒理学和数据分析。

七、结语：重新定义“干净的水”

“降碳-减污-健康”协同新体系的提出，本质上是在追问一个根本性问题：什么样的水，才算真正的“干净”？

是COD、氨氮、总磷达标的水？还是碳排放足够低的水？还是即使微量污染物也被控制、不会对生态系统和人体健康构成长期风险的水？

答案显然是后者。

中国工程院院士任洪强团队的愿景是：未来的污水处理厂，不仅是污染物削减设施，更是“水质安全保障屏障”和“城市能量节点”。这意味着，我们需要用更系统的视角看待每一滴水——不仅看它流出去时是否清澈，还要看它带走了什么看不见的东西，以及为带走这些东西付出了多少能源代价。

“十五五”开局之年，这场从“治标”到“治本”的范式革命，正在重新定义“干净的水”，也正在重塑整个水务行业的价值坐标。

格林环保|25年专注水处理技术创新，是湖北省高新技术企业，通过ISO14001/45001双认证，拥有专利技术68项。如果您有污水处理需求或技术疑问，欢迎随时联系格林环保。