开辟低耗集约治水新路径——记2025年度国家技术发明奖二等奖微场驱动的少药—短程水处理技术与装备

　　近日，由北京碧水源科技股份有限公司、中国科学院生态环境研究中心等单位完成的“微场驱动的少药—短程水处理技术与装备”荣获2025年度国家技术发明奖二等奖。该项目锚定“少药剂、短流程”的净水目标，借助对微电场与微流场的精准调控，显著提升反应活性与传质效率，开辟出一条低耗集约的水处理新路径，为我国水生态环境保护领域的原始创新注入了强劲动力。

　　高能耗高药耗难题待解

　　长期以来，我国传统水处理工艺普遍依靠“多投药、长流程”来达到不断提高的水质标准。药剂投加量大、工艺单元多、基建投资高、运行成本居高不下，成为困扰行业多年的问题。同时，国家持续推进水污染防治、污水资源化循环利用和“双碳”战略，对水处理技术提出了“低药耗、短流程、低碳排”的全新要求。如何在保证出水水质稳定达标的前提下，大幅削减药剂用量、精简处理工艺，是行业一直面临的技术难点。

　　“这不仅是技术难题，更是关乎国家水安全和老百姓用水成本的民生大考。”碧水源党委副书记、总裁陈春生说。正是这份沉甸甸的责任，驱动团队从膜材料创新原点出发，开启了长达十余年的科研攻关，向着“少药短程”的目标进发。

　　攻坚克难实现全链创新

　　在研发初期，团队便遇到了第一个“拦路虎”——膜材料长效抗污染难题。

　　“传统滤膜就像一个细密筛子，孔眼很容易被水体里的有机质、胶体污染物堵住，导致清洗频次高、使用寿命短，难以适配长周期稳定运行。”陈春生介绍。为了攻克这一难题，团队从材料配方和成型工艺的底层逻辑开始钻研。“我们需要同步调控膜孔径的梯度结构与表面电荷特性，在通量、截留效果与抗污染能力之间找到最优平衡点。”陈春生说。历经数百次配方调试与成型工艺优化，团队锁定了最终方案，成功研发出梯度孔超微滤膜材料。该材料借助膜表面微电排斥与膜孔微流冲刷的协同机制，一面以电场斥力阻隔污染物靠近膜面，一面以孔口涡流将附着物及时冲离，从源头截留并剥离水中污染物，大幅提升了膜组件的抗污染耐久性。

　　高性能膜材料有了，要将其嵌入“短流程”工艺系统同样挑战重重。传统工艺拥有多级沉淀和药剂缓冲单元，而短流程工艺简化了这些单元，将所有净化压力都集中到膜组器上。“膜组器必须在低药耗、少占地的严苛条件下，实现污染物的深度去除和出水水质的稳定达标。”陈春生介绍。为此，团队创新开发出高负荷膜生物反应器(MBR)，并对MBR的水力工况、曝气系统和运行控制参数进行了系统调试与优化，最终形成成套稳定运行的短流程一体化工艺体系。该工艺体系可大幅缩减膜池占地面积，解决城市核心区地埋式再生水厂用地紧张的难题。

　　目前，该技术体系已形成完整的产业链配套能力。膜材料方面，项目建成年产2000万平方米的规模化生产线，可稳定供给各类水处理工程所需膜组件；市场推广方面，成套技术累计落地工程总水处理规模已达479万立方米/天，覆盖饮用水净化、市政污水处理、工业废水回用等多类场景，技术成熟度高，商业化复制前景广阔。

　　算好三笔“绿色账”

　　技术的革命性最终要体现在实实在在的效益上。陈春生算了三笔“绿色账”。

　　第一笔是“药耗账”。“过去膜堵了就得加药清洗，现在因为膜的抗污染性大幅提升，清洗药剂用量减少了50%，也降低了化学药剂生产、运输、投加全过程的碳排放。”陈春生说。

　　第二笔是“土地账”。该工艺流程显著缩短，配套膜池占地面积可压缩60%以上。同等处理规模下，土建工程量大幅减少，既降低了建材消耗和施工阶段碳排放，也节约了宝贵的土地资源。

　　第三笔是“能耗账”。团队自研的高负荷MBR膜组器产水能耗较传统膜装备降低约30%，长期运行可显著削减厂区电力消耗，有力支撑污水处理厂的低碳运营。

　　这些低碳特性在长沙梅溪湖项目得到了验证。依托该技术建成的25万吨/日再生水项目，不仅没有传统污水处理厂的异味和庞杂的露天池群，反而因为占地大幅缩减，得以采用半地下建设模式，地上建起了开放式公园。该项目也由此入选全国首批污水处理绿色低碳标杆厂，为大型城市“隐形的环保基础设施”提供了可复制的样板。

　　让净水技术惠泽国计民生

　　陈春生介绍，该技术体系可向下兼容民用净水场景，形成多场景落地路径。一是市政自来水厂升级改造。以少药短程工艺替代传统工艺，让居民水龙头流出的水质更稳定、更安全；二是家用和商用净水设备的迭代。借助高抗污染超滤膜，可大幅简化净水器预处理结构，减少滤芯更换频次，延长滤材使用寿命；三是一体化净水装置。该技术可用于处理小区和农村居民区的生活杂排水，产出的再生水可用于绿化、冲厕，实现社区水资源循环利用，减少市政自来水取用。

　　展望未来，陈春生表示，团队将持续深耕膜材料研究，开发孔径结构更优、抗污染性能更强、使用寿命更长的高性能膜产品，并通过优化组器吹扫方式与构型设计，研发新型MBR抗污染技术，形成多品类低能耗膜组器系列。