编者按：

经济发展、城市化水平的提高使得世界各地对水的需求日益增长，同时也带来城市供水不足、地下水超采、大量的污水排放，造成水质恶化、环境污染。一些国家和地区在20世纪60年代开始发生水危机，近日也门10年后很可能成为全球第一个“无水国”的消息令世界震惊！对于快速城市化进程中的中国，水污染和清洁水的短缺正在阻碍国家的经济发展。如何使得水资源与城市化发展相得益彰，互惠互利，成为世界共同关注的主题。

集成水路处理技术是由美国科学院外籍院士、第三世界科学院院士、中国科学院名誉教授许靖华先生发明的一种全新意义上的水处理技术。此技术治理水体富营养化的指导思想不是简单地以去除水体中的N、P元素作为治理污水的切入点，而是通过控制水体的pH值来完善水体生态系统，让水体完善的生态系统净化水体。同时，集成水路技术还能有效去除污染水体中的NO2-N，保障人类饮水健康。目前，许靖华先生的集成水路处理技术每天为北京稻香湖景酒店处理污水400—500吨，为北京翠湖湿地公园处理污水600—800吨，为东莞示范工程处理污水1000吨！

我国水体富营养化现状分析

水是人类生活和生产活动中不可缺少的重要物质，又是不可替代的重要自然资源。当前，我国水体污染形势非常严峻，根据2008年国家环境保护部发布的《2007年中国环境状况公报》显示，28个国控重点湖(库)中，满足Ⅱ类水质的2个，占7.1%；Ⅲ类的6个，占21.4%；Ⅳ类的4个，占14.3%；Ⅴ类的5个，占17.9%；劣Ⅴ类的11个，占39.3%。主要污染指标为总氮和总磷。在监测的26个湖（库）中，重度富营养的2个，占7.7%；中度富营养的3个，占11.5%；轻度富营养的9个，占34.6%。

表1-1  2007年重点湖（库）水质类别

水系              个数      Ⅰ类            Ⅱ类        Ⅲ类        Ⅳ类        Ⅴ类        劣Ⅴ类

三湖              3                                                      1           2

大型淡水湖    10                                2          4            1            3

城市内湖       5                                 1                                 4

大型水库       10                     2              3                            3            2

总计              28                     2         6          4           5            11

2007年比例（%）            0             7.1            21.4        14.3 17.9         39.3

从目前的状况来看，水资源环境污染日益严重，受污染的水源范围日益扩大。近年来，虽然我国在水污染防治方面做了许多工作，但随着人口的快速增长和工农业生产的迅速发展，不少江河湖泊的水质仍在逐渐变差，并呈发展势头，工业发达地区水域的污染尤为严重。

水体富营养化是当前我国水体污染的主要原因，是发生藻类污染的直接原因。其严重影响各类水体的水功能，使得水体作为城市饮用水源、渔业养殖、旅游等的功能下降，富营养化严重的水体还会给人类的生活饮水安全造成严重影响，对人民生产和生活构成直接威胁，其已成为制约我国社会和国民经济持续发展的重大环境问题。

在这种情况下，要控制水体富营养化，避免赤潮或水华发生，最根本的是去除水体中过剩的N、P富营养元素。

国内外富营养化水体治理技术现状

物理方法

治理富营养化水体的物理方法主要包括截污、调水冲污、河道疏浚、人工曝气、吸附等措施。这些物理方法可以单独使用，大多数情况下是作为其他处理方法的前置措施。物理方法通过截污、曝气等方法提高水体的自净能力，或者调水冲污将水体中富营养元素稀释，达到一定的处理效果。但是物理方法基本上是一种将水中污染物转移的方法，操作不当还可能引起更大面积的水污染，并且有可能破坏水体本身的生态平衡。物理方法不能在处理过程中完善水生生态系统。

化学方法

治理富营养化水体的化学方法主要是向水体中投加化学药剂和吸附剂改变水体中氧化还原电位、pH、吸附水体中的悬浮物质和有机质。化学方法具有操作简单、用量少，且见效较快等优点，通常可以作为一种应急方案。但利用化学方法治理富营养化水体需投加大量化学药剂，成本较昂贵，同时所加入的化学药剂容易引起二次污染，对水体生态系统有一定破坏作用。化学方法处理富营养化水体不能从根本上解决问题，不具有可持续性。

生化方法

治理富营养化水体的生化方法主要是指通过A/O、A/A/O、SBR、氧化沟、A/B等工艺，多采用曝气和反硝化方法结合，利用微生物的生理特性来脱氮除磷的，达到净化水体的效果，我国现有的城市污水处理厂多采用生物方法。但城市污水处理厂的出水（即污水处理厂尾水）一般只能达到中水标准，N、P元素浓度仍比较高，直接排放到水体也会增加水体富营养化程度。但这些生物处理方法在曝气氧化处理污水的同时，水中的氨氮被氧化成了亚硝氮和硝氮，这些物质是致癌的，致使污水处理厂尾水对人体健康造成不利影响。

集成水路技术

许靖华院士基于在瑞士从事三十年研究湖泊工作基础以及在北京等地多次试验研究发现：蓝绿藻等污染藻类的生长是由于湖水碱性过高，而不是由于氮和磷的富营养成分，湖水的过碱性才是造成湖泊藻类污染的主要原因。在中性或微酸性的湖水中，污染藻类（蓝绿藻）的生长会被抑制，这样就能很好地抑制“水华”问题的出现，为治理目前环境领域严重的水体富营养化污染寻找到一种更好、更有效的方法。同时，酸化后的水体更适合于硅藻的生长，这样为后续硅藻净化水质与“CO2-硅藻-渔业”生态链的形成和发展奠定基础。

技术构成

集成水路处理技术主要由“CO2酸化”、“藻类生物净化”、“水转换器过滤”三个核心技术单元构成，既有化学作用，还有生物净化作用，又有很好的物理过滤作用，可以多层次、全方位地对污水进行有效处理。

集成水路净化技术能够利用CO2改变水体pH值，促进污染水体生物自净，通过能源与水的循环利用建立一种可持续发展的新的经济模型，达到治理全球变暖、解决水体富营养化污染问题。

技术原理

集成水路的核心技术路线是：首先将出水进行CO2酸化，降低水的pH值，抑制不适应弱酸环境的蓝藻、绿藻等污染藻类生长，促进适宜弱酸环境的硅藻生长；因为硅藻生长过程中会利用污水中的营养成分（有机物、氮、磷等）合成自身细胞物质，并会分解代谢有机物以便获得细胞合成所需的能量；同时硅藻具有强烈的吸附性，能把污水中的有机物和无机物吸附，在絮凝作用下，瞬间沉降至底部，将污水净化。而硅藻又恰是鱼虾的饵料，可通过发展养殖渔业来去除硅藻，从而推动生态渔业产业链的发展。最后通过水转换器装置加快污水水流流速，在高水力负荷下，通过过滤和吸附去除水中剩余的少量污染物。这样采用集成水路污水处理技术既净化了污水，美化了环境，又产生了经济效益，实现了社会效益、环境效益和经济效益的统一。集成水路净化技术路线如图所示：

过滤技术名称   污水处理方面     深度处理/地表水处理方面 

快滤（RI）      人工快滤       水转换器2006             快速滤池       水转换器2007     

负荷（m2/m2d）    0.2-0.5          1.0-2.0           20-25           190-200             200

粒径               0.008-0.025    0.04-0.1      0.062-0.25       1.0-1.5           0.25-0.5

滤床深度            较厚          较厚            薄                 厚              很薄

出水水质         污水标准       污水标准      饮用水源标准         再生水标准       地表水标准

占地面积            很大          较大            小                 小              很小

投资成本            很高           高              低                较低            很低

运营成本             低             低              较低                   略高            略高

应用集成水路技术可以将污水处理成地表I、Ⅱ类水排放，可以根据需要将出水处理成景观水、地下回灌水、饮用水等等。该技术将污水中的有机、无机、颗粒、悬浮等各种形态的污染物质和有害微生物转化为颗粒形态，并通过集成水路处理技术中的一个核心——“水转换器（许靖华院士的发明专利，专利号2004000372）”技术对这些污染物质进行有效去除。

水转换器过滤系统采用超快速过滤技术，处理水量可以达到25m3/(m2·d)，从根本上改变了现有渗滤系统处理水负荷低、占地面积大的缺点，发展了现有土地处理技术并成功解决了反硝化难的问题。同时水转换器过滤系统有很多技术优势：出水水质远高于同类过滤技术；占地面积小、高度集成可移动性；投资运营成本合理，相对于传统的活性污泥法的1/3。

同时，利用该技术可以在进行净化污水的同时，还能达到去除和利用CO2废弃物、产生高效硅藻－鱼虾生态产业链、实现社会效益、环境效益和经济效益有机统一的目标。该技术是对目前水处理技术的一种革新，有着非常广阔和光明的应用前景。

生态效果

集成水路技术的实施应用是建立一个水和能源循环利用的可持续经济发展模型，通过试验研究解决建立该模型的科学问题。集成水路技术系统最终要实现利用工厂燃料燃烧产生的含CO2尾气进行被治理水体pH值的控制调节，使水体pH值达到中性或弱酸性，水体中的污染类藻（蓝绿藻）受到抑制，有益藻（硅藻）的生长得到促进，是水体中的鱼虾得到充足的食物，整个水体生态系统达到一个动态平衡，最终实现水和能源的循环利用。

示范工程

北京翠湖实验示范基地

许靖华院士于2006年9月在北京翠湖湿地公园建造集成水路示范工程每天处理600-800吨V类河湖污水。该工程的建设集合了集成水路中的三项技术，采用的技术路线为：首先将原水经过水转换器过滤掉藻类和悬浮物，再经过酸化池将水体酸化后排入硅藻生态修复区域通过硅藻将水体当中的氮磷去除。

工程运行结果：水转换器的进水样基本属于地表Ⅲ类水（总氮除外），对于浊度的去除率效果明显，大肠杆菌的去除率也较理想，除了出水COD、总氮、氨氮外，其他指标达到地表Ⅰ类水标准。对硅藻生态修复单元的调试结果表明：pH降低至6.5后硅藻明显占据优势，达到107-108个/L，蓝绿藻到一定的抑制，含量减少至105个/L，水体透明度明显增加；水体中营养物质氮、磷等明显削减。

稻香湖工程示范

北京稻香湖景酒店集成水路工程是由北京稻香湖景酒店投资建造，作为国家863计划“集成水路循环污水处理技术研究”的工程示范点，共同实施。

根据项目要求，本项目的处理规模400—500t/d，采用改进的水转换器技术的一体化设备装置。采用集成水路2007模型水转化器为主体过滤，根据水质浊度较高特点水转换器前设计沉淀区，建立一体化净化装置，为了便于参观饮用，后续建立二级水转换器装置以便提供安全的参观饮用水。主体工艺装置安装在池塘附近的地下室，地下室净高3.5m，一体化装置要求占地少，安装面积小于3m×2m，敞口设计，便于检修，更加省地，同时更加便于推广应用。

进水水质为《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》中Ⅳ-Ⅴ类地表水标准中主要指标，预期出水水质各项主要指标为《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》中Ⅰ类水标准。

运行调试的结果显示进水为地表Ⅲ类水，出水指标可以达到地表Ⅰ类水标准（TN除外），二级水转换器的大肠杆菌未检出，可以达到饮用水标准；当进水为地表劣Ⅴ类水，出水指标可以达到地表Ⅲ类水标准，难以达到饮用水标准，二级水转换器的大肠杆菌未检出。

东莞集成水路示范工程

2007年9月开始建造东莞集成水路示范项目，工程规模为1000t/d。东莞集成水路，是利用集成水路技术为核心，最大化的利用原有资源，节约成本，进行污染治理。本工艺的另一追求，是进行传统工艺与集成水路的对比，展现一个现代的高效的水处理新技术。

应用领域及前景

目前，在污水处理厂及一般的生态处理法主要是生化法，最终产品是中水，而中水只能应用在冲厕、小区绿化、车辆冲洗、路面建筑施工清洗等方面，不能用于生活饮用水、给水系统等方面，这在很大程度上限制了中水的使用范围。如果用超滤、膜等技术进行进一步处理，则费用相当的高。而试验研究表明，应用集成水路技术处理污水，可以用相对低的成本将污水转化为饮用水或者景观水，有着非常广泛的应用价值。

集成水路水处理技术应用广泛，目前比较成熟的有应用于微污染水源水净化、中水再处理、再生水生产、城市生活污水处理等等，同时对于畜牧场污水、垃圾渗滤液以及其他工业污水处理也有着相当的应用价值。

同时，更重要的是应用集成水路水处理技术在很好的实现污水处理、水体净化的同时，利用生态渔业减少了饵料的投加而减少了后续污染的出现，并且得到了生态渔业中有经济价值的有机渔业产品，实现了更大的社会效益、环境效益和经济效益。

综上所述，许氏集成水路水处理技术不仅能实现很好的水处理效果，而且在进行水处理的同时，也促进了生态渔业的发展、水体环境的保护、大气环境的保护，并对加快当地经济发展也有着积极的推动作用。采用许氏集成水路水处理技术，不仅处理了污水、净化了水体，还在各个层面上促进了该地区的发展，并具有多种无形价值。