改革開發以來，我國水污染嚴峻，目前我國十大流域中的黃河流域、松花江流域、淮河流域和遼河流域總體為輕度污染，海河流域總體為重度污染。對此，我國已將環境保護作為基本國策，而控制水體污染，強化水和廢水處理對於可持續發展戰略具有重大意義。水和廢水處理工藝眾多，包括生物、物化、化學以及相互組合等工藝。不管採取哪種處理工藝，都包含污染物轉化及其在固相中的富集，最終通過固液分離得以去除，但作為關鍵環節的固液分離效率往往受制于固形物的密度與沉速。一般而言，固液分離是通過化學混凝來實現，這一過程生成的固形物通常呈絮狀（絮凝體），結構鬆散，含水率高，密度小，沉速低，因而分離效率低，處理設施龐大。但是，對於高濃度懸濁質處理，排泥的大量耗水和污泥處置的困難更是處理效率提高的制約因素。因此，如何改變絮凝體的形成模式，促成其緻密化，一直是本領域的挑戰性難題。

　　針對上述問題，西安建築科技大學王曉昌教授帶領的團隊歷時十餘年，通過絮凝體形態學研究，發現基於膠體微元脫穩和隨機碰撞形成的絮凝體具有分形構造特徵，其有效密度（水中的密度）隨粒徑增大呈冪函數關係降低。項目組建立了絮凝體分步成長模型，通過控制化學和流場的剪切動力學條件在每一成長步驟中縮小微粒間孔隙率或限制絮凝體成長步驟，從而在根本上改變絮凝體構造，促使初始微粒向“母體”（已成長的顆粒）表面有規則的附著，使絮凝體密度不隨其粒徑增大而降低，實現絮凝體的緻密化。王曉昌教授將緻密型絮凝體的形成過程定義為“造粒混凝”。

　　據介紹，項目組針對水和廢水中有機物、無機懸濁質以及二者共存的不同體系，完成了絮凝體形成理論的原始創新和造粒混凝的系列技術發明。針對高濃度懸濁液體系，將造粒混凝和澄清技術融合，通過機械攪拌或水力旋流作用，利用緻密型團粒的集團沉降速度與上升流速的動態平衡實現造粒，發明瞭流化床造粒和水力旋流造粒兩類造粒混凝技術，為高濃度懸濁液的高效固液分離奠定了工藝技術基礎；針對有機物共存體系的造粒混凝，以創造成核條件為目的，以有機物性質轉化和強化凝聚為側重點，發明瞭有機物性質轉化和核晶凝聚強化造粒技術，為有機廢水強化處理與分離奠定了工藝技術基礎；通過流化床造粒和好氧顆粒污泥培養技術的組合，集物化、生化處理于一體，發明瞭生物造粒流化床等污水強化再生處理技術，通過混凝等物化強化措施，大幅度提高了污水的化學、生物處理效率。與常規技術相比，項目組研發的技術分離污泥減量5倍以上，能耗降低達25%，設施佔地面積減少70%以上。

　　項目完成單位西安建築科技大學、中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司、綠地集團西安置業有限公司、甘肅金橋給水排水設計與工程有限公司針對西北缺水地區有限水資源的高效利用和環境改善，完成了一系列工程技術的整合創新：應用流化床和水力旋流造粒專利技術，實現了泥沙量高達50kg/m3的高濁度水直接處理和工業、生活利用，開創了黃河中游高濁度水規模化直接利用的先例；應用脫水收縮造粒發明專利技術，通過藥劑投加和延時攪拌造粒操作，實現了鑽井泥漿的就地濃縮減量和重金屬固定，分離水提供井場環境用水，濃縮污泥用於土地還原；應用於長慶油田5個採油區的壓裂廢水處理與鑽井回用，解決了制約採油作業效率的瓶頸問題，單井新水耗量成倍削減，開創了國內外低耗水壓裂採油的先例；應用生物造粒流化床物化—生化組合，臭氧氣浮一體化化學—物化組合等專利技術，實現了處理設施小型化，緩解了缺水城鎮商住開發中雨污水資源化建設用地的制約。

　　本項目授權國家發明專利10項，公開發明專利申請6項，制定企業與地方技術標準（條例）3項，發表相關SCI論文45篇，建設了教育部西北城鎮水資源再生利用與水質安全保障創新團隊、陜西省污水處理與資源化重點科技創新團隊、陜西省污水處理與資源化工程技術研究中心。技術成果應用於西北五省區和內蒙30個城鎮與工業區，解決了極度缺水地區工業發展的瓶頸問題，緩解了城鎮發展的供水矛盾，促進了污染治理和環境改善。與此同時帶來了企業生産規模的擴大和産值的提升。項目成果先後獲得2003年和2012年陜西省科學技術一等獎，實施的一項污水再生利用工程于2012年獲得國際水協會全球項目創新獎。

　　據悉，項目已在陜、甘、寧、蒙等四省區得到了大力推廣與應用，完成了造粒混凝技術的工程裝備化，取得了顯著的社會與環境效益。項目研究成果豐富了混凝理論，對水和廢水中污染物的強化處理與固液分離具有重大而深遠的影響。

　　（金鵬康 陳榮 趙阿峰）