本项目属于水污染防治工程领域。 水与废水处理过程通常为污染物转化、富集、分离等单元工艺的组合。对于生化难降解有机物，传统处理流程往往包括一系列化学和物化单元，如氧化、混凝和沉淀（对于重质絮体）或气浮（对于轻质絮体）设施，以及强化分离效率的其他附加单元，导致处理流程长，耗能高，工艺适应性差。导致这一问题的原因，一是在于各单元处理的目标设定有限，二是在于各单元间的协同性差，三是在于末端分离功效低（在采用气浮分离的情况下尤为突出）。针对传统处理流程的上述缺陷，项目组以生化难降解有机物的高效低耗去除为目的，在充分研究各类有机分子结构特征和定向转化机制、溶解性有机物富集强化和凝聚性改善原理、絮体形态调控和分离强化路径的基础上，历时20年，创新了污染物转化-富集-分离过程耦合原理，建立了多元耦合一体化臭氧气浮新工艺体系，实现了技术装备化，并成功应用于油气田污水处理与资源化、印染废水处理与循环利用、城镇雨污水深度处理等一系列工程，完成了技术集成创新。 项目的主要创新成果包括： （1）创新了多元耦合一体化臭氧气浮原理 针对难降解有机物的强效去除，打破传统工艺单元的技术界限，营造了以臭氧气载絮体微反应器为核心的固-气-液微界面反应体系，首创了多元耦合一体化臭氧气浮反应原理；针对臭氧气载絮体局部高浓度臭氧过饱和状态与多元作用构效关系，探明了污染物氧化、吸附、富集和快速分离等多重作用转移与去除机制；以有机物凝聚性改善为主要目标，研究判明了促使难降解有机物官能团定向转化和改性修饰的反应路径和控制条件；研究发现了金属盐混凝剂与臭氧的“混凝-氧化”互促效应，确立了臭氧化与混凝融合的技术路线和调控方法；利用气载絮体自身的重力分离特性，构建了动态反应与快速分离相辅相成的新型反应工程单元，揭示了其多过程交互作用和动力学特性；研究了多元耦合一体化臭氧气浮的理论设计方法和控制原理，为新技术体系的形成奠定了理论基础。 （2）发明了多元耦合一体化臭氧气浮系列专利技术 针对传统臭氧化-混凝-沉淀组合工艺冗长问题，开发了多元耦合一体化臭氧气浮短流程处理工艺系统，发明了一个处理单元内臭氧氧化、混凝、气浮分离等有机融合的技术方法，大幅度缩减了工艺占地面积与处理设施体积，与传统工艺相比，缩减占地面积70%，能耗减少25%；依据污染物的臭氧转化-富集-分离过程耦合与互促增效原理，充分激发单元间效能，发明了多元耦合一体化单级、多级以及复合式臭氧气浮系列关键技术，实现了不同污染负荷与水质要求的污水深度处理与资源化利用；以优质再生水生产和低耗能为目标，充分利用系统势能，结合膜分离与电催化优点，发明了低能耗膜臭氧气浮和电诱导臭氧气浮等多元耦合强化技术，显著提升了体系的定向氧化与富集分离能力，实现了处理系统零加药与无人值守；针对臭氧气体溶解困难与系统分区易于引起压力失稳、密闭反应装置内排渣与自动清洗需求、以及气载絮体尺度调控与局部高浓度臭氧微环境保障等问题，发明了多元耦合一体化臭氧气浮工艺强化与调控系列技术，实现了臭氧气浮工艺的稳定运行。 （3）研发了多元耦合一体化臭氧气浮系列关键技术装备 针对城镇建设和工业发展的实际用水需求，完成了专利技术的工程转化，研发了多元耦合一体化臭氧气浮系列关键技术装备：针对油气田生产特点、作业特征以及区域环境条件，研发了以臭氧气浮为核心的模块化组合设施，通过车载移动化集成装备，实现了特殊工业环境下的污染物控制与再利用；以常规公路运输为约束条件，突破了单机处理能力达50m3/h的成套整装处理装备研发。结合模块化组合与装配式理念，研发了集中式处理站现场组装式大型臭氧气浮关键技术装备，实现了污水规模化处理需求；围绕多元耦合一体化臭氧气浮关键技术装备研发，开发了气载絮体成像观测与分析系统、自动排渣与清洗装置、低消耗新型电极材料等附属设备，完善了臭氧气浮处理系统。项目共研发不同规格与类型的臭氧气浮一体化处理装备100余套。 （4）多元耦合一体化臭氧气浮技术的工程应用 针对我国黄土塬区和毛乌素沙漠两大生态脆弱区油气开发过程中的环境治理与水再生利用，结合油田钻采作业特征与黄土塬区、毛乌素沙漠现场条件，创建了适于大型丛式井场的随钻并行处理与资源化利用、分散式井场集中式处理与资源化利用两种工程模式，完成了多元耦合一体化臭氧气浮系列关键技术的工程应用。技术应用于中国石油、陕西延长油田在我国陕西、甘肃、宁夏、山西、内蒙5省区31家油气生产单位共计5000多个井场的油气田钻采废液处理工程，水资源重复利用率达到80%以上，解决了我国缺水地区制约油气开发水资源保障困难的技术瓶颈问题，为中国第一大油田-中石油长庆油田的持续稳产建立了牢固的环保屏障。此外，多元耦合一体化臭氧气浮系列关键技术也辐射应用于浙江省3家印染企业的废水循环利用工程，以及北方4座城市450万m2建筑面积住宅开发区的雨污水再生处理工程与2座城镇污水再生利用工程，实现了印染企业污染物排放总量的极度削减与企业产能的大幅提升，有效缓解了我国缺水城镇用水紧张问题。 项目授权国家发明专利22项，近五年在国内外权威期刊发表论文50余篇，出版专著2部，项目成果先后获得中国专利优秀奖2项、中国循环经济协会科学技术一等奖和中国产学研合作创新成果优秀奖各1项。项目创建了多元耦合一体化臭氧气浮污水短流程高效再生处理的技术模式，提供了国内外缺水地区污废水低成本再生、高比例循环利用的工程先例，带来了企业生产规模的扩大和产值的提升，近3年直接经济效益达19.26亿元。与此同时，项目成果也得到了环境界的关注和赞誉。