2019年1月8日，2018年度國家科學(xué)技術(shù)獎在京揭曉，共評出285個(gè)項目(人選)。其中，國家自然科學(xué)獎38項，國家技術(shù)發(fā)明獎67項，國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎173項。
國家科學(xué)技術(shù)獎下設的國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎，是國務(wù)院設立的國家科學(xué)技術(shù)獎5大獎項(國家最高科學(xué)技術(shù)獎、國家自然科學(xué)獎、國家技術(shù)發(fā)明獎、國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎、國際科學(xué)技術(shù)合作獎)之一。國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎授予在技術(shù)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)創(chuàng )新、推廣應用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)成果、促進(jìn)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，以及完成重大科學(xué)技術(shù)工程、計劃等過(guò)程中做出創(chuàng )造性貢獻的中國公民和組織。在本次獲獎的285個(gè)項目中，國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎共有148項，而其中三個(gè)獲獎項目，受到水處理行業(yè)的格外關(guān)注，這三個(gè)項目分別是：北排集團與北京工業(yè)大學(xué)合作完成的“城市污水處理過(guò)程控制關(guān)鍵技術(shù)及應用”項目、北排集團與清華大學(xué)合作完成的“城市集中式再生水系統水質(zhì)安全協(xié)同保障技術(shù)及應用”項目，以及中科院生態(tài)環(huán)境研究中心魏源送研究員參與的“畜禽糞便污染監測核算方法和減排增效關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應用”項目。
項目簡(jiǎn)介及獲獎原因
一、城市污水處理過(guò)程控制關(guān)鍵技術(shù)及應用
城市污水處理過(guò)程控制的難點(diǎn)在于：水質(zhì)、水量波動(dòng)大，時(shí)變、不確定性是其本質(zhì)特性;污染物種類(lèi)多且在線(xiàn)檢測困難;影響生化反應的因素多，可以實(shí)施控制的變量少;水質(zhì)參數無(wú)法在線(xiàn)測量，難以實(shí)現動(dòng)態(tài)優(yōu)化與全流程閉環(huán)控制。圍繞上述技術(shù)難題，本項目在基礎研究、技術(shù)研發(fā)、系統集成和推廣應用等方面取得了如下創(chuàng )新性成果。
1.主要技術(shù)內容
(1)創(chuàng )立基于過(guò)程動(dòng)態(tài)數據的關(guān)鍵水質(zhì)參數智能特征測量新技術(shù)：首次提出了基于過(guò)程數據的水質(zhì)參數特征變量提取算法和自組織計算模型設計理論方法，率先研發(fā)出基于動(dòng)態(tài)數據的總磷在線(xiàn)測量裝置，解決了一直困擾業(yè)界的水質(zhì)參數在線(xiàn)測量難題，突破了水質(zhì)參數難以在線(xiàn)檢測的技術(shù)瓶頸。
(2)創(chuàng )建模糊控制規則自組織機制，自主研發(fā)出自組織模糊控制技術(shù)：創(chuàng )造性地提出基于細胞分裂法增加規則和基于互信息強度刪減冗余規則的自組織機制，巧妙地實(shí)現了模糊控制規則自動(dòng)調整，顯著(zhù)地提高了模糊控制器的自適應能力，解決了溶解氧、硝態(tài)氮等關(guān)鍵變量高精度控制難題。
(3)首次實(shí)現關(guān)鍵操作變量實(shí)時(shí)優(yōu)化設定，率先開(kāi)發(fā)出污水處理過(guò)程動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制系統：在技術(shù)內容(1)的基礎上，率先建立了考慮出水水質(zhì)、設備和系統性能在內的能耗評價(jià)模型，基于該評價(jià)模型提出了動(dòng)態(tài)多目標智能優(yōu)化方法，突破了關(guān)鍵操作變量無(wú)法實(shí)時(shí)設定的技術(shù)難題;基于此技術(shù)研發(fā)出城市污水處理過(guò)程動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制系統，其技術(shù)經(jīng)濟指標明顯優(yōu)于當前業(yè)界公認的控制系統。
2.授權專(zhuān)利情況與知識產(chǎn)權
獲得授權國家發(fā)明專(zhuān)利32項，實(shí)用新型專(zhuān)利11項，軟件著(zhù)作權32項，出版專(zhuān)著(zhù)5本，發(fā)表論文111篇(SCI檢索32篇)，獲省部級科技進(jìn)步一等獎3項。
3.技術(shù)經(jīng)濟指標
(1)總磷測量裝置精度遠高于哈希公司PhosphaxSigma總磷監測儀，精度高達93.6%;溶解氧控制誤差小于±0.25mg/L，替代了德國WTW溶解氧控制技術(shù)。
(2)出水水質(zhì)穩定達標：通過(guò)應用本項目技術(shù)，出水COD小于50 mg/L，TN小于15mg/L，TP小于0.5mg/L，出水水質(zhì)穩定達到國家一級A排放標準。
(3)節能降耗：相關(guān)應用單位電耗平均減少10%左右，藥耗降低20%左右。
4.應用推廣與效益情況
(1)應用推廣：已在東北、華北、華東和華南50余家城市污水處理廠(chǎng)成功應用(污水處理量近400萬(wàn)噸/天)，部分技術(shù)已被國外城市污水處理廠(chǎng)借鑒。
(2)直接經(jīng)濟效益：本技術(shù)的應用單位近三年累計新增銷(xiāo)售6.6億元，累計新增利潤近1.4億元。
(3)間接經(jīng)濟效益：應用本技術(shù)后，污水處理廠(chǎng)的運行能力明顯提高，近三年新增運營(yíng)能力約200萬(wàn)噸/天，節約運行費約1.1億元，降低污染物COD排放約40萬(wàn)噸/年，取得了重大經(jīng)濟、社會(huì )和環(huán)境效益。
獲獎原因
項目組圍繞國家重大需求，以解決當前城市污水處理廠(chǎng)運行成本高、異常工況頻發(fā)、出水水質(zhì)不穩定的問(wèn)題為目標，在國家科技重大專(zhuān)項、863計劃等課題資助下，歷時(shí)十余年，創(chuàng )立基于過(guò)程動(dòng)態(tài)數據的關(guān)鍵水質(zhì)參數智能特征測量新技術(shù)，突破水質(zhì)參數在線(xiàn)測量技術(shù)瓶頸，解決了一直困擾業(yè)界的難題;創(chuàng )建模糊控制規則自組織機制，自主研發(fā)出自組織模糊控制技術(shù)，解決了溶解氧、硝態(tài)氮等關(guān)鍵變量高精度控制難題;首次實(shí)現關(guān)鍵操作變量實(shí)時(shí)優(yōu)化設定，率先開(kāi)發(fā)出污水處理過(guò)程動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制系統，其技術(shù)經(jīng)濟指標明顯優(yōu)于當前業(yè)界公認的控制系統，保證了污水處理過(guò)程低成本穩定運行。研究成果擁有全部自主知識產(chǎn)權，城市污水處理過(guò)程智能優(yōu)化控制技術(shù)處于國際先進(jìn)水平，關(guān)鍵水質(zhì)指標智能特征測量技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。已在東北、華北、華東、華南多個(gè)地域50余家工藝不同的城市污水處理廠(chǎng)推廣應用，污水處理量近400 萬(wàn)噸/天，經(jīng)濟效益達10余億元(近三年6.5億元)。實(shí)踐證明該技術(shù)對于保護淡水環(huán)境，實(shí)現水資源循環(huán)利用發(fā)揮了重要作用，取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )影響。
二、城市集中式再生水系統水質(zhì)安全協(xié)同保障技術(shù)及應用
污水再生利用是解決我國水資源短缺問(wèn)題、改善水環(huán)境質(zhì)量的重要途徑，其核心是水質(zhì)安全保障。污水中的污染物種類(lèi)多、濃度高，如何保障再生水水質(zhì)安全，特別是總氮、病原微生物等難控制污染物的高標準去除，是污水再生利用面臨的突出難題。
該項目以城市再生水利用安全保障為目標，經(jīng)過(guò)15年的技術(shù)研發(fā)，突破了深度脫氮、高效消毒、管網(wǎng)水質(zhì)控制、全過(guò)程監控等技術(shù)難題，形成了水質(zhì)安全協(xié)同保障成套技術(shù)和關(guān)鍵設備。獲得的主要創(chuàng )新性成果包括：
(1)開(kāi)發(fā)出AAO/反硝化濾池深度脫氮技術(shù)，實(shí)現了再生水高標準穩定脫氮。
(2)突破了臭氧/紫外線(xiàn)/氯消毒技術(shù)、大型臭氧發(fā)生器和大流量紫外線(xiàn)消毒設備制造技術(shù)，實(shí)現了大規模再生水系統高標準消毒。
(3)開(kāi)發(fā)出再生水輸配管材評價(jià)優(yōu)選方法，形成了管網(wǎng)水質(zhì)風(fēng)險控制技術(shù)，支撐了輸配管網(wǎng)水質(zhì)保障。
(4)構建了水質(zhì)安全監控體系，編制了國家標準和ISO國際標準，支撐了再生水系統穩定運行。發(fā)表學(xué)術(shù)論文90篇，其中SCI論文45篇，獲中國、美國專(zhuān)利和軟件著(zhù)作權56項，主編ISO國際標準、國家標準和行業(yè)標準各1項;成果應用于中國、美國、韓國等458個(gè)污水再生處理工程項目，處理能力總計2548 萬(wàn)m3/d，包括國際上規模最大的再生水廠(chǎng)(100萬(wàn)m3/d)。通過(guò)項目成果應用，累計生產(chǎn)再生水20億m3(2015-2017年)，新增銷(xiāo)售額約46億元、利潤約10億元。獲2017年環(huán)保部科學(xué)技術(shù)獎一等獎、中國專(zhuān)利優(yōu)秀獎、全國優(yōu)秀工程咨詢(xún)成果獎一等獎、北京市優(yōu)秀工程咨詢(xún)成果一等獎等獎勵。
獲獎原因
該成果以城市集中式再生水系統水質(zhì)安全保障為目標，研發(fā)出AAO/反硝化濾池深度脫氮、臭氧/紫外線(xiàn)/氯消毒、管網(wǎng)水質(zhì)控制等技術(shù);為滿(mǎn)足再生水廠(chǎng)對大型設備的需求，自主研制出大型臭氧發(fā)生器、大流量紫外線(xiàn)消毒設備等核心裝備;構建了水質(zhì)安全監控體系，支撐了再生水安全保障。該項目發(fā)表論文90篇，其中SCI論文45篇，授權發(fā)明專(zhuān)利40項(美國發(fā)明專(zhuān)利3項)，其他知識產(chǎn)權16項，主編了行業(yè)標準、國家標準和ISO國際標準。
項目成果廣泛應用于中國、美國、加拿大等458座污水再生處理工程項目，處理能力總計2548萬(wàn)m3/d，包括國際上規模最大的再生水廠(chǎng)(100萬(wàn) m3/d);2015-2017年期間，累計支撐生產(chǎn)再生水20億m3，新增銷(xiāo)售額約 46億元、利潤約10億元，推動(dòng)了我國再生水處理行業(yè)進(jìn)步，經(jīng)濟、社會(huì )與環(huán)境效益顯著(zhù)。
該項目相關(guān)成果曾榮獲環(huán)境保護科學(xué)技術(shù)獎一等獎、全國優(yōu)秀工程咨詢(xún)成果獎一等獎、北京市優(yōu)秀工程咨詢(xún)成果一等獎、中國專(zhuān)利優(yōu)秀獎等獎勵。
三、畜禽糞便污染監測核算和減排增效關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應用
本成果結合畜禽養殖環(huán)境污染防治和糞水資源高效安全利用的重大需求，以創(chuàng )新環(huán)境污染核算方法、研發(fā)源頭減排工藝和技術(shù)、提高糞便資源利用技術(shù)水平、實(shí)現污染減排和資源利用雙贏(yíng)為目標，通過(guò)多學(xué)科、產(chǎn)學(xué)研協(xié)同攻關(guān)，取得了多項創(chuàng )新與突破。
1.建立了我國第一套畜禽養殖業(yè)源產(chǎn)排污系數核算方法，解決了畜禽養殖污染減排無(wú)法定量評價(jià)的難題,成為國務(wù)院組織的第一次全國污染源普查、環(huán)保及農業(yè)部門(mén)主要污染物減排核算通用方法。該方法提出了畜禽養殖污染物產(chǎn)生量和排放量分別核算的方法和系列計算公式，建立了畜禽養殖糞便和污水監測技術(shù)規范，創(chuàng )建了210個(gè)監測點(diǎn)和信息平臺構成的全國監測網(wǎng)，獲得了5種主要畜禽、3種清糞工藝、6種典型處理利用方式下的產(chǎn)污和排污系數2790個(gè)。解決了畜禽養殖業(yè)污染底數不清、特征和成因不明、減排貢獻無(wú)法定量評價(jià)的技術(shù)瓶頸，為控制畜禽養殖業(yè)污染物排放提供了依據和方法，為摸清畜禽污染現狀和趨勢、污染防治戰略制定、資源化利用技術(shù)與工程的開(kāi)發(fā)和設計提供了數據基礎。
2.創(chuàng )建了畜禽養殖場(chǎng)“三改兩分”污水源頭減量工藝，突破了糞水圈舍內自動(dòng)分離、沼液和污水處理、糞便發(fā)酵氨氣回收等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，實(shí)現了污水源頭減量及糞便處理利用關(guān)鍵技術(shù)的新突破。率先提出了“三改兩分”工藝，“改”飲水器降低飲水漏水，“改”水沖清糞、水泡糞為專(zhuān)用刮糞板清糞降低沖洗用水，“改”明溝排污為管道輸送，實(shí)現“干濕分離”及“雨污分離”，可降低污水產(chǎn)生量30-65%。發(fā)明了糞水自動(dòng)分離圈舍和配套收集分離設備，糞便收集率提高10個(gè)百分點(diǎn);發(fā)明了污水和沼液處理技術(shù)，濃縮液養分提高同時(shí)透過(guò)液達到回用要求;發(fā)明了糞便發(fā)酵過(guò)程氨回收利用技術(shù)，排出氨氣的回收率達80%，解決了糞便發(fā)酵二次污染問(wèn)題。
3.集成創(chuàng )建了以糞便綜合養分管理計劃為基礎的種養結合模式、以三改兩分工藝為核心的清潔回用模式、以收貯運裝備和合作機制為關(guān)鍵的集中處理模式,建立了不同模式的示范工程，為模式的應用提供了樣板。構建了畜禽糞污土地承載力測算方法,中國版的畜禽糞便綜合養分管理系統，為糞便養分利用、防治二次污染提供了工具;清潔回用模式在實(shí)現糞便有機肥、墊料等利用基礎上，將污水深度處理消毒技術(shù)相結合，實(shí)現污水場(chǎng)內安全回用。開(kāi)發(fā)了帶有計量、消毒、路徑記錄等功能的糞水運輸專(zhuān)業(yè)車(chē)輛，為糞便集中處理實(shí)現商業(yè)化持續運行提供支持;率先開(kāi)展了三種模式的示范，成果已在3000多個(gè)養殖場(chǎng)廢棄物處理工程中應用，年減排COD159萬(wàn)噸，總氮12.4萬(wàn)噸，總磷2.4萬(wàn)噸，實(shí)現經(jīng)濟效益32.6億元，社會(huì )和環(huán)境效益極為顯著(zhù)。
4.成果用于國務(wù)院發(fā)布的《第一次全國污染源普查公報》，寫(xiě)入《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見(jiàn)》、《農業(yè)環(huán)境突出問(wèn)題治理總體規劃(2014-2018)》、《農業(yè)部關(guān)于打好農業(yè)面源污染攻堅戰的實(shí)施意見(jiàn)》和《畜禽糞污資源化利用行動(dòng)方案(2017-2020)》等政策，為養殖污染防治和農業(yè)可持續發(fā)展提供科學(xué)依據。
5.共獲得專(zhuān)利17件，其中發(fā)明專(zhuān)利9件;出版著(zhù)作7部，發(fā)表論文100余篇;制定國家標準6項，行業(yè)標準1項，地方標準5項;推動(dòng)了畜禽養殖污染防治和糞便資源化利用技術(shù)的進(jìn)步。
獲獎原因
該項目建立了我國第一套畜禽養殖業(yè)源產(chǎn)排污系數核算方法，成為國務(wù)院組織的第一次全國污染源普查、環(huán)保及農業(yè)部門(mén)主要畜禽污染物減排核算方法;創(chuàng )建了畜禽養殖場(chǎng)“三改兩分”污水源頭減量工藝，突破了糞水舍內自動(dòng)分離、沼液濃縮和發(fā)酵過(guò)程氨氣回收三項關(guān)鍵技術(shù);集成創(chuàng )建了多種畜禽養殖廢棄物處理利用模式,提出了不同模式適用的可行性指標、技術(shù)規程，建立了示范點(diǎn)。方法研究具有原始創(chuàng )新，關(guān)鍵技術(shù)有重大突破，整體成果達到同類(lèi)研究國際先進(jìn)水平，在畜禽養殖業(yè)源產(chǎn)排污系數測算方法、三改兩分工藝、糞便堆肥氨氣回收技術(shù)方面居國際領(lǐng)先，成果在3000多個(gè)企業(yè)和國家畜禽糞污資源利用和面源污染相關(guān)政策制定中得到應用，社會(huì )、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境效益十分顯著(zhù)。研究成果獲得2016-2017年中華農業(yè)科技獎一等獎。
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