2022年度山東省科技進(jìn)步獎提名公示信息

2022年度山東省科技進(jìn)步獎提名公示信息項目名稱人工濕地生態(tài)低碳再生水凈化關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用提名者任洪強(qiáng)工作單位南京大學(xué)職稱職務(wù)教授/院長學(xué)科專業(yè)環(huán)境工程提名等級一等獎提名意見因地制宜建設(shè)人工濕地生態(tài)工程對于加強(qiáng)水生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)、促進(jìn)區(qū)域再生水循環(huán)利用和推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。張建教授項目組長期致力于人工濕地污水生態(tài)凈化與再生水回用領(lǐng)域的科技創(chuàng)新與推廣應(yīng)用，歷經(jīng)近十年的科技攻關(guān)和工程實踐，攻克了傳統(tǒng)人工濕地系統(tǒng)污染物凈化效率低、運行穩(wěn)定性差等關(guān)鍵共性技術(shù)難題，突破了基于自然生物與生態(tài)過程協(xié)同調(diào)控的人工濕地生態(tài)低碳再生水凈化關(guān)鍵技術(shù)，在較低的基建投資和運行費用下，顯著提升了人工濕地系統(tǒng)的污染物凈化效果和運行穩(wěn)定性，充分發(fā)揮了人工濕地系統(tǒng)提升水環(huán)境質(zhì)量、保護(hù)生物多樣性、促進(jìn)再生水循環(huán)利用和固碳減排等重要作用，為推動黃河流域生態(tài)保護(hù)與減污降碳協(xié)同增效做出了突出貢獻(xiàn)。項目獲中國發(fā)明專利授權(quán)32件，美國發(fā)明專利授權(quán)1件，在Environ.Sci.Technol.、WaterRes.等環(huán)境領(lǐng)域頂級期刊發(fā)表SCI收錄論文118篇；在高效低能耗污水生態(tài)凈化技術(shù)領(lǐng)域取得了系列重要創(chuàng)新突破，有力推動了我國污水深度處理與再生回用行業(yè)的科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級。項目研究成果在南水北調(diào)東線工程沿線流域得到大規(guī)模推廣應(yīng)用，取得了顯著的社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境效益。提名該項目為2022年度山東省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。項目簡介全面落實“四水四定”是深入貫徹黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，突破經(jīng)濟(jì)、高效和生態(tài)的污水深度處理與再生回用新技術(shù)是改善水生態(tài)、保障水安全的迫切需求。人工濕地技術(shù)具有運行成本低、生態(tài)景觀優(yōu)美等重要優(yōu)點，具有突出的應(yīng)用優(yōu)勢。但是，人工濕地系統(tǒng)中生物代謝去除污染物過程所必需的氧主要依靠自然和植物復(fù)氧作用，其較低的復(fù)氧效率導(dǎo)致系統(tǒng)的氧化還原環(huán)境失衡、污染物去除負(fù)荷低、溫室氣體排放等問題，這成為限制人工濕地工程應(yīng)用規(guī)模和長期運行效果的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。本項目針對上述問題，歷經(jīng)近十年的科技攻關(guān)和工程實踐，突破了基于自然生物和生態(tài)過程調(diào)控的人工濕地生態(tài)低碳再生水凈化關(guān)鍵技術(shù)，攻克了人工濕地供氧效率低、氧化還原環(huán)境失衡等關(guān)鍵難題，在不增加能耗的情況下，顯著提升了污染物的凈化效果，并降低了溫室氣體排放，為污水深度處理與再生回用提供了一種經(jīng)濟(jì)有效且低碳排放的創(chuàng)新技術(shù)。主要創(chuàng)新成果如下：（1）創(chuàng)新人工濕地氧化還原環(huán)境調(diào)控技術(shù)，實現(xiàn)了低能耗的污水深度脫氮除磷。突破了“生物膜、污水液膜、間隙空氣”共存的三相高效補(bǔ)氧技術(shù)，大幅度提升了溶解氧傳質(zhì)效率，濕地補(bǔ)氧效率較動力補(bǔ)氧提升200%且能耗降低60%以上。創(chuàng)新高密度電阻率原位探測技術(shù)，研發(fā)了緩釋碳源定點投放、廢物基鐵-碳微電解強(qiáng)化等關(guān)鍵技術(shù)，濕地反硝化與磷脫除效率接近100%。（2）突破植物-微生物協(xié)同強(qiáng)化固碳減排技術(shù)，提出了基于結(jié)構(gòu)與功能定向調(diào)控的濕地減排增效策略。揭示了人工濕地氧化還原環(huán)境失衡對溫室氣體釋放的影響規(guī)律，創(chuàng)新基于植物種群優(yōu)化的人工濕地固碳減排技術(shù)，顯著提升了系統(tǒng)生態(tài)碳儲量。發(fā)現(xiàn)了人工濕地中氧化亞氮驅(qū)動型厭氧甲烷氧化過程，研發(fā)了基于碳氮遷移轉(zhuǎn)化過程的微生物優(yōu)化技術(shù)，全球增溫潛勢降低12%-34%。提出了基于結(jié)構(gòu)與功能定向調(diào)控的濕地減排增效策略，溫室氣體氧化亞氮排放量減少90%。（3）構(gòu)建錳膜調(diào)控功能填料高效吸附強(qiáng)化人工濕地，顯著提升了微量有機(jī)污染物去除效能，有效保障了再生水回用安全。解析了微量有機(jī)污染物在人工濕地中的歸趨，提出了濕地植物根表錳氧化物膠膜驅(qū)動微量有機(jī)污染物去除的新思路，對典型微量有機(jī)污染物三氯生的去除率穩(wěn)定達(dá)到90%以上；發(fā)現(xiàn)了含氮官能團(tuán)對PAHs的高效吸附現(xiàn)象，構(gòu)建了新型基質(zhì)高效吸附強(qiáng)化型人工濕地，典型PAHs的去除率提升40%以上，為濕地出水再生回用安全提供了有力保障。本項目獲國家發(fā)明專利授權(quán)32件，美國發(fā)明專利授權(quán)1件，PCT國際專利申請5件，在Environ.Sci.Technol.、WaterRes.等領(lǐng)域內(nèi)頂級期刊發(fā)表SCI收錄論文118篇，主持編制生態(tài)環(huán)境部人工濕地技術(shù)指南1項，山東省人工濕地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2項。研究成果為人工濕地工程的設(shè)計、施工、驗收和運維提供了可靠的科技支撐，有力支持了山東省26萬畝人工濕地工程的建設(shè)和運行，并在河北、寧夏、廣東等14省份推廣應(yīng)用，為南水北調(diào)東線工程水質(zhì)保障及黃河、淮河、海河等流域的水質(zhì)改善、生態(tài)恢復(fù)與再生水循環(huán)利用做出了重要貢獻(xiàn)。主要知識產(chǎn)權(quán)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等目錄序號知識產(chǎn)權(quán)（標(biāo)準(zhǔn)）類別知識產(chǎn)權(quán)（標(biāo)準(zhǔn)）具體名稱國家（地區(qū)）授權(quán)號（標(biāo)準(zhǔn)編號）授權(quán)（標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布）日期證書編號（標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)發(fā)布部門）權(quán)利人（標(biāo)準(zhǔn)起草單位）發(fā)明人（標(biāo)準(zhǔn)起草人）發(fā)明專利（標(biāo)準(zhǔn)）有效狀態(tài)1發(fā)明專利一種強(qiáng)化脫氮無動力復(fù)氧的潛流人工濕地系統(tǒng)及其應(yīng)用中國ZL201911055455.22021年9月7日4666112山東大學(xué)張建、陸佳興、郭子彰、莊林嵐、梁爽有效2論文Enhancedtriclosanandnutrientremovalperformanceinverticalup-flowconstructedwetlandswithmanganeseoxides中國DOI:10.1016/j.watres.2018.05.0612018年10月15日WaterResearch山東大學(xué)HuijunXie*,YixiaoYang,JunhuaLiu,YanKang,JianZhang*,ZhenHu,ShuangLiang有效3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范人工濕地水質(zhì)凈化工程技術(shù)指南中國DB37/T3394-20182018年8月17日山東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局山東省環(huán)境規(guī)劃研究院、山東大學(xué)、山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計院張建、謝剛、史會劍、梁爽、武道吉、王洪秀、袁琦、孫豐凱、鞏巖、孫海盟、康興生有效4發(fā)明專利Methodfordetectingcloggingofsubsurfaceflowconstructedwetland（一種潛流人工濕地堵塞的探測方法）美國US10684241B22020年6月16日PCT/CN2017/109610山東大學(xué)張建、劉華清、胡振、張成祿、范金林有效5發(fā)明專利三相高效補(bǔ)氧人工濕地系統(tǒng)中國ZL201811406875.62020年7月31日3911855山東大學(xué)莊林嵐、張建、鄭欣慧、趙倩有效6發(fā)明專利一種降低溫室氣體排放的污水處理系統(tǒng)及方法中國ZL201510130879.62016年10月26日2283595山東大學(xué)張建、馬茹、安沫霖、胡振、張成祿有效7發(fā)明專利一種磷酸脲活化法制備高含氮官能團(tuán)微孔活性炭的工藝中國ZL201610752388.X2019年1月29日3234276山東大學(xué)張建、郭子彰、郭千里、劉海、康妍、張成祿有效8發(fā)明專利好氧-厭氧-好氧三相高效補(bǔ)氧濕地系統(tǒng)中國ZL201810200473.42020年7月31日3912541山東大學(xué)張建、莊林嵐、胡振、鄭欣慧、宋希冉有效9論文Performanceandmechanismofsulfamethoxazoleremovalindifferentbioelectrochemicaltechnology-integratedconstructedwetlands中國DOI:10.1016/j.watres.2021.1178142021年12月1日WaterResearch中國環(huán)境科學(xué)研究院、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、重慶大學(xué)、山東大學(xué)XiaohuiLiu,ShaoyongLu*,YingLiu,YongqiangWang,XiaochunGuo,YiChen,JianZhang,FengchangWu有效10論文Exploringsimultaneousnitrousoxideandmethanesinkinwetlandsedimentsunderanoxicconditions中國DOI:10.1016/j.watres.2021.1169582021年4月15日WaterResearch重慶大學(xué)、山東大學(xué)、佐治亞理工學(xué)院ChengCheng*,JianZhang*,QiangHe,HaimingWu,YiChen,HuijunXie,SpyrosG.Pavlostathis有效主要完成人情況位次姓名行政職務(wù)技術(shù)職務(wù)工作單位完成單位對本項目貢獻(xiàn)1張建副校長教授山東科技大學(xué)山東大學(xué)全面負(fù)責(zé)項目組織實施。突破了低能耗溶解氧強(qiáng)化傳質(zhì)技術(shù)，創(chuàng)新研發(fā)了基質(zhì)氧化還原環(huán)境調(diào)控系列關(guān)鍵技術(shù)，提出了植物-微生物協(xié)同強(qiáng)化固碳減排技術(shù)，創(chuàng)新構(gòu)建了錳膜調(diào)控功能填料高效吸附強(qiáng)化技術(shù)。2盧少勇室主任研究員中國環(huán)境科學(xué)研究院中國環(huán)境科學(xué)研究院協(xié)助第1完成人研發(fā)氧化還原環(huán)境調(diào)控技術(shù)系列關(guān)鍵技術(shù)，揭示了人工濕地中微量有機(jī)污染物的環(huán)境行為，實現(xiàn)了微量有機(jī)污染物的高效去除，并推進(jìn)項目研究成果在人工濕地水質(zhì)凈化工程中的應(yīng)用。3胡振副院長教授山東大學(xué)山東大學(xué)協(xié)助第1完成人創(chuàng)新研發(fā)高密度電阻率原位探測技術(shù)，從濕地結(jié)構(gòu)與功能的定向調(diào)控入手，采用混合碳源或低生物降解速率的碳源等方式顯著提升生物脫氮質(zhì)量。4靖玉明總經(jīng)理高級工程師山東省環(huán)科院環(huán)境工程有限公司山東省環(huán)科院環(huán)境工程有限公司協(xié)助第1完成人研發(fā)氧化還原環(huán)境調(diào)控技術(shù)系列關(guān)鍵技術(shù)，推進(jìn)項目研究成果在人工濕地水質(zhì)凈化工程中的應(yīng)用。5吳海明教授山東大學(xué)西北農(nóng)林科技大學(xué)協(xié)助第1完成人研發(fā)植物-微生物耦合作用協(xié)同的溫室氣體控制技術(shù)，突破基于濕地廢棄生物質(zhì)/碳的微生物碳源補(bǔ)給調(diào)控技術(shù)。6莊林嵐副教授山東大學(xué)山東大學(xué)協(xié)助第1完成人構(gòu)建虹吸、鐵碳微電解強(qiáng)化人工濕地等，創(chuàng)新研發(fā)基質(zhì)氧化還原環(huán)境調(diào)控系列關(guān)鍵技術(shù)。7謝慧君教授山東大學(xué)山東大學(xué)協(xié)助第1完成人創(chuàng)新提出基于碳氮遷移轉(zhuǎn)化過程的微生物優(yōu)化技術(shù)，研發(fā)基于濕地植物根表錳氧化物膠膜調(diào)控的微量有機(jī)污染物強(qiáng)化去除技術(shù)。8郭子彰副研究員山東大學(xué)山東大學(xué)協(xié)助第1完成人突破低能耗溶解氧強(qiáng)化傳質(zhì)技術(shù)，研發(fā)濕地植物基多孔炭金屬離子異質(zhì)改性技術(shù)，構(gòu)建基質(zhì)高效吸附強(qiáng)化型人工濕地。9程呈助理研究員重慶大學(xué)重慶大學(xué)協(xié)助第1完成人揭示人工濕地中氧化亞氮驅(qū)動型厭氧甲烷氧化過程，創(chuàng)新提出基于碳氮遷移轉(zhuǎn)化過程的微生物優(yōu)化技術(shù)。10劉道行副總經(jīng)理高級工程師山東省環(huán)科院環(huán)境工程有限公司山東省環(huán)科院環(huán)境工程有限公司協(xié)助第1完成人強(qiáng)化濕地缺氧區(qū)電子供給，創(chuàng)新氧化還原環(huán)境調(diào)控技術(shù)，推進(jìn)項目研究成果在人工濕地水質(zhì)凈化工程中的應(yīng)用。11張金勇水生態(tài)部主任高級工程師山東省環(huán)科院環(huán)境工程有限公司山東省環(huán)科院環(huán)境工程有限公司協(xié)助第1完成人研發(fā)氧化還原環(huán)境調(diào)控技術(shù)，推進(jìn)項目研究成果在人工濕地水質(zhì)凈化工程中的應(yīng)用。12王碩博士生山東大學(xué)山東大學(xué)協(xié)助第1完