2019年1月8日，2018年度國家科學技術(shù)獎在京揭曉，共評出285個項目(人選)。其中，國家自然科學獎38項，國家技術(shù)發(fā)明獎67項，國家科學技術(shù)進步獎173項。
國家科學技術(shù)獎下設(shè)的國家科學技術(shù)進步獎，是國務(wù)院設(shè)立的國家科學技術(shù)獎5大獎項(國家最高科學技術(shù)獎、國家自然科學獎、國家技術(shù)發(fā)明獎、國家科學技術(shù)進步獎、國際科學技術(shù)合作獎)之一。國家科學技術(shù)進步獎授予在技術(shù)研究、技術(shù)開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新、推廣應(yīng)用先進科學技術(shù)成果、促進高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，以及完成重大科學技術(shù)工程、計劃等過程中做出創(chuàng)造性貢獻的中國公民和組織。在本次獲獎的285個項目中，國家科學技術(shù)進步獎二等獎共有148項，而其中三個獲獎項目，受到水處理行業(yè)的格外關(guān)注，這三個項目分別是：北排集團與北京工業(yè)大學合作完成的“城市污水處理過程控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目、北排集團與清華大學合作完成的“城市集中式再生水系統(tǒng)水質(zhì)安全協(xié)同保障技術(shù)及應(yīng)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(jiān)測核算方法和減排增效關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”項目。
項目簡介及獲獎原因
一、城市污水處理過程控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用
城市污水處理過程控制的難點在于：水質(zhì)、水量波動大，時變、不確定性是其本質(zhì)特性;污染物種類多且在線檢測困難;影響生化反應(yīng)的因素多，可以實施控制的變量少;水質(zhì)參數(shù)無法在線測量，難以實現(xiàn)動態(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(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)、系統(tǒng)集成和推廣應(yīng)用等方面取得了如下創(chuàng)新性成果。
1.主要技術(shù)內(nèi)容
(1)創(chuàng)立基于過程動態(tài)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)智能特征測量新技術(shù)：首次提出了基于過程數(shù)據(jù)的水質(zhì)參數(shù)特征變量提取算法和自組織計算模型設(shè)計理論方法，率先研發(fā)出基于動態(tài)數(shù)據(jù)的總磷在線測量裝置，解決了一直困擾業(yè)界的水質(zhì)參數(shù)在線測量難題，突破了水質(zhì)參數(shù)難以在線檢測的技術(shù)瓶頸。
(2)創(chuàng)建模糊控制規(guī)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(guī)則和基于互信息強度刪減冗余規(guī)則的自組織機制，巧妙地實現(xiàn)了模糊控制規(guī)則自動調(diào)整，顯著地提高了模糊控制器的自適應(yīng)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)首次實現(xiàn)關(guān)鍵操作變量實時優(yōu)化設(shè)定，率先開發(fā)出污水處理過程動態(tài)優(yōu)化控制系統(tǒng)：在技術(shù)內(nèi)容(1)的基礎(chǔ)上，率先建立了考慮出水水質(zhì)、設(shè)備和系統(tǒng)性能在內(nèi)的能耗評價模型，基于該評價模型提出了動態(tài)多目標智能優(yōu)化方法，突破了關(guān)鍵操作變量無法實時設(shè)定的技術(shù)難題;基于此技術(shù)研發(fā)出城市污水處理過程動態(tài)優(yōu)化控制系統(tǒng)，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(tǒng)。
2.授權(quán)專利情況與知識產(chǎn)權(quán)
獲得授權(quán)國家發(fā)明專利32項，實用新型專利11項，軟件著作權(quán)32項，出版專著5本，發(fā)表論文111篇(SCI檢索32篇)，獲省部級科技進步一等獎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(jiān)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(wěn)定達標：通過應(yīng)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(wěn)定達到國家一級A排放標準。
(3)節(jié)能降耗：相關(guān)應(yīng)用單位電耗平均減少10%左右，藥耗降低20%左右。
4.應(yīng)用推廣與效益情況
(1)應(yīng)用推廣：已在東北、華北、華東和華南50余家城市污水處理廠成功應(yīng)用(污水處理量近400萬噸/天)，部分技術(shù)已被國外城市污水處理廠借鑒。
(2)直接經(jīng)濟效益：本技術(shù)的應(yīng)用單位近三年累計新增銷售6.6億元，累計新增利潤近1.4億元。
(3)間接經(jīng)濟效益：應(yīng)用本技術(shù)后，污水處理廠的運行能力明顯提高，近三年新增運營能力約200萬噸/天，節(jié)約運行費約1.1億元，降低污染物COD排放約40萬噸/年，取得了重大經(jīng)濟、社會和環(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運行成本高、異常工況頻發(fā)、出水水質(zhì)不穩(wěn)定的問題為目標，在國家科技重大專項、863計劃等課題資助下，歷時十余年，創(chuàng)立基于過程動態(tài)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)智能特征測量新技術(shù)，突破水質(zhì)參數(shù)在線測量技術(shù)瓶頸，解決了一直困擾業(yè)界的難題;創(chuàng)建模糊控制規(guī)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;首次實現(xiàn)關(guān)鍵操作變量實時優(yōu)化設(shè)定，率先開發(fā)出污水處理過程動態(tài)優(yōu)化控制系統(tǒng)，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(tǒng)，保證了污水處理過程低成本穩(wěn)定運行。研究成果擁有全部自主知識產(chǎn)權(quán)，城市污水處理過程智能優(yōu)化控制技術(shù)處于國際先進水平，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、華南多個地域50余家工藝不同的城市污水處理廠推廣應(yīng)用，污水處理量近400 萬噸/天，經(jīng)濟效益達10余億元(近三年6.5億元)。實踐證明該技術(shù)對于保護淡水環(huán)境，實現(xiàn)水資源循環(huán)利用發(fā)揮了重要作用，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會影響。
二、城市集中式再生水系統(tǒng)水質(zhì)安全協(xié)同保障技術(shù)及應(yīng)用
污水再生利用是解決我國水資源短缺問題、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、全過程監(jiān)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(shè)備。獲得的主要創(chuàng)新性成果包括：
(1)開發(fā)出AAO/反硝化濾池深度脫氮技術(shù)，實現(xiàn)了再生水高標準穩(wěn)定脫氮。
(2)突破了臭氧/紫外線/氯消毒技術(shù)、大型臭氧發(fā)生器和大流量紫外線消毒設(shè)備制造技術(shù)，實現(xiàn)了大規(guī)模再生水系統(tǒng)高標準消毒。
(3)開發(fā)出再生水輸配管材評價優(yōu)選方法，形成了管網(wǎng)水質(zhì)風險控制技術(shù)，支撐了輸配管網(wǎng)水質(zhì)保障。
(4)構(gòu)建了水質(zhì)安全監(jiān)控體系，編制了國家標準和ISO國際標準，支撐了再生水系統(tǒng)穩(wěn)定運行。發(fā)表學術(shù)論文90篇，其中SCI論文45篇，獲中國、美國專利和軟件著作權(quán)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(yīng)用于中國、美國、韓國等458個污水再生處理工程項目，處理能力總計2548 萬m3/d，包括國際上規(guī)模最大的再生水廠(100萬m3/d)。通過項目成果應(yīng)用，累計生產(chǎn)再生水20億m3(2015-2017年)，新增銷售額約46億元、利潤約10億元。獲2017年環(huán)保部科學技術(shù)獎一等獎、中國專利優(yōu)秀獎、全國優(yōu)秀工程咨詢成果獎一等獎、北京市優(yōu)秀工程咨詢成果一等獎等獎勵。
獲獎原因
該成果以城市集中式再生水系統(tǒng)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/氯消毒、管網(wǎng)水質(zhì)控制等技術(shù);為滿足再生水廠對大型設(shè)備的需求，自主研制出大型臭氧發(fā)生器、大流量紫外線消毒設(shè)備等核心裝備;構(gòu)建了水質(zhì)安全監(jiān)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(quán)發(fā)明專利40項(美國發(fā)明專利3項)，其他知識產(chǎn)權(quán)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(yīng)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m3/d，包括國際上規(guī)模最大的再生水廠(100萬 m3/d);2015-2017年期間，累計支撐生產(chǎn)再生水20億m3，新增銷售額約 46億元、利潤約10億元，推動了我國再生水處理行業(yè)進步，經(jīng)濟、社會與環(huán)境效益顯著。
該項目相關(guān)成果曾榮獲環(huán)境保護科學技術(shù)獎一等獎、全國優(yōu)秀工程咨詢成果獎一等獎、北京市優(yōu)秀工程咨詢成果一等獎、中國專利優(yōu)秀獎等獎勵。
三、畜禽糞便污染監(jiān)測核算和減排增效關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用
本成果結(jié)合畜禽養(yǎng)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、實現(xiàn)污染減排和資源利用雙贏為目標，通過多學科、產(chǎn)學研協(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(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)核算方法，解決了畜禽養(yǎng)殖污染減排無法定量評價的難題,成為國務(wù)院組織的第一次全國污染源普查、環(huán)保及農(nóng)業(yè)部門主要污染物減排核算通用方法。該方法提出了畜禽養(yǎng)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(yǎng)殖糞便和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，創(chuàng)建了210個監(jiān)測點和信息平臺構(gòu)成的全國監(jiān)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(shù)2790個。解決了畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染底數(shù)不清、特征和成因不明、減排貢獻無法定量評價的技術(shù)瓶頸，為控制畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放提供了依據(jù)和方法，為摸清畜禽污染現(xiàn)狀和趨勢、污染防治戰(zhàn)略制定、資源化利用技術(shù)與工程的開發(fā)和設(shè)計提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
2.創(chuàng)建了畜禽養(yǎng)殖場“三改兩分”污水源頭減量工藝，突破了糞水圈舍內(nèi)自動分離、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，實現(xiàn)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、水泡糞為專用刮糞板清糞降低沖洗用水，“改”明溝排污為管道輸送，實現(xiàn)“干濕分離”及“雨污分離”，可降低污水產(chǎn)生量30-65%。發(fā)明了糞水自動分離圈舍和配套收集分離設(shè)備，糞便收集率提高10個百分點;發(fā)明了污水和沼液處理技術(shù)，濃縮液養(yǎng)分提高同時透過液達到回用要求;發(fā)明了糞便發(fā)酵過程氨回收利用技術(shù)，排出氨氣的回收率達80%，解決了糞便發(fā)酵二次污染問題。
3.集成創(chuàng)建了以糞便綜合養(yǎng)分管理計劃為基礎(chǔ)的種養(yǎng)結(jié)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(yīng)用提供了樣板。構(gòu)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(yǎng)分管理系統(tǒng)，為糞便養(yǎng)分利用、防治二次污染提供了工具;清潔回用模式在實現(xiàn)糞便有機肥、墊料等利用基礎(chǔ)上，將污水深度處理消毒技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)污水場內(nèi)安全回用。開發(fā)了帶有計量、消毒、路徑記錄等功能的糞水運輸專業(yè)車輛，為糞便集中處理實現(xiàn)商業(yè)化持續(xù)運行提供支持;率先開展了三種模式的示范，成果已在3000多個養(yǎng)殖場廢棄物處理工程中應(yīng)用，年減排COD159萬噸，總氮12.4萬噸，總磷2.4萬噸，實現(xiàn)經(jīng)濟效益32.6億元，社會和環(huán)境效益極為顯著。
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》，寫入《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》、《農(nóng)業(yè)環(huán)境突出問題治理總體規(guī)劃(2014-2018)》、《農(nóng)業(yè)部關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染攻堅戰(zhàn)的實施意見》和《畜禽糞污資源化利用行動方案(2017-2020)》等政策，為養(yǎng)殖污染防治和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。
5.共獲得專利17件，其中發(fā)明專利9件;出版著作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;推動了畜禽養(yǎng)殖污染防治和糞便資源化利用技術(shù)的進步。
獲獎原因
該項目建立了我國第一套畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)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(nóng)業(yè)部門主要畜禽污染物減排核算方法;創(chuàng)建了畜禽養(yǎng)殖場“三改兩分”污水源頭減量工藝，突破了糞水舍內(nèi)自動分離、沼液濃縮和發(fā)酵過程氨氣回收三項關(guān)鍵技術(shù);集成創(chuàng)建了多種畜禽養(yǎng)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(guī)程，建立了示范點。方法研究具有原始創(chuàng)新，關(guān)鍵技術(shù)有重大突破，整體成果達到同類研究國際先進水平，在畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)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(yīng)用，社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境效益十分顯著。研究成果獲得2016-2017年中華農(nóng)業(yè)科技獎一等獎。
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