2019年1月8日，2018年度國家科學技術獎在京揭曉，共評出285個項目(人選)。其中，國家自然科學獎38項，國家技術發(fā)明獎67項，國家科學技術進步獎173項。
國家科學技術獎下設的國家科學技術進步獎，是國務院設立的國家科學技術獎5大獎項(國家最高科學技術獎、國家自然科學獎、國家技術發(fā)明獎、國家科學技術進步獎、國際科學技術合作獎)之一。國家科學技術進步獎授予在技術研究、技術開發(fā)、技術創(chuàng)新、推廣應用先進科學技術成果、促進高新技術產業(yè)化，以及完成重大科學技術工程、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鍵技術及應用”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水質安全協同保障技術及應用”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(jiān)測核算方法和減排增效關鍵技術研發(fā)與應用”項目。
項目簡介及獲獎原因
一、城市污水處理過程控制關鍵技術及應用
城市污水處理過程控制的難點在于：水質、水量波動大，時變、不確定性是其本質特性;污染物種類多且在線檢測困難;影響生化反應的因素多，可以實施控制的變量少;水質參數無法在線測量，難以實現動態(tài)優(yōu)化與全流程閉環(huán)控制。圍繞上述技術難題，本項目在基礎研究、技術研發(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.主要技術內容
(1)創(chuàng)立基于過程動態(tài)數據的關鍵水質參數智能特征測量新技術：首次提出了基于過程數據的水質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)出基于動態(tài)數據的總磷在線測量裝置，解決了一直困擾業(yè)界的水質參數在線測量難題，突破了水質參數難以在線檢測的技術瓶頸。
(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：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，巧妙地實現了模糊控制規(guī)則自動調整，顯著地提高了模糊控制器的自適應能力，解決了溶解氧、硝態(tài)氮等關鍵變量高精度控制難題。
(3)首次實現關鍵操作變量實時優(yōu)化設定，率先開發(fā)出污水處理過程動態(tài)優(yōu)化控制系統：在技術內容(1)的基礎上，率先建立了考慮出水水質、設備和系統性能在內的能耗評價模型，基于該評價模型提出了動態(tài)多目標智能優(yōu)化方法，突破了關鍵操作變量無法實時設定的技術難題;基于此技術研發(fā)出城市污水處理過程動態(tài)優(yōu)化控制系統，其技術經濟指標明顯優(yōu)于當前業(yè)界公認的控制系統。
2.授權專利情況與知識產權
獲得授權國家發(fā)明專利32項，實用新型專利11項，軟件著作權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.技術經濟指標
(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。
(2)出水水質穩(wěn)定達標：通過應用本項目技術，出水COD小于50 mg/L，TN小于15mg/L，TP小于0.5mg/L，出水水質穩(wěn)定達到國家一級A排放標準。
(3)節(jié)能降耗：相關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成功應用(污水處理量近400萬噸/天)，部分技術已被國外城市污水處理廠借鑒。
(2)直接經濟效益：本技術的應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)間接經濟效益：應用本技術后，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)數據的關鍵水質參數智能特征測量新技術，突破水質參數在線測量技術瓶頸，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，解決了溶解氧、硝態(tài)氮等關鍵變量高精度控制難題;首次實現關鍵操作變量實時優(yōu)化設定，率先開發(fā)出污水處理過程動態(tài)優(yōu)化控制系統，其技術經濟指標明顯優(yōu)于當前業(yè)界公認的控制系統，保證了污水處理過程低成本穩(wěn)定運行。研究成果擁有全部自主知識產權，城市污水處理過程智能優(yōu)化控制技術處于國際先進水平，關鍵水質指標智能特征測量技術達到國際領先水平。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用，污水處理量近400 萬噸/天，經濟效益達10余億元(近三年6.5億元)。實踐證明該技術對于保護淡水環(huán)境，實現水資源循環(huán)利用發(fā)揮了重要作用，取得了顯著的經濟效益和社會影響。
二、城市集中式再生水系統水質安全協同保障技術及應用
污水再生利用是解決我國水資源短缺問題、改善水環(huán)境質量的重要途徑，其核心是水質安全保障。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，經過15年的技術研發(fā)，突破了深度脫氮、高效消毒、管網水質控制、全過程監(jiān)控等技術難題，形成了水質安全協同保障成套技術和關鍵設備。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，實現了再生水高標準穩(wěn)定脫氮。
(2)突破了臭氧/紫外線/氯消毒技術、大型臭氧發(fā)生器和大流量紫外線消毒設備制造技術，實現了大規(guī)模再生水系統高標準消毒。
(3)開發(fā)出再生水輸配管材評價優(yōu)選方法，形成了管網水質風險控制技術，支撐了輸配管網水質保障。
(4)構建了水質安全監(jiān)控體系，編制了國家標準和ISO國際標準，支撐了再生水系統穩(wěn)定運行。發(fā)表學術論文90篇，其中SCI論文45篇，獲中國、美國專利和軟件著作權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)。通過項目成果應用，累計生產再生水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水質安全保障為目標，研發(fā)出AAO/反硝化濾池深度脫氮、臭氧/紫外線/氯消毒、管網水質控制等技術;為滿足再生水廠對大型設備的需求，自主研制出大型臭氧發(fā)生器、大流量紫外線消毒設備等核心裝備;構建了水質安全監(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，授權發(fā)明專利40項(美國發(fā)明專利3項)，其他知識產權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，經濟、社會與環(huán)境效益顯著。
該項目相關成果曾榮獲環(huán)境保護科學技術獎一等獎、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鍵技術研發(fā)與應用
本成果結合畜禽養(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、提高糞便資源利用技術水平、實現污染減排和資源利用雙贏為目標，通過多學科、產學研協同攻關，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)源產排污系數核算方法，解決了畜禽養(yǎng)殖污染減排無法定量評價的難題,成為國務院組織的第一次全國污染源普查、環(huán)保及農業(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)測技術規(guī)范，創(chuàng)建了210個監(jiān)測點和信息平臺構成的全國監(jiān)測網，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污和排污系數2790個。解決了畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染底數不清、特征和成因不明、減排貢獻無法定量評價的技術瓶頸，為控制畜禽養(yǎng)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(zhàn)略制定、資源化利用技術與工程的開發(fā)和設計提供了數據基礎。
2.創(chuàng)建了畜禽養(yǎng)殖場“三改兩分”污水源頭減量工藝，突破了糞水圈舍內自動分離、沼液和污水處理、糞便發(fā)酵氨氣回收等關鍵技術瓶頸，實現了污水源頭減量及糞便處理利用關鍵技術的新突破。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“干濕分離”及“雨污分離”，可降低污水產生量30-65%。發(fā)明了糞水自動分離圈舍和配套收集分離設備，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，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，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)分管理計劃為基礎的種養(yǎng)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(yǎng)分管理系統，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糞便有機肥、墊料等利用基礎上，將污水深度處理消毒技術相結合，實現污水場內安全回用。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用，年減排COD159萬噸，總氮12.4萬噸，總磷2.4萬噸，實現經濟效益32.6億元，社會和環(huán)境效益極為顯著。
4.成果用于國務院發(fā)布的《第一次全國污染源普查公報》，寫入《國務院辦公廳關于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》、《農業(yè)環(huán)境突出問題治理總體規(guī)劃(2014-2018)》、《農業(yè)部關于打好農業(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)殖污染防治和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學依據。
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)源產排污系數核算方法，成為國務院組織的第一次全國污染源普查、環(huán)保及農業(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，突破了糞水舍內自動分離、沼液濃縮和發(fā)酵過程氨氣回收三項關鍵技術;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、技術規(guī)程，建立了示范點。方法研究具有原始創(chuàng)新，關鍵技術有重大突破，整體成果達到同類研究國際先進水平，在畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產排污系數測算方法、三改兩分工藝、糞便堆肥氨氣回收技術方面居國際領先，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政策制定中得到應用，社會、經濟和生態(tài)環(huán)境效益十分顯著。研究成果獲得2016-2017年中華農業(yè)科技獎一等獎。
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