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科研成果

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一、科研項目

近五年,學院完成研項目389項,縱向項目101項,其中自科基金(面上15項、重點項目1項)、重點研發計劃等國家級項目32項,省部級48項(含上海市人才計劃項目15項),縱向科研經費3900萬,橫向經費4340萬,總計8240萬。與十二五相比,科研經費總量有明顯的提高,國家級、省部級縱向項目的比例增加,國家級科研項目以面上基金、重點研發計劃和水專項為主,表明學院整體研究水平和科研隊伍層次有顯著的提升。自科基金中青年基金16項,數量上超過面上項目,上海市青年人才計劃獲得15項,說明學院青年教師在科研上具備較大的發展潛力。

學院共獲得省部級科技進步獎9項,一等獎2項,二等獎6項,三等獎1項。單位第一排名的1項。獲獎項目主要集中在水污染治理與修復、廢氣治理和能源領域,說明學院的科研優勢集中在應用性研究方面,“土著生物床水生態恢復技術”“印染廢水低成本高效再生利用關鍵技術”等已產業化應用,產生明顯的社會和環境效益。

二、論文與專著

近5年,以學院第一單位總計發表論文1310篇,其中SCI/EI收錄481篇,一區論文82篇,ESI10篇;出版專著13部。所發表論文主要在環境化學、環境材料、廢水處理技術、大氣環境和生態環境治理與修復等眾多領域。部分ESI論文結合學科特色,針對行業的特征污染物處理和降解開展了相關的機理和應用性研究,在環境領域受到較高的關注度。主要科技創新在以下幾個方面:

(1) 環境材料包括膜分離材料、光電催化材料、環境吸附材料等的研發及其在環境污染治理方面的應用工作。

(2) 廢水處理技術涵蓋反應器開發、環境微生物技術、環境化學、高級氧化技術、環境功能材料和膜分離工藝等。

(3) 生態治理與修復方面涉及環境、生物、化學、材料等多學科,致力于水生態、水環境科學、水污染防治、生態環境治理與管理等領域系統性、戰略性和前瞻性的基礎與應用技術研究,主要研究方向包括水環境生態修復、環境生物技術、環境材料、河湖生態動力學模型、環境遙感及信息系統等。

(4) 土壤修復與固廢資源化方面包括土壤重金屬修復、土壤有機污染修復、鹽堿地治理、酸土改良等;農業廢棄物(禽畜糞便、秸稈、農業加工剩余物等)肥料化、能源化及高值化;工業廢棄物(化工廢棄物、電子廢棄物、醫療廢棄物)無害化及資源化;垃圾分類處理、無害化、能源化及資源化。

(5) 市政工程工程技術涉及材料、給排水系統模擬優化與管網漏損控制、超軟土力學特性與地基處理、城市地鐵與地下空間開發、沿海地區災害天氣遙感預警、場地污染治理及風險管控工程措施等方面。

(6) 暖通空調方面包括工業通風與污染物控制、可持續能源利用與建筑節能技術、建筑微氣候與人體熱舒適、傳熱與流動的模型與模擬。

(7) 節能研究圍繞建筑環境、空氣質量、建筑節能研究方向,在建筑環境熱濕精確控制、空氣質量控制、工業通風與氣體凈化、城市建筑空氣質量與建筑節能等方面開展基礎與應用基礎研究。

(8) 新能源研究涵蓋太陽能的系統集成、生物質制能、城市污泥資源化利用、面向新能源技術的多相流動與傳熱等方面。 

三、科技成果與應用

近5年學院申請專利269項,授權145項,實現專利成果轉化6項,轉讓經費38萬。轉讓技術集中在行業污染治理技術、水生態修復和環境監測方面。牽頭制定行業標準2項,參與行業和地方標準制定8項。其中環境學科的主持和參與的標準以紡織工業的環境管理、工程規范為主,并參與新疆自治區的地方標準,表明本學科在國內紡織工業環境管理和治理技術方面取得了主導性地位。土木學科以產品標準和檢測方法為主。主要科技成果如下:

(1)印染廢水低成本處理和高效再生利用關鍵技術

針對當前處理與回用工藝的膜污染嚴重、產水回收率低、綜合成本高的問題,圍繞低成本和高回收率為研究目標,以低壓抗污染的膜分離技術為核心,以物化氣浮協同作用的預處理技術、生物增效強化的前驅技術作為保障,開發印染廢水低能耗高回收率膜集約系統的關鍵技術,掌控系統集成主要工藝段的工藝參數和關鍵控制條件,最終形成具有自主知識產權、國際領先的印染廢水的膜集約系統關鍵技術。廢水處理成本為2.8元/噸,回用水處理成本為2.0元/噸,廢水回收率高于70%以上,綜合成本低于國內外同類技術,建立省級循環經濟標準化試點基地1個;形成發明專利8件,在江蘇蘇州、浙江嘉興、紹興等眾多印染企業進行推廣應用,累計日處理量印染廢水120萬多噸。該技術獲得2019年中紡聯科技進步一等獎。

(2)稀土催化氧化處理高濃度難降解有機廢水技術

研發的系列專利技術“一種混合稀土-鐵-碳催化氧化劑處理高濃度難降解有機廢水的方法(ZL201310003881.8)”“一種稀土-凹凸棒土生物催化污泥的制備方法(ZL201410690061.5)”“一種稀土-活性炭生物催化氧化污泥的制備方法(ZL201410691929.3)”“一種印染廢水稀土催化氧化處理裝置及方法(ZL201410691928.9)”以稀土尾礦作為核心催化劑,通過高級氧化作用高效降解有機污染物。該系列技術打破了芬頓反應需在酸性條件下進行的局限性,可在中性和堿性條件下直接催化氧化,在高濃度印染廢水,如精練退漿廢水、堿減量廢水的處理中取得優異的工程應用效果。經技術成果鑒定,該系列技術達到了國際先進水平,該系列技術的反應速度快、催化氧化劑可長期使用、運行成本低、占地面積小等優點。

(3)曝氣異相類Fenton高級氧化濾池技術

在曝氣氧化濾池中利用含鐵硫化礦物催化雙氧水選擇性地轉化為羥基自由基或生成氧化活性物種高價鐵,籍雙氧水梯級利用高效氧化廢水中有機污染物,改善廢水可生化性,利用空氣氧化含鐵硫化礦物調控pH和氧化還原電位,克服傳統Fenton氧化過程中部分雙氧水無效分解的弊端。另外,含鐵硫化礦物曝氣濾池緩釋鐵離子,自生氧化活性物種,包括雙氧水和羥基自由基,可以顯著提高廢水處理效率。技術已在象山恒大印染有限公司、山東銀鷹開展了印染廢水和漿粕黑液處理方面取得了良好的應用效果。

(4)土著生物床韌性水生態恢復技術

通過人工構建易于工程化的水生態完整性恢復工程,強化功能化土著微生物和功能化植物的先鋒引導,恢復水生態系統“功能協調、富自然特性、生態彈性”的稟賦,實現復雜水生態系統“韌性”。關鍵技術裝備為:1)低影響開發三倉式攔污壩技術和裝備(LID凈污壩)。2)新型電子供體可組裝旁路人工濕地(E-CW人工濕地)。3)一體化浮島生物巢技術及裝備(BioNest浮島)。它們可單獨應用,也能體系化組合,達到快速消除污染,恢復水生態“韌性”的效果。主要技術參數:1)LID攔污壩對“三污”處理負荷為1m3/m3.d,對TN、TP、COD的處理效率90%以上;2)E-CW人工濕地出水TN、TP達到地表水IV類標準,COD達到V類標準,葉綠素小于20ug/L,處理負荷為0.7-1.0m/d;3)BioNest浮島雨后連續運行3-5天將劣V類地表水(TN、TP、COD、DO)恢復到IV-V類水,有效作用水面積40-50m2/單元,控制葉綠素濃度30ug/L以下,透明度30cm以上。近5年來,修復水面面積80多萬平方;修復水體水質達到IV類水以上;大水體透明度30cm以上,小水體透明度1.5m以上。相關支撐高水平論文20余篇,授權專利20余項;2019年獲上海市科技進步獎二等獎。

(5)螺旋對稱流厭氧反應器

通過螺旋對稱布置橢圓擋板,優化了床層空間結構,極大地改善了床層流態、增強了污泥持留和優化了菌群空間分布;通過螺旋對稱布置氣體導管,及時導出生物產氣,極大地消除了產物抑制和促進了相際傳質,從而發明了超高效螺旋對稱流厭氧反應器,其有機負荷高達361.5 kg COD/(m3·d),達同類型反應器國內外文獻所見報道值最高水平。近5年授權發明專利16項,其中成果轉化3項,成果轉讓1項,產生了一定的社會和經濟效應:以SSSAB為核心,分別建立了30T/d的難降解噴水織造聚丙烯酸酯廢水處理和150T/d豆制品高濃度有機廢水處理2個工程示范;2019年11月,基于該研究成果與岜山集團有限公司聯合研發的“噴水織造廢水回用技術”被工信部等納入《國家鼓勵的工業節水工藝、技術和裝備目錄》(2019);同年,《螺旋對稱流厭氧反應器的研發與應用》項目獲“國際水協—首創水星獎銅獎(產業創新類)”。

(6)土壤重金屬修復劑產品

針對土壤重金屬污染問題,以凹土棒土為基礎材料,經過系列物化改性、孔徑調控和基團修飾,研制出低成本、高效網捕截慮重金屬離子的納米復合材料,研發出土壤重金屬修復劑,它可以在作物根系附近形成一層納米防護網,阻止重金屬離子與根系接觸,從而降低作物對重金屬的富集。該技術于2017年轉讓給重慶博恩集團公司。該技術可有效降低作物對重金屬富集50%以上,且具有成本低、環境友好、工藝簡單等優勢,具有廣闊的應用前景,受到CCTV科技之光專題報道、安徽衛視新聞聯播、新華社等主流媒體跟蹤報道。該技術已在安徽阜陽、杭州蕭山、四川德陽等地示范5000余畝,取得顯著效果,為我國土壤重金屬生態修復、保障糧食安全提供了切實可行的新技術。

(7)化肥農藥控失劑產品

針對化肥流失引發的面源污染問題,利用凹凸棒土作為基礎材料,經過系列物化改性和結構設計,研發出網狀結構的化肥控失劑,可通過氫鍵、范德華力等弱相互作用固定肥料分子和離子,有效控制化肥遷移和流失,提高肥料利用率。該技術轉化中鹽安徽紅四方股份有限公司(央企控股)、河南心連心化肥有限公司(上市企業)、安徽六國化工股份有限公司(上市企業)、安徽帝元生物科技有限公司等多家企業,技術產品被50余家肥料企業采用,累計推廣2.5億畝以上,占緩控釋肥市場的30%左右,可提高肥料利用率20%以上,降低化肥用量20%,共節約化肥用量250萬噸,創造直接經濟效益300億元以上?;士厥s獲“國家重點新產品”,獲中科院科技促進發展二等獎(第2完成人)。該工作為提高肥料利用率、緩解農業面源污染提供了有效技術支撐。

針對農藥流失引發的面源污染問題,利用輻照技術構筑了具有適合孔徑的納米網,并通過有機修飾為其安裝特異性功能基團,制備出低成本、高效網捕截慮農藥分子的納米材料,研發了農藥控失技術。該控失劑相當于為農藥液滴安裝了微型“爪子”,提高農藥在作物葉面上的附著率,有效促進農藥減量增效。孵化成立青島中科禾輝生物技術有限公司實現其產業化,產品已進入德國巴斯夫等大型公司農藥配方,在我國和孟加拉國等地累計推廣5000余萬畝,可降低農藥用量20%,節約農藥5000噸,創造直接經濟效益5億元,有效緩解了農藥引起的農業面源污染。該技術榮獲2018年度寧夏科技進步三等獎、2018年度“孟加拉國農業獎”(國家級)及2016年度中國農藥協會頒發的“減施增效植物健康產品貢獻獎”。該工作為實施農藥減施增效戰略提供技術支撐。

(8)有機危廢熱催化減量技術應用:

有機危廢產量巨大(4000萬噸/年),企業委外成本高(約5000元/噸)。傳統干化及其衍生技術不適用于結合水高,粘性強、閃點低的有機危廢,易閃爆,安全隱患大,且只限于水分相變,無污染物實質減排。針對上述問題,本課題組自主研發出熱催化減量技術,在催化劑作用下,強化有機危廢脫除親水官能團,促進分子間氫、氧脫離,實現污染物干重減排;疏水改性強化脫水,減量效果高于65%,同時,有機危廢生成可燃炭或吸附劑,實現同步資源化。該技術可對噴涂漆渣、藥渣菌渣、油泥、殘液濃縮液、危廢生化污泥等對象,運行成本低、環境友好,具有廣闊的應用前景,危廢產業技術創新聯盟推薦技術,已在瑪氏(嘉興)食品有限公司、上?;舾黄囨i具有限公司、東海翔織造有限公司等著名企業進行合作,對上述企業產生的有機危廢減量率可達65%以上,減少委外成本300萬元。


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