科研成果

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一、科研项目

近五年,学院完成研项目389项,纵向项目101项,其中自科基金(面上15项、重点项目1项)、重点研发计划等国家级项目32项,省部级48项(含上海市人才计划项目15项),纵向科研经费3900万,横向经费4340万,总计8240万。与十二五相比,科研经费总量有明显的提高,国家级、省部级纵向项目的比例增加,国家级科研项目以面上基金、重点研发计划和水专项为主,表明学院整体研究水平和科研队伍层次有显著的提升。自科基金中青年基金16项,数量上超过面上项目,上海市青年人才计划获得15项,说明学院青年教师在科研上具备较大的发展潜力。

学院共获得省部级科技进步奖9项,一等奖2项,二等奖6项,三等奖1项。单位第一排名的1项。获奖项目主要集中在水污染治理与修复、废气治理和能源领域,说明学院的科研优势集中在应用性研究方面,“土著生物床水生态恢复技术”“印染废水低成本高效再生利用关键技术”等已产业化应用,产生明显的社会和环境效益。

二、论文与专著

近5年,以学院第一单位总计发表论文1310篇,其中SCI/EI收录481篇,一区论文82篇,ESI10篇;出版专著13部。所发表论文主要在环境化学、环境材料、废水处理技术、大气环境和生态环境治理与修复等众多领域。部分ESI论文结合学科特色,针对行业的特征污染物处理和降解开展了相关的机理和应用性研究,在环境领域受到较高的关注度。主要科技创新在以下几个方面:

(1) 环境材料包括膜分离材料、光电催化材料、环境吸附材料等的研发及其在环境污染治理方面的应用工作。

(2) 废水处理技术涵盖反应器开发、环境微生物技术、环境化学、高级氧化技术、环境功能材料和膜分离工艺等。

(3) 生态治理与修复方面涉及环境、生物、化学、材料等多学科,致力于水生态、水环境科学、水污染防治、生态环境治理与管理等领域系统性、战略性和前瞻性的基础与应用技术研究,主要研究方向包括水环境生态修复、环境生物技术、环境材料、河湖生态动力学模型、环境遥感及信息系统等。

(4) 土壤修复与固废资源化方面包括土壤重金属修复、土壤有机污染修复、盐碱地治理、酸土改良等;农业废弃物(禽畜粪便、秸秆、农业加工剩余物等)肥料化、能源化及高值化;工业废弃物(化工废弃物、电子废弃物、医疗废弃物)无害化及资源化;垃圾分类处理、无害化、能源化及资源化。

(5) 市政工程工程技术涉及材料、给排水系统模拟优化与管网漏损控制、超软土力学特性与地基处理、城市地铁与地下空间开发、沿海地区灾害天气遥感预警、场地污染治理及风险管控工程措施等方面。

(6) 暖通空调方面包括工业通风与污染物控制、可持续能源利用与建筑节能技术、建筑微气候与人体热舒适、传热与流动的模型与模拟。

(7) 节能研究围绕建筑环境、空气质量、建筑节能研究方向,在建筑环境热湿精确控制、空气质量控制、工业通风与气体净化、城市建筑空气质量与建筑节能等方面开展基础与应用基础研究。

(8) 新能源研究涵盖太阳能的系统集成、生物质制能、城市污泥资源化利用、面向新能源技术的多相流动与传热等方面。 

三、科技成果与应用

近5年学院申请专利269项,授权145项,实现专利成果转化6项,转让经费38万。转让技术集中在行业污染治理技术、水生态修复和环境监测方面。牵头制定行业标准2项,参与行业和地方标准制定8项。其中环境学科的主持和参与的标准以纺织工业的环境管理、工程规范为主,并参与新疆自治区的地方标准,表明本学科在国内纺织工业环境管理和治理技术方面取得了主导性地位。土木学科以产品标准和检测方法为主。主要科技成果如下:

(1)印染废水低成本处理和高效再生利用关键技术

针对当前处理与回用工艺的膜污染严重、产水回收率低、综合成本高的问题,围绕低成本和高回收率为研究目标,以低压抗污染的膜分离技术为核心,以物化气浮协同作用的预处理技术、生物增效强化的前驱技术作为保障,开发印染废水低能耗高回收率膜集约系统的关键技术,掌控系统集成主要工艺段的工艺参数和关键控制条件,最终形成具有自主知识产权、国际领先的印染废水的膜集约系统关键技术。废水处理成本为2.8元/吨,回用水处理成本为2.0元/吨,废水回收率高于70%以上,综合成本低于国内外同类技术,建立省级循环经济标准化试点基地1个;形成发明专利8件,在江苏苏州、浙江嘉兴、绍兴等众多印染企业进行推广应用,累计日处理量印染废水120万多吨。该技术获得2019年中纺联科技进步一等奖。

(2)稀土催化氧化处理高浓度难降解有机废水技术

研发的系列专利技术“一种混合稀土-铁-碳催化氧化剂处理高浓度难降解有机废水的方法(ZL201310003881.8)”“一种稀土-凹凸棒土生物催化污泥的制备方法(ZL201410690061.5)”“一种稀土-活性炭生物催化氧化污泥的制备方法(ZL201410691929.3)”“一种印染废水稀土催化氧化处理装置及方法(ZL201410691928.9)”以稀土尾矿作为核心催化剂,通过高级氧化作用高效降解有机污染物。该系列技术打破了芬顿反应需在酸性条件下进行的局限性,可在中性和碱性条件下直接催化氧化,在高浓度印染废水,如精练退浆废水、碱减量废水的处理中取得优异的工程应用效果。经技术成果鉴定,该系列技术达到了国际先进水平,该系列技术的反应速度快、催化氧化剂可长期使用、运行成本低、占地面积小等优点。

(3)曝气异相类Fenton高级氧化滤池技术

在曝气氧化滤池中利用含铁硫化矿物催化双氧水选择性地转化为羟基自由基或生成氧化活性物种高价铁,籍双氧水梯级利用高效氧化废水中有机污染物,改善废水可生化性,利用空气氧化含铁硫化矿物调控pH和氧化还原电位,克服传统Fenton氧化过程中部分双氧水无效分解的弊端。另外,含铁硫化矿物曝气滤池缓释铁离子,自生氧化活性物种,包括双氧水和羟基自由基,可以显著提高废水处理效率。技术已在象山恒大印染有限公司、山东银鹰开展了印染废水和浆粕黑液处理方面取得了良好的应用效果。

(4)土著生物床韧性水生态恢复技术

通过人工构建易于工程化的水生态完整性恢复工程,强化功能化土著微生物和功能化植物的先锋引导,恢复水生态系统“功能协调、富自然特性、生态弹性”的禀赋,实现复杂水生态系统“韧性”。关键技术装备为:1)低影响开发三仓式拦污坝技术和装备(LID净污坝)。2)新型电子供体可组装旁路人工湿地(E-CW人工湿地)。3)一体化浮岛生物巢技术及装备(BioNest浮岛)。它们可单独应用,也能体系化组合,达到快速消除污染,恢复水生态“韧性”的效果。主要技术参数:1)LID拦污坝对“三污”处理负荷为1m3/m3.d,对TN、TP、COD的处理效率90%以上;2)E-CW人工湿地出水TN、TP达到地表水IV类标准,COD达到V类标准,叶绿素小于20ug/L,处理负荷为0.7-1.0m/d;3)BioNest浮岛雨后连续运行3-5天将劣V类地表水(TN、TP、COD、DO)恢复到IV-V类水,有效作用水面积40-50m2/单元,控制叶绿素浓度30ug/L以下,透明度30cm以上。近5年来,修复水面面积80多万平方;修复水体水质达到IV类水以上;大水体透明度30cm以上,小水体透明度1.5m以上。相关支撑高水平论文20余篇,授权专利20余项;2019年获上海市科技进步奖二等奖。

(6)螺旋对称流厌氧反应器

通过螺旋对称布置椭圆挡板,优化了床层空间结构,极大地改善了床层流态、增强了污泥持留和优化了菌群空间分布;通过螺旋对称布置气体导管,及时导出生物产气,极大地消除了产物抑制和促进了相际传质,从而发明了超高效螺旋对称流厌氧反应器,其有机负荷高达361.5 kg COD/(m3·d),达同类型反应器国内外文献所见报道值最高水平。近5年授权发明专利16项,其中成果转化3项,成果转让1项,产生了一定的社会和经济效应:以SSSAB为核心,分别建立了30T/d的难降解喷水织造聚丙烯酸酯废水处理和150T/d豆制品高浓度有机废水处理2个工程示范;2019年11月,基于该研究成果与岜山集团有限公司联合研发的“喷水织造废水回用技术”被工信部等纳入《国家鼓励的工业节水工艺、技术和装备目录》(2019);同年,《螺旋对称流厌氧反应器的研发与应用》项目获“国际水协—首创水星奖铜奖(产业创新类)”。

(7)土壤重金属修复剂产品

针对土壤重金属污染问题,以凹土棒土为基础材料,经过系列物化改性、孔径调控和基团修饰,研制出低成本、高效网捕截虑重金属离子的纳米复合材料,研发出土壤重金属修复剂,它可以在作物根系附近形成一层纳米防护网,阻止重金属离子与根系接触,从而降低作物对重金属的富集。该技术于2017年转让给重庆博恩集团公司。该技术可有效降低作物对重金属富集50%以上,且具有成本低、环境友好、工艺简单等优势,具有广阔的应用前景,受到CCTV科技之光专题报道、安徽卫视新闻联播、新华社等主流媒体跟踪报道。该技术已在安徽阜阳、杭州萧山、四川德阳等地示范5000余亩,取得显著效果,为我国土壤重金属生态修复、保障粮食安全提供了切实可行的新技术。

(8)化肥农药控失剂产品

针对化肥流失引发的面源污染问题,利用凹凸棒土作为基础材料,经过系列物化改性和结构设计,研发出网状结构的化肥控失剂,可通过氢键、范德华力等弱相互作用固定肥料分子和离子,有效控制化肥迁移和流失,提高肥料利用率。该技术转化中盐安徽红四方股份有限公司(央企控股)、河南心连心化肥有限公司(上市企业)、安徽六国化工股份有限公司(上市企业)、安徽帝元生物科技有限公司等多家企业,技术产品被50余家肥料企业采用,累计推广2.5亿亩以上,占缓控释肥市场的30%左右,可提高肥料利用率20%以上,降低化肥用量20%,共节约化肥用量250万吨,创造直接经济效益300亿元以上。化肥控失剂荣获“国家重点新产品”,获中科院科技促进发展二等奖(第2完成人)。该工作为提高肥料利用率、缓解农业面源污染提供了有效技术支撑。

针对农药流失引发的面源污染问题,利用辐照技术构筑了具有适合孔径的纳米网,并通过有机修饰为其安装特异性功能基团,制备出低成本、高效网捕截虑农药分子的纳米材料,研发了农药控失技术。该控失剂相当于为农药液滴安装了微型“爪子”,提高农药在作物叶面上的附着率,有效促进农药减量增效。孵化成立青岛中科禾辉生物技术有限公司实现其产业化,产品已进入德国巴斯夫等大型公司农药配方,在我国和孟加拉国等地累计推广5000余万亩,可降低农药用量20%,节约农药5000吨,创造直接经济效益5亿元,有效缓解了农药引起的农业面源污染。该技术荣获2018年度宁夏科技进步三等奖、2018年度“孟加拉国农业奖”(国家级)及2016年度中国农药协会颁发的“减施增效植物健康产品贡献奖”。该工作为实施农药减施增效战略提供技术支撑。

(9)有机危废热催化减量技术应用:

有机危废产量巨大(4000万吨/年),企业委外成本高(约5000元/吨)。传统干化及其衍生技术不适用于结合水高,粘性强、闪点低的有机危废,易闪爆,安全隐患大,且只限于水分相变,无污染物实质减排。针对上述问题,本课题组自主研发出热催化减量技术,在催化剂作用下,强化有机危废脱除亲水官能团,促进分子间氢、氧脱离,实现污染物干重减排;疏水改性强化脱水,减量效果高于65%,同时,有机危废生成可燃炭或吸附剂,实现同步资源化。该技术可对喷涂漆渣、药渣菌渣、油泥、残液浓缩液、危废生化污泥等对象,运行成本低、环境友好,具有广阔的应用前景,危废产业技术创新联盟推荐技术,已在玛氏(嘉兴)食品有限公司、上海霍富汽车锁具有限公司、东海翔织造有限公司等著名企业进行合作,对上述企业产生的有机危废减量率可达65%以上,减少委外成本300万元。