2018年度陕西省科学技术奖公示信息

一、项目名称

渭河沿岸城市污水厂升级改造关键技术研究与应用

二、项目简介

该项目属于水污染防治工程领域。

结合渭河流域生态文明建设和“渭河流域水污染防治三年行动方案”（2011-2014年）的实施，项目组针对渭河陕西段沿岸城市污水厂升级改造的技术难点，创新了活性污泥法工艺分区供氧和碳源优化配置理论，开发了以氮磷强效去除、处理能耗削减、污泥资源化利用为特点，多元技术耦合为特色的污水厂升级改造系列技术，在渭河沿岸18座城市污水处理厂的工艺改造和设施建设中得到应用，取得了显著的环境和社会经济效益，为“十二五”期间渭河主要断面的水质提升做出了重要贡献。项目的创新成果主要包括：

  （1）创新了活性污泥法分区供氧和碳源优化配置理论。针对渭河沿岸城市污水处理设施脱氮除磷效率低，处理能耗高的共性问题，在过程诊断和动力学解析的基础上，以反应器各工艺段或流段尺度上实现优势功能菌的定向生长繁殖，功能蛋白酶的自适应高效分泌，活性污泥絮体尺度自适应控制为目标，研究提出了溶解氧精准调控计算模型，进而建立了活性污泥法工艺多段/分区供氧理论；在分析城市污水中的碳源种类和生物利用性的基础上，研究了固有碳源改性和分阶段利用策略，进而提出了碳源优化配置原理，为多种形式的活性污泥处理工艺实现高效氮磷去除奠定了理论基础。相关研究成果发表后得到国际学术界关注，SCI期刊他引762次（其中2篇论文引用率合计近600次）。

  （2）发明了城市污水高效低耗处理和多元水质改善的系列工艺和装置。针对活性污泥法处理工艺对氮的高效去除，发明了反应器中厌氧、缺氧、好氧条件优化调控，及硝化菌/反硝化菌定向培养和同步实现硝化反硝化的多种技术；针对氧化沟工艺的高效脱氮，发明了多点进水、分区曝气、水流变速调节等多元化氧化沟改造技术；针对磷的有效去除，发明了结合浓缩污泥水处理同步除磷，以及通过污泥颗粒化提高聚磷效率的多种技术；针对污水中悬浮性碳源的有效利用，发明了活性初沉池，有效防止了初沉池中的碳源流失，提升了固有碳源利用效率；发明了适用于污水厂尾水生态净化的多种生态过滤、人工湿地技术，为入渭河排水水质的末端保障提供了技术支撑。

  （3）完成了渭河沿岸城市污水厂升级改造技术的综合集成与工程应用。针对A²O、氧化沟等主要污水处理工艺，分别提出了以一级A稳定达标为目标的污水处理设施升级改造技术路线，结合一系列专利技术的工程化应用，通过整体工艺流程优化、主体工艺脱氮除磷功能强化、反应条件精准控制和碳源优化配置，在不增大污水处理厂能耗、药耗、运行管理难度的条件下，实现了污水处理功效的大幅度提升。通过污泥厌氧消化过程优化和污泥稳定化技术的应用，有效防止了污泥产生的二次污染，并为污泥的肥料化利用、建材利用、生物资源利用提供了泥质保障。结合技术研发与应用，制订了相应的行业技术规范和技术指南，为项目成果的更大规模推广应用奠定了标准化技术基础。

项目申请国家发明专利37项（其中授权23项），制定技术规范和标准2部，发表SCI论文62篇，出版专著1部，研究成果得到国内外专家的高度评价。项目成果直接应用于渭河沿岸18座城市污水厂的升级改造或新建工程，总处理规模238万m³/d，在取得显著环境与社会效益的同时，实现新增产值86792.89万元（其中近3年43270.8万元）。项目技术的研究与应用有效削减了渭河陕西段的点源污染负荷，为其主要断面水质从“十一五”之前的劣V类提升为IV类（个别断面达到III类）起到了重要作用，并为陕西省“渭河流域水污染防治巩固提高三年行动方案（2014-2017年）”的顺利实施提供了技术支撑，有效促进了污水处理行业的技术进步。

三、客观评价

（1）鉴定意见

由陕西省科技厅组织，侯立安院士担任鉴定委员会主任，对技术成果“渭河沿岸城市污水厂升级改造关键技术研发与应用”进行了鉴定，结论为“该成果结合地域特点，提供了渭河流域城市污水厂升级改造的成功范例，在国内外产生了重要影响。总体达到了国际先进水平，其中在悬浮性碳源流失控制和回收利用等方面的研究成果达到了国际领先水平”。

（2）检测报告

项目组研发的氧化沟底部微孔曝气分区供氧、碳源优化配置、活性初沉池、变速氧化沟等技术应用于西安市第一、第二、第三、第四、第五、经开草滩污水处理厂、西咸新区沣东新城沣东南污水处理厂、礼泉污水处理厂、华阴污水处理厂、扶风县绛帐镇污水处理厂、户县污水处理厂、长安县污水处理厂、兴平市污水处理厂、昆明市第一污水处理厂等多项污水处理厂提标改造工程，经过西安市环境监测站等相关检测机构检测，出水水质均达到《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。

（3）主要验收意见

1）项目依托4项国家自然科学基金项目（59978040、50378076、50478047、51178376），开展了城市污水氮磷与有机物去除的基础理论研究，基金项目分别于2002、2006、2007、2015年通过结题验收。

2）水体污染控制与治理科技重大专项课题“城镇水污染控制与治理共性技术综合集成”于2013年通过验收住房和城乡建设部的结题验收，主要意见为“课题采用技术归纳法和基准法对城镇水环境污染源消减、城镇水环境整治、缺水城市治污与补水耦合、小城镇水污染控制与治理等共性关键技术进行了系统集成研究，结合应用实例，形成城镇水污染控制与治理共性技术体系，可为城镇水污染控制与治理提供科技支撑”。

3）水体污染控制与治理科技重大专项课题“渭河水污染防治专项技术研究与示范”于2013 年通过验收住房和城乡建设部的结题验收，主要意见为“课题提出了渭河流域生态基流保障和污染综合治理方案及管理技术体系，建立了河流生态基流保障和水质改善技术体系框架”。

（4）同行专家评价

2016年，中国工程院院士张杰教授对该项目技术成果进行了评价：“该项目通过过程诊断和动力学解析，提出了活性污泥法工艺多段或分区供氧理论，实现了硝化、反硝化环境条件的优化；通过进水中固有碳源形态和利用性分析，提出了碳源优化配置原理，发明了活性初沉池，实现了污水中悬浮性碳源的转化和有效利用”，“这些理论技术创新不仅对渭河沿岸污水厂升级改造起到了重要作用，对解决我国污水处理效能提升的共性问题也提供了技术支撑”，“在活性污泥法工艺供氧和碳源利用条件优化方面达到了国际领先水平”。

2016年，美国工程院院士Glen T. Daigger对该项目技术成果进行了评价：“Many of the technologic measures were proposed based on diagnosing the existing process, theoretical analysis, mathematical modeling, and pilot experiments so that practical problems could be solved following an advanced but feasible way. I was especially interested in the extremely innovative idea of step aeration, multiple influent inlets, together with carbon source recovery from grid-chambers for creating an optimized condition for enhancing nitrogen removal”,“I believe that the technologies developed by Professor Wang’s group is not only applicablefor solving the local problems, but can also bring about advancement of technologies for wastewater treatment plant upgra ding in China and many countries of the world”。

（翻译：“许多技术措施都是基于诊断现有工艺，理论分析，数学建模以及中试试验效果的充实基础上，所以很多实际问题均被有效可行的方式解决了。我最感兴趣的创新方案是分段曝气 ，多入口进水，以及从沉砂池中回收碳源等方式来营造最优的脱氮环境。我相信， 王教授带领的科研团队所提出的创新污水处理技术不仅能够解决当地问题，还能够应用于整个中国及世界上大多数国家污水处理厂的升级改造项目。”）

（5）用户评价

1）项目相关研究成果在西安市污水处理有限责任公司所辖污水处理厂进行了应用，西安市污水处理有限责任公司的评价为：“西安建筑科技大学王晓昌教授团队研发的底部微孔曝气分区供氧、碳源优化配置、活性初沉池等技术在我公司所辖西安市第三、四、五污水处理厂和西安市经开草滩污水处理厂进行了应用，在不增加药耗、能耗的基础上实现了《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准稳定达标”。

2）昆明滇池水务股份有限公司所辖昆明第一污水处理厂运用了项目研究成果分区供氧与微孔曝气变速氧化沟节能降耗技术，昆明滇池水务股份有限公司的评价为：“分区供氧与微孔曝气变速氧化沟节能降耗技术通过合理分区，高效利用溶解氧，出水可稳定达到《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，有效降低了处理能耗。”

3）西安市第一污水处理厂将项目研究成果多段/分区供氧理论应用于西安市第一污水处理厂二期工程、西安市第二污水处理厂二期工程中，该单位的评价为：“该项目的成功应用对改善皂河的水体环境起到了积极的作用，皂河最终流入渭河，为“渭河流域水污染防治三年行动”提供了良好的理论与技术基础。”

4）岐山县污水厂运用项目研究成果碳源分阶段利用及优化配置技术，对CASS工艺进行了提标改造，其评价为：“岐山县污水处理厂接纳污水全部为生活污水，具有典型的高悬浮物和低碳氮比水质特点，通过碳源分阶段利用及优化配置技术合理高效利用有效碳源，提高了污水厂的脱氮除磷效率，出水可稳定达到《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准 。”

（6）媒体报道

2015年，西安日报对项目成果进行了报道：“截至2014年底，渭河西安出境断面化学需氧量、氨氮浓度已低于20毫克/升、1毫克/升，均低于省考要求，如期实现了渭河三年行动目标任务”。

 

四、主要知识产权目录（限10条，与推荐书主件一致）

五、推广应用情况

项目研究成果应用于18座污水处理厂提标改造工程中，总处理规模238万m³/d。具体应用情况如下：

1)      项目研究成果应用于西安市污水处理有限责任公司所辖第三、四、五污水处理厂和西安市经开草滩污水处理厂，总处理规模达164万m³/d；

2)      项目研究成果应用于西安市第一、二污水处理厂提标改造项目中，总处理规模为30万m³/d；

3)      西咸新区第一污水厂、西咸新区沣东新城沣东南污水处理厂运用项目相关研究成果实现了《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准稳定达标，处理规模为6.5万m³/d；

4)      运用项目相关研究成果，昆明滇池水务股份有限公司所辖昆明第一污水处理厂出水可稳定达到《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，同时有效降低了处理能耗，处理规模为12万m³/d；

5)      项目研究成果还应用于渭河沿岸其他污水处理厂，如礼泉、华阴、扶风、兴平、户县等一系列中、小型污水处理厂，总处理规模为25.5万m³/d；

6)      项目研究的城市污泥处置成果应用于咸阳利生环保科技有限公司，年产建筑用砖8000万块，日消耗城市剩余污泥400m³。

通过项目研究成果的推广应用，完成单位新增销售额达86792.89万元，近三年新增43270.8万元，完成单位新增利润11403.92万元，近三年新增利润6098.52万元。

 

六、主要完成人情况

 

七、完成人合作关系说明

本项目由西安建筑科技大学、陕西省环境科学研究院、中国市政工程西北设计研究院、陕西朗正环保科技有限公司4家单位合作完成。完成人中王晓昌、金鹏康、彭党聪、张琼华隶属于西安建筑科技大学，张振文、薛旭东、孙长顺隶属于陕西省环境科学研究院，章武首、郭渊、刘胜军隶属于中国市政工程西北设计研究院，朱龙海隶属于陕西朗正环保科技有限公司。

西安建筑科技大学一直以来就致力于污水处理厂活性污泥相关工艺的机理分析、理论计算、系统优化、数学模拟等研究工作，项目第一完成人王晓昌和主要完成人金鹏康、彭党聪共同承担并参与了一批国家级和省部级科研项目，全面负责项目的理论研究、技术研发与应用推广；2011年以来，王晓昌牵头与中陕西省环境科学研究院建立了良好的合作关系，就渭河沿岸污水处理厂提标改造问题进行了大量的研究工作，与金鹏康共同提出了活性污泥法分段/分区供氧、碳源优化配置工程技术路线，负责完成了该技术的规模化推广应用；彭党聪负责变速氧化沟技术的研究开发工作，合作完成了多项相关专利技术的研发及推广应用；张琼华在项目中全面负责西安建筑科技大学研发的相关工艺技术现场应用指导，合作发表多篇科技论文，完成了项目的成果整理，参与完成了项目的技术经济分析。

陕西省环境科学研究院张振文牵头组建了与西安建筑科技大学、中国市政工程西北设计研究院、陕西朗正环保科技有限公司的产学研合作联盟，在项目中研发了城市污泥的二次污染防治与资源化利用相关技术，主持了地方技术标准的制定与实施，促使项目技术成果在西安市多个污水处理厂的推广应用；薛旭东负责完成了项目中研发的城市污泥的二次污染防治与资源化利用技术的工程转化；孙长顺负责污泥厌氧消化过程优化和污泥稳定化技术的推广应用，负责项目的技术经济分析。

中国市政工程西北设计研究院章武首负责了活性污泥法分段/分区供氧、碳源优化配置、变速氧化沟在西安市大型污水处理厂的设计与推广应用，郭渊具体负责分段/分区供氧技术在西安市第三污水处理厂的应用，孙胜军完成了多级厌氧缺氧好氧活性污泥法相关国家发明专利的研发及相关技术设备的推广应用。

陕西朗正环保科技有限公司朱龙海在本项目中全面负责项目相关研究成果在礼泉、户县、兴平、扶风等渭河沿岸中小型污水处理厂的推广应用，参与完成了项目的技术经济分析。

 

八、主要完成单位排序及贡献

 

九、完成单位合作关系说明

本项目由西安建筑科技大学、陕西省环境科学研究院、中国市政工程西北设计研究院、陕西朗正环保科技有限公司4家单位合作完成。完成人中王晓昌、金鹏康、彭党聪、张琼华隶属于西安建筑科技大学，张振文、薛旭东、孙长顺隶属于陕西省环境科学研究院，章武首、郭渊、刘胜军隶属于中国市政工程西北设计研究院，朱龙海隶属于陕西朗正环保科技有限公司。

西安建筑科技大学一直以来就致力于污水处理厂活性污泥相关工艺的机理分析、理论计算、系统优化、数学模拟等研究工作，项目第一完成人王晓昌和主要完成人金鹏康、彭党聪共同承担并参与了一批国家级和省部级科研项目，全面负责项目的理论研究、技术研发与应用推广；2011年以来，王晓昌牵头与中陕西省环境科学研究院建立了良好的合作关系，就渭河沿岸污水处理厂提标改造问题进行了大量的研究工作，与金鹏康共同提出了活性污泥法分段/分区供氧、碳源优化配置工程技术路线，负责完成了该技术的规模化推广应用；彭党聪负责变速氧化沟技术的研究开发工作，合作完成了多项相关专利技术的研发及推广应用；张琼华在项目中全面负责西安建筑科技大学研发的相关工艺技术现场应用指导，合作发表多篇科技论文，完成了项目的成果整理，参与完成了项目的技术经济分析。

陕西省环境科学研究院张振文牵头组建了与西安建筑科技大学、中国市政工程西北设计研究院、陕西朗正环保科技有限公司的产学研合作联盟，在项目中研发了城市污泥的二次污染防治与资源化利用相关技术，主持了地方技术标准的制定与实施，促使项目技术成果在西安市多个污水处理厂的推广应用；薛旭东负责完成了项目中研发的城市污泥的二次污染防治与资源化利用技术的工程转化；孙长顺负责污泥厌氧消化过程优化和污泥稳定化技术的推广应用，负责项目的技术经济分析。

中国市政工程西北设计研究院章武首负责了活性污泥法分段/分区供氧、碳源优化配置、变速氧化沟在西安市大型污水处理厂的设计与推广应用，郭渊具体负责分段/分区供氧技术在西安市第三污水处理厂的应用，孙胜军完成了多级厌氧缺氧好氧活性污泥法相关国家发明专利的研发及相关技术设备的推广应用。

陕西朗正环保科技有限公司朱龙海在本项目中全面负责项目相关研究成果在礼泉、户县、兴平、扶风等渭河沿岸中小型污水处理厂的推广应用，参与完成了项目的技术经济分析。

十、主要论文专著目录（横版限20条，与推荐书主件一致）