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項目簡介 本成果是一種污染土壤的序批式修復方法及裝置,屬于污染土壤修復技術領域。裝222 置包括電化學修復池、管式混合器、修復電極、卡槽、陰極區控制閥、陽極區控制閥和 穿孔管。將污染土壤置于修復池內，調整體系的電化學參數，土壤中的污染物在電場作 用下遷移到電極處，并通過氧化還原反應去除，運行結束后，可進行下一輪的土壤修復 工作。該成果操作方便、結構簡單、運行穩定高效。 性能指標 （1）運行穩定高效，通過電場遷移和氧化還原作用可以有效去除污染物，通過控

我國的清潔船舶燃料油（重油型）缺口巨大，每年進口 1000 萬噸以上。目前，國內外均采用調和技術生產船舶燃料油，國內大部分產品均為中高硫燃料油（硫含量約為 1.0～3.5%）。傳統調和技術技術含量低、生產成本高，且無法實現對劣質原料的有效利用，造成清潔型燃料油產能的嚴重不足。以歐盟標準的低硫（硫含量<0.1%）清潔船舶燃料油為例，其需求量大且價格昂貴，當前國內無生產企業，全部依靠進口。2020 年，船燃硫含量標準將在全球范圍內由現行<3.5%大幅提升至<0.5%。與此同時，國內石油煉化每年產出約 2500 萬噸油漿或渣油，大部分作為劣質鍋爐燃料低價銷售，與清潔船舶燃料油之間存在巨大價差。因此，將劣質重油轉變為清潔船舶燃料油具有十分重要的應用價值，潛在的市場價差每年可達 2000 億人民幣以上。 我課題組開發的生物煉化技術可彌補加氫法等在重油脫硫脫氮應用上的缺陷和弊端（如：粘度降低、催化劑中毒等），可重點去除高硫原油、渣油和油漿等劣質油品中的有機硫氮以及重金屬等其它有害固雜成分，且保證油品的高粘度。已與多家企業合作完成 800 余次生物脫硫技術測試，脫硫效率可達 30～60%，并初步建立 1～5 噸的中試裝置。試制的清潔型 180#和 380#船舶燃料油產品經國家權威檢測機構鑒定優于國際標準。該項技術實現突破，可替代傳統調和技術，為石化企業、船舶燃料油經銷企業提供高品質清潔燃料油的生產和油品升級服務。僅需約 200～300 元/噸成本即可實現劣質油漿轉化為優質清潔船舶燃料油（價差大于 1000 元/噸），具顯著的經濟、社會和環保效益。我課題組基于生物煉化核心技術（8 項專利）已開發以下四項技術，均有較好應用效果，可實現工業化。包括： 1）清潔船舶燃料油制備技術（中試） 2）油漿的生物清洗技術（中試） 3）生物乳化油制備技術（中試） 4）石油污染生物修復劑（產品成熟） 

團隊長期從事納米材料及納米結構研究，在長期納米結構的制備及性能研究基礎上，與我國XX工程結合，開展高功率固體激光裝置運行環境污染檢測方法研究，基于各種納米結構制作的聲表面波傳感器檢測靈敏度高達pg/mm2（10 12g/mm2）量級，實現了高精密測試，并且針對裝置運行環境中不同有機污染物的復雜情況，實現了高選擇性、高靈敏度測量，達到了國際領先水平。已通過在線測試并在XX工程中應用，實現訂貨。 同時在高靈敏度聲表面波傳感器的研究基礎上，團隊在聲表面波傳感器的敏感芯片區建立了不同的敏感薄膜，如氧化硅薄膜、氧化鋅薄膜、SiO2/ZnO復合薄膜，實現了對環境污染氣體的高靈敏度響應，特別是在聲表面波傳感器芯片上建立了三維納米結構敏感材料，同時對其化學修飾，以實現化學、生物毒劑的高靈敏度監測，目前正在和中電集團進行相關的聯合工作。 該傳感器可用于定量檢測/監測各種真空、實驗室、大氣環境中的微量有機污染物、化學毒劑和生物毒劑。

項目成果/簡介:本服務體系主要依托 SPARROW 模型，它是一款由美國國家地質調查局（USGS）開發的非線性流域污染物評估模型，其介于傳統統計學模型與機理模型之間，用于估計流域地表水體中污染物負荷與污染源之間的關系。是美國 TMDL 計劃推薦流域模型方法之一。 原始 SPARROW 模型基于 SAS（統計分析系統）平臺運行，使用 IML 語言編寫，其嵌套的統計模塊可以輕松調用非線性加權最小二乘法（NWLS）進行方程的求解，完成所需參數的估計，雖然SPARROW 本身可以免費使用，但是 SAS 平臺購買費用不菲，為此我們基于 SPARROW 模型的原理，使用 FORTRAN 語言開發了面向我國特點的具有空間響應特性的水環境管理模型，簡化了原SPARROW 模型中不適用于中國的模塊，并增加 jackknife 不確定性分析模塊，按照中國水環境管理需求補充可能實現的模塊，優化模型功能，改善人機交互形式，使數據輸入及模型運行更加方便易學并符合中國的數據特點。利用 ArcGIS 生成河網、劃分子流域等，提取與整合必要的與流域河流屬性相關的輸入數據，并利用該平臺將模擬結果進行可視化表達。應用范圍:模型已應用于東北松花江流域、黃山新安江流域，成功完成對這些地區 N、P、COD 等污染負荷的空間解析，并設置敏感斷面（松花江流域的同江斷面，新安江流域的跨省斷面--街口斷面）進行溯源分析，能夠為流域（區域）水環境管理決策的制定與實施提供技術支持。效益分析:（1）污染源空間解析：進行各子流域污染源組成比例分布預測以及各子流域的污染來源追溯等，由于監測站點只能評價靜態的理化指標，SPARROW 模型則綜合考慮流域內的地質地貌、氣象要素等，通過監測數據追溯污染來源，分析來自不同污染源的污染量和比例，有針對性地對水質進行控制和管理，找出污染貢獻最大的區域加以治理，實現投入產出的效益最大化； （2）面向水質達標的監測站點空間布局優化與設計：利用有限水質監測站點過去一段時間的監測數據外推流域內其他未監測河段 的水質情況，有效解決布設監測站點成本高、監測網絡點位數量少、代表性差的問題，通過對流域整體水質狀況的預測分析，找出水質較差河段，進而有效優化監測站點的空間設置，為水環境質量達標提供支持。 （3）面向敏感區（達標斷面）的削減措施優化：例如海岸帶、湖庫、飲用水取水區、達標考核斷面等，作為考核或評估斷面進行污染物傳輸分析，分析上游各子流域對其污染貢獻大小，甄別污染貢獻最大的區域，優化管理措施的設置。

本服務體系主要依托 SPARROW 模型，它是一款由美國國家地質調查局（USGS）開發的非線性流域污染物評估模型，其介于傳統統計學模型與機理模型之間，用于估計流域地表水體中污染物負荷與污染源之間的關系。是美國 TMDL 計劃推薦流域模型方法之一。 原始 SPARROW 模型基于 SAS（統計分析系統）平臺運行，使用 IML 語言編寫，其嵌套的統計模塊可以輕松調用非線性加權最小二乘法（NWLS）進行方程的求解，完成所需參數的估計，雖然SPARROW 本身可以免費使用，但是 SAS 平臺購買費用不菲，為此我們基于 SPARROW 模型的原理，使用 FORTRAN 語言開發了面向我國特點的具有空間響應特性的水環境管理模型，簡化了原SPARROW 模型中不適用于中國的模塊，并增加 jackknife 不確定性分析模塊，按照中國水環境管理需求補充可能實現的模塊，優化模型功能，改善人機交互形式，使數據輸入及模型運行更加方便易學并符合中國的數據特點。利用 ArcGIS 生成河網、劃分子流域等，提取與整合必要的與流域河流屬性相關的輸入數據，并利用該平臺將模擬結果進行可視化表達。

本項目包括三大核心技術： 1、強制冷凝 VOCs 廢氣處理設備，創造性地將強制換熱技術改造后應用于 VOCs 強制冷凝處理工藝中，針對高濃度有機廢氣，回收經冷凝的 VOCs 物質，同時回收廢氣中的溫度生產熱水。設備內表面均采用實驗室自行研發的特殊拒油涂層處理，以防止有機物質對冷凝器的污染，提高冷凝裝置穩定運行效率并降低設備維護成本。 2、開發的光催化氧化劑和附著技術 克服納米光催化劑易團聚、易流失的弊端，開發出新型快速的光催化劑負載技術，能夠大大推進光催化劑在廢水、廢氣中的實際應用，負載材料廉價易得，加工方便，壽命長，具有巨大的比表面積，能夠在吸附 VOCs 物質的同時，直接發生光催化反應，將 VOCs 物質完全礦化。 3、開發的高效苯吸收液及分層技術 采用特殊吸收液配方制備能夠分層的高效苯吸收液，能夠有效地 吸收廢氣中的苯、甲苯、二甲苯等有毒有害物質，凈化 VOCs 廢氣。吸收的 VOCs 物質能夠靜置分層，從而能夠更快速地富集，方便下一步的回收分離，吸收液可以重復使用。 三大技術可以互相結合為工藝組合，在高濃度有機廢氣的凈化與有價值物質的回收、油煙凈化、企業 VOCs 治理等方面具有廣闊地應用前景。已成功解決了河北省三家企業的 VOCs 處理與排放問題。

團隊長期從事納米材料及納米結構研究，在長期納米結構的制備及性能研究基礎上，與我國XX工程結合，開展高功率固體激光裝置運行環境污染檢測方法研究，基于各種納米結構制作的聲表面波傳感器檢測靈敏度高達pg/mm2（10?12g/mm2）量級，實現了高精密測試，并且針對裝置運行環境中不同有機污染物的復雜情況，實現了高選擇性、高靈敏度測量，達到了國際領先水平。已通過在線測試并在XX工程中應用，實現訂貨。同時在高靈敏度聲表面波傳感器的研究基礎上，團隊在聲表面波傳感器的敏感芯片區建立了不同的敏感薄膜，如氧化硅薄膜、氧化鋅薄膜、SiO2/ZnO復合薄膜，實現了對環境污染氣體的高靈敏度響應，特別是在聲表面波傳感器芯片上建立了三維納米結構敏感材料，同時對其化學修飾，以實現化學、生物毒劑的高靈敏度監測，目前正在和中電集團進行相關的聯合工作。

隨著城市經濟的高速發展，在各地產業結構和城市布局調整中出現了許多工業企業遺留地塊的重金屬 污染問題。有一些廠區由于土壤污染比較嚴重，在土地的重新利用上存在著很多爭議，有的廢棄廠區閑置 至今。嚴重的土壤污染已經成為制約城市地區土地可持續開發利用的主要因素。城市污染土地的處理一般 要求時間較短，而土壤淋洗技術是利用淋洗液將重金屬從土壤中置換出來的技術，正以其廣泛的適應性和 快速性而被廣泛地在實驗室進行研究并且應用于野外實際治理中。

項目成果/簡介:本項目包括三大核心技術： 1、強制冷凝 VOCs 廢氣處理設備，創造性地將強制換熱技術改造后應用于 VOCs 強制冷凝處理工藝中，針對高濃度有機廢氣，回收經冷凝的 VOCs 物質，同時回收廢氣中的溫度生產熱水。設備內表面均采用實驗室自行研發的特殊拒油涂層處理，以防止有機物質對冷凝器的污染，提高冷凝裝置穩定運行效率并降低設備維護成本。 2、開發的光催化氧化劑和附著技術 克服納米光催化劑易團聚、易流失的弊端，開發出新型快速的光催化劑負載技術，能夠大大推進光催化劑在廢水、廢氣中的實際應用，負載材料廉價易得，加工方便，壽命長，具有巨大的比表面積，能夠在吸附 VOCs 物質的同時，直接發生光催化反應，將 VOCs 物質完全礦化。 3、開發的高效苯吸收液及分層技術 采用特殊吸收液配方制備能夠分層的高效苯吸收液，能夠有效地 吸收廢氣中的苯、甲苯、二甲苯等有毒有害物質，凈化 VOCs 廢氣。吸收的 VOCs 物質能夠靜置分層，從而能夠更快速地富集，方便下一步的回收分離，吸收液可以重復使用。 三大技術可以互相結合為工藝組合，在高濃度有機廢氣的凈化與有價值物質的回收、油煙凈化、企業 VOCs 治理等方面具有廣闊地應用前景。已成功解決了河北省三家企業的 VOCs 處理與排放問題。應用范圍:VOCs 治理工況復雜、技術路線眾多也決定了這一行業的發展特點：市場分散，需求多樣化，企業要想把規模做大很困難。正因為市場分散，VOCs 治理行業要壟斷也不容易，市場完全開放，各家企業憑借自身的技術、策略來獲得競爭優勢，這個市場在未來幾年將以30%的速度增長。 VOCs 污染治理正在起步，有望撬動近 700 億產值。目前，國內VOCs 污染平均治理成本約 500-600 萬元，按每座工業園 5 家企業參 102與治理，省均 150 個工業園區，全國 20 個省保守估算，市場空間將達到 625~750 億元。未來，隨國內 VOCs 排放標準有望提高，VOCs治理投資有望進一步增加。 投資估計：投資 500 萬元， 經濟和社會效益：利潤率 20-30%，經濟效益顯著，污染物減排效果顯著。效益分析:自 2005 年企業進行 VOCs 產生全過程分析，積累了大量第一手資料， 2013 年于宏兵承擔了環保部大氣污染治理應急項目 VOCs 污染控制欲核算方法研究項目，對工業企業 VOCs 排放特征、排放量核算技術方法和 VOCs 處理技術績效進行評估，建立了天津的 VOCs污染控制體系。在 VOCs 污染前端預防、后端治理技術研究中積累了豐富的經驗。 南開大學清潔生產研究中心以南開大學科研平臺為依托，自身擁有 XRD、同步熱重分析儀、便攜式氣相色譜儀、液相色譜儀等大中型儀器共計 25 臺，價值合計 300 余萬元，擁有非常雄厚的技術力量支撐科研工作。

地下水，全世界普遍的淡水資源，是農業灌溉、民生用水、經濟發展等方面的重要水源。2019年9月河海大學水文院黃璟勝教授團隊在國際期刊《Journal of Hazardous Materials》（2019年影響因子達7.650，環境科學與環境工程領域排序前5%）發表題為“Analysis of radially convergent tracer test in a two-zone confined aquifer with vertical dispersion effect: Asymmetrical and symmetrical transports”高水平論文，在地下水修復人才培養與科學研究方面邁出重要步伐。隨著地下水污染的急劇增加，示蹤試驗對地下水修復具有重要意義。徑向示蹤試驗解析模型存在因子參數物理意義不完整的問題，非徑向數值模型雖然避免了因子參數，但存在網格建構困難與計算耗時兩個問題。本篇論文完善了徑向示蹤試驗模型，定義模型的因子參數、示蹤劑初始濃度、穩態濃度三者的本構關系，賦予因子參數完整的物理意義，闡明了徑向與非徑向兩種模型在特定情況下存在相同的濃度穿透曲線。通過含水層厚度、彌散度、特性長度三者組成的無量剛參數設置觀測井，實際的三維污染傳輸可簡化為二維、甚至一維傳輸，不僅揭示了彌散現象與稀釋機理，更能有效排除不敏感參數，大幅提高參數估計反問題的計算性能，提升獲得全局最佳解的概率。研究成果開啟了地下水溶質運移的新思維、新見解，對推動示蹤試驗的高效應用以及實現地下水修復、解決實際的水資源需求具有重要意義。