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污染控制与资源化研究国家重点实验室(南京大学、同济大学)

污染控制与资源化研究国家重点实验室 [1] 依托于同济大学、南京大学环境科学与工程学科群,涵盖环境工程、环境科学和市政工程等3个国家重点学科和7个博士点。

实验室1989年获国家计委批准,于1991年开始建设,1995年通过国家验收,正式对外开放。实验室分别于2000年和2005年两次通过国家评估,为良好实验室。中国工程院院士郝吉明教授担任学术委员会主任,赵建夫教授担任实验室主任。目前,实验室面积7500平方米,固定人员89名,其中正高级61名、副高级24名、中级4名。五年间吸引人才39人,其中从海外引进12人。实验室现有院士2名、国家特聘专家1名、国家杰出青年科学基金获得者2名、国际学术机构任职13名。

五年来,实验室科研综合竞争能力显著提升,具备承担国家环境保护科技重大研究任务的能力,主持了国家“水体污染控制与治理”重大科技专项项目、“973”和“863”计划课题、国家科技支撑计划项目、重大国际合作项目、国家自然科学基金重点项目和杰出青年科学基金项目、上海市和江苏省重大科技项目等大量的重要研究任务。在有机污染物多介质环境化学行为及毒性效应机制、基于剩余污泥碳源转化的城市污水除磷脱氮理论、有毒物质污染控制与资源化环境材料、生活垃圾填埋场生物降解及其温室气体产生规律等应用基础研究中获得了一批具有重要影响的原创性成果,SCI收录论文逐年递增,在Environ. Sci. & Technol.等国际一流学术期刊上发表了一批高质量的研究论文;瞄准国家重大需求,采用污染控制与资源化相结合,在城市污水耦合处理新技术、有毒物质污染控制与资源化技术、工业园区废水治理与调控技术、污泥与生活垃圾资源化技术等方面取得了一批令人瞩目的研究成果,成功应用于十多个省市环境治理和节能减排工程及上海世博园区建设,取得显著的经济、环境和社会效益,获得国家技术发明奖二等奖3项(见附表2)。实验室在注重原创性的同时紧扣国家重大需求开展研究工作,构建了“应用基础研究的源头创新?高技术研发?工程应用”特色鲜明的知识技术创新链,有力推动产学研发展。实验室开展了广泛的国内外科技合作和学术交流,已成为重要的污染控制与资源化研究基地和学术交流中心;实验室加大了人才培养力度,为国家培养了一批高素质的青年科技人才、博士后、博士生和硕士生。通过开放基金和访问学者制度,促进了国内相关单位污染控制与资源化研究水平的提升

1)国家需求和学科发展趋势

随着我国社会经济的高速发展,资源短缺与环境污染成为制约我国社会经济发展的重大瓶颈。我国的环境污染呈现复合型、压缩型和结构型特征,长江三角洲地区尤为突出。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》把发展资源和环境保护技术放在优先位置,国家提出了建设资源节约型、环境友好型社会的奋斗目标,《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》明确规定了“十一五”节能减排的刚性指标。国内外环境科学与工程学科发展迅速,针对环境污染过程研究,侧重于阐明污染物在多环境要素复杂体系中变化规律与环境效应;在污染治理中注重资源利用,发展多技术系统整合的全过程控制。因此,解决关系长远发展所必需的资源保障和环境安全问题,是国内外环境科技在满足国家需求方面所面临的挑战。

2)实验室总体定位

实验室瞄准国家重大需求和国际发展前沿,围绕《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,以我国快速的经济发展和城市化进程中重大共性环境污染问题为导向,坚持以“基础研究与应用结合、污染控制与资源化结合、理工结合”的科学方法为指导,在环境污染过程机制与效应、污染控制与资源化理论与方法上开展跨学科的创新性应用基础研究;在城市污水深度处理、工业废水治理与资源化、生活垃圾处理处置与资源化、环境修复与流域污染控制等工程技术方面,研发出一批具有自主知识产权的污染控制与资源化技术,为我国有效控制日益严重的环境污染和有限资源循环利用提供理论支撑与技术储备,引领学科发展,成为国际上有重要影响的环境科学与技术创新平台、国际合作与学术交流中心和高层次人才培养基地。

污染控制与资源化研究国家重点实验室是国内最早、研究实力最强的从事污染控制与资源化应用基础研究和技术研发的机构之一。实验室自建立以来,一直是我国环境科技与人才培养的重要研究基地,围绕学科前沿及国家需求,通过加强理工结合、基础研究与应用研究的统一,承担了一批国家级重大项目,取得了一批创新性的学术成果,为环境学科发展和我国重大环境污染问题的解决做出了重要贡献。

1)国内外污染控制与资源化研究的重要研究中心

l 建设了一支在国际上具有重要影响力的研究团队

实验室以著名环境科学家和环境工程学家为核心,聚集了一批年富力强、高水平的中青年人才,形成了一支优势互补、结构合理、团队凝聚力强、学术水平高并在国内外具有重要影响力的研究队伍。目前,研究队伍中有中国科学院院士1人,中国工程院院士1人,“千人计划”学者1人,国家杰出青年科学基金获得者2人,国际学术机构任职13人,长江学者2人,新(跨)世纪优秀人才12人以及一大批入选上海市、江苏省人才培养计划的优秀中青年学者(详见研究队伍建设和人才培养)。

l 承担一批国家、地方重要科研任务

五年来,实验室主持和承担科研任务314项,实到科研经费1.88亿元,其中国家级科研任务1.37亿元,主持国家“水体污染控制与治理”科技重大专项2项(课题4项)、“973”计划课题3项、“863”计划课题14项、科技支撑计划8项、国家自然科学基金73项(重点项目3项、杰出青年科学基金2项)、国际合作与交流项目17项、公益性行业科研专项1项。主持和承担地方科研项目146项,包括“世博科技专项”4项和“崇明生态岛建设科技专项”3项等重大项目。

l 取得一批原创性应用基础研究成果

五年来,我室固定人员以第一完成单位发表中国科学引文数据库收录论文824篇、SCI收录论文534篇,其中影响因子>3.0的SCI论文112篇,环境领域最有影响的学术刊物Environ Sci Technol 21篇。这些研究成果受到国内外同行的高度关注,评估期内发表的论文被SCI他引1116篇次,出版学术专著4部。获得国家自然科学奖二等奖1项(排名第二),获教育部自然科学奖一等奖1项(排名第一)。

l 取得一批具有自主知识产权的污染控制与资源化技术

五年来,实验室瞄准国家重大需求,以应用基础研究为先导,在城市污水深度处理、有毒物质污染控制与资源化、工业园区污染控制、污泥与生活垃圾资源化、饮用水深度处理、生态修复等领域研究出一批具有自主知识产权的污染控制与资源化技术,获授权国家发明专利183项,成功应用于全国环境治理和节能减排,取得显著的经济、环境和社会效益,获国家技术发明二等奖3项(第一完成单位)。

发明了城市污水耦合处理新技术,实现了城市污水化学混凝?生物过程一体化处理。成果在上海竹园第一污水处理厂(170万吨/天)等17个污水处理工程中得到应用,年处理废水量约7.2亿吨。“耦合式城市污水处理新技术及应用”获2008年度国家技术发明奖二等奖。

发明了工业园区集中污水多重循环协同生物强化处理新工艺,研制出微生物固定化悬浮填料、间歇式复合生物颗粒床反应器和快装式重耐污染膜生物反应器,成果在江苏等七省市工业园区20多项废水治理工程中得到应用,累计处理废水量约2.7 亿吨/年。“化工园区工业废水处理新技术及工程应用”获2009年国家技术发明奖二等奖。

建立了混合生活垃圾生物干化的降解-产热-蒸发过程复合优化方法(Bioresource Technology,2008,2009),发明了混合生活垃圾生物干化技术(ZL 200710038264.6,ZL 200710039525.6),解决了发展中国家生活垃圾综合处理中的高含水率问题。研究成果在国际MBT专业会议上做特邀报告(Waste-to- Resources 2009 III International Symposium MBT and MRF, Germany),主编了行业技术规范《生活垃圾堆肥处理工程技术规范(CJJ52-2010)》(已完成报批)。

发明了入湖河道生态修复与污染削减功能重建集成技术(ZL 200610039345.3)、湖滨带湿地重建与污染削减功能恢复集成技术(ZL 200610039342.X)和湿地植物工具种大规模扩繁与快速建群集成技术(ZL 200610039344.9)等水生态修复技术。成果在第八届国际湿地大会(2008,巴西)做大会特邀报告,并为世界自然基金会编撰了长江中下游湿地保护与恢复技术手册(2008)和太湖流域退化湿地的恢复与重建技术手册(2007)。

2)国内外环境科学与工程学术交流中心

吸引国内外学者来室进行学术交流,建立了长期合作关系。五年来,共有国内著名专家37人次、国外著名专家28人次来本室做学术交流,包括诺贝尔化学奖获得者Paul Crutzen、美国工程院院士Bruce E. Rittmann、美国国家环境保护局局长Stephen L. Johnson、国际知名刊物Environmental Science & Technology主编Jerald Schnoor等。分别与美国哈佛大学、斯坦福大学、耶鲁大学、日本东北大学、德国达姆斯达特工业大学、法国图卢兹科学研究院和俄罗斯门捷列夫大学等国际著名科研院校建立合作研究关系。

五年来,实验室开展的国际合作项目17项,实质性合作所取得的成绩显著。实验室十分重视与国内高校、科研单位合作研究,共同承担一批国家重大科技项目,取得令人关注的研究成果。2005年以来,国内合作研究成果获得国家自然科学奖二等奖1项、国家科技进步二等奖4项,省部级科技奖励8项(详见国内外学术交流与合作部分)。

实验室共举办国际会议4次、国际地区与双边会议4次、全国性学术会议8次,参加国际(地区)会议交流206人次,在国际会议上做大会特邀报告9人次。

3)环境保护研究人才的培养基地

实验室发展促进学科建设,在2008年国务院学位办组织的国家重点学科评估中,同济大学环境工程学科、南京大学环境科学学科被批准为国家重点学科,同济大学市政工程学科新增为国家重点学科,南京大学环境工程学科新增为国家重点学科培育点。

实验室一贯注重对我国环境保护研究人才的培养,2005年以来,实验室培养国家杰出青年科学基金获得者2名、长江学者1名、教育部新世纪优秀人才9名,以及一批入选上海市、江苏省人才培养计划的领军人才和优秀中青年学者,培养博士毕业生344名、硕士毕业生562名、出站博士后43名。

充分发挥实验室队伍和平台优势,开展国际化人才培养。实验室与法国巴黎高等工程师学校联盟合作培养环境工程专业硕士研究生,近5年共有33名硕士生获得法方和中方学位;与联合国环境规划署合作,开展“环境管理与可持续发展”研究生培养,已招收硕士生35名、博士生10名,有4名留学生获得同济大学和联合国环境署共同颁发的毕业证书。

4)构建了特色鲜明的知识和技术创新链

揭示了膜生物反应器(简称MBR)运行中平板膜表面凝胶层的形成机制,破解了泥饼层污染难题(J. Membrane Science,2006, 2008),发明了诱导型膜污染控制的平板膜MBR技术,并研制出适用于诱导型膜污染控制的聚丙烯腈平板膜和聚偏氟乙烯平板膜。该平板膜MBR已应用于20个工程,并被家乐福中国区作为指定产品。

利用阳离子聚合物与常规无机聚合氯化铝铁复合,发明了新型改性多态聚合氯化铝铁,解决国内长期以来聚合氯化铝在处理低温低浊度水混凝效果差的技术难题,实现了产业化,年产量达到10万吨。提出了以马来酸酐为原料合成无色聚环氧琥珀酸工艺,研制出了无磷、无氮的绿色生物可降解缓蚀阻垢剂聚环氧琥珀酸、聚天冬氨酸等系列新型药剂,并在国内率先国产化,产品性能超过国外产品,获得授权国家发明专利10项,制定国家标准3项、技术转让9项。

阐明了超高交联吸附树脂表面含氧官能团对吸附性能的影响与机制,发明了亲水性氧修饰超高交联树脂(ZL 200610040286.1)、疏水性羰基修饰超高联树脂(发明专利申请号:200910026792.9)等吸附树脂。超高交联吸附树脂创始人俄罗斯科学院院士Davankov V.A. 教授将实验室研究团队与美国陶氏化学、英国漂莱特、德国拜耳公司并列为具有超高交联树脂研发能力的四个单位之一(Reactive & Functional Polymers,2006)。以氧修饰超高交联树脂为核心,开发树脂吸附-蒸气脱附再生技术(ZL200610041364.X),建立副产盐酸精制工业化装置2套,年处理盐酸16万吨,年回收130吨苯、氯苯等有毒有机物。

此外,实验室在国家、地方突发性重大事件和污染事故应急处置中发挥了重要作用。在2007年太湖蓝藻水华暴发引发无锡饮用水事件中,实验室积极参与制订应急方案和处理工作,受到无锡市人民政府的表彰;在2008年汶川大地震救援中,提供了实验室研制的饮用水消毒剂,在灾区居民临时安置点建设了饮用水安全保障和生活污水处理工程;在2009年江苏盐城市饮用水源污染事故处理中,环保部现场应急指挥部采纳了实验室研发的原位处置受污染的水体和底泥的技术(发明专利申请号:200910027808.8);2009年7月山东临沂市亿鑫化工公司偷排含砷废水,导致江苏邳州水体砷浓度严重超标,当地政府采纳了实验室研发的以铁盐沉淀法处理含砷水体的技术,解除了有毒物质对饮用水源的威胁。


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