项目名称农田农村退水系统有机污染物降解去除关键技术

项目名称：农田农村退水系统有机污染物降解去除关键技术及应用
提名者及提名意见：教育部
项目组针对我国农田农村有机污染物引起的水污染日益加剧及防控治理技术严重缺乏等突出问题，从源头截留阻控和退水系统逐级降解去除入手，研发了基于纳米材料和微生物的高效降解去除有机污染物的新方法、新材料、新工艺和新产品，发明了载体制备成形方法及性能检测、纳米材料及高效降解菌载体附着方法及耦合净污、降解去除装置及逐级布设、区域有机污染物深度削减与生态截污廊道构建等核心技术，攻克了载体孔隙高通透、纳米颗粒定向迁移和载体孔隙表面负载、孔隙紫外光折射扩展、微生物活性增强和孔隙表面附着等关键技术难题，获得了整装成套的新设备和新装置，在技术方法创新性、净污载体制备新颖性、装置工艺高效性、逐级布设实用性和应用功能综合性等方面取得了创新性突破。

技术成果在我国农田农村污染控制与治理工程的规划设计和建设运管中广泛应用，取得了重要的生态环境及社会经济效益，提升了行业的科技水平。

申请国家发明专利156项，获授权发明专利84项，其中中国发明专利60项、国际专利24项。

发表SCI收录论文268篇。

技术成果分别获得2017年教育部技术发明一等奖、2018年大禹水利科技发明特等奖、2018年江苏省科技进步一等奖。

提名该项目为国家技术发明奖二等奖。

项目简介：针对我国农田农村有机污染物引起的水污染日益加剧及防控治理技术严重缺乏等突出问题，项目组从源头截留阻控和退水系统逐级降解去除入手，研发了基于纳米材料和微生物的高效降解去除有机污染物的新方法、新材料、新工艺和新产品，发明了载体制备成形方法及性能检测、纳米材料及高效降解菌载体附着方法及耦合净污、降解去除装置及逐级布设、区域有机污染物深度削减与生态截污廊道构建等核心技术，攻克了载体孔隙高通透、纳米颗粒定向迁移和载体孔隙表面负载、孔隙紫外光折射扩展、微生物活性增强和孔隙表面附着等关键技术难题，获得了整装成套的新设备和新装置，在技术方法创新性、净污载体制备新颖性、装置工艺高效性、逐级布设实用性和应用功能综合性等方面取得了创新性突破。

主要技术内容包括：(1) 研发了多孔隙多尺度多形态净污载体制备成形方法及性能检测技术，发明了农业秸秆骨料覆蜡造孔、多孔透水砖/球制备、载体性能检测等核心技术；(2) 研发了
纳米材料及高效降解菌载体附着方法与耦合净污技术，发明了温控水汽蒸发诱导纳米颗粒迁移、孔隙表面纳米镀膜、降解菌株同步高效筛选等核心技术；(3) 研发了基于净污载体的污染物降解去除装置及逐级布设方法，开发了附着纳米材料和高效降解菌群的可移动式载体净化箱、装配式载体净化器等新设备和新产品，发明了转筒式光催化净化池、自动翻板式水质渗滤闸等核心技术和装备；(4) 研发了有机污染物深度削减和退水系统生态截污廊道构建技术，发明了低能耗反硝化生物滤池、磁性纳米材料净化器等核心技术。

申请国家发明专利156项，获授权发明专利84项，其中中国发明专利60项、国际专利24项。

发表SCI论文286篇。

(1) 净污载体的比表面积和孔隙通透率与传统无砂混凝土、石笼等载体相比提高40倍以上；(2) 纳米颗粒表面固着率提高30倍以上，微生物附着量提高25倍以上，纳米颗粒和降解菌流失率减少95%以上；(3) 沟道载体装置去除效果：有机磷类农药36.4%-42.5%，氨基甲酸脂类农药27.1%-33.7%，除虫菊酯类农药29.5%-38.8%，三氮苯类除草剂24.2%-36.8%；(4) 沟河交汇处净污载体透水堰和河道全断面组合式载体设施去除效果：对有机磷类、氨基甲酸脂类、除虫菊酯类农药和三氮苯类除草剂去除分别达8.3%-10.2%，6.6%-8.7%和5.5%-7.4%，10.2%-12.7%；(5) 湿地纳米-微生物耦合装置去除效果：对有机磷类、氨基甲酸脂类、除虫菊酯类农药、三氮苯类除草剂去除分别达到24.5%-29.8%、18.3%-22.5%、16.6%-20.3%、21.2%-26.4%；(6) 创建的逐级降解去除整装成套技术装置实施应用，使农药等污染物浓度降低了58.5%-90.5%。

成果在我国农田农村污染控制与治理工程规划设计和建设运管中广泛应用，有效降低了农田农村退水系统中的有机物污染负荷，取得重要的生态环境及社会经济效益。

技术成果分别获得2017年教育部技术发明一等奖、2018年大禹水利科技发明特等奖、2018年江苏省科技进步一等奖。

客观评价：项目核心技术申请并公开国家发明专利156项，其中已授权中国发明专利60项、国际发明专利24项，形成拥有自主知识产权的关键技术系统。

查新报告表明：针对农田农村退水系统的水域特点，形成的多孔隙多尺度多形态净污载体制备方法和性能检测技术、纳米材料净污载体表面负载和迁移方法，高效降解菌载体成膜促生和检测技术等尚未见报道；基于汇水面源污染综合截留净化和生态修复的生态截污廊道技术系统尚未见报道。

中国水利学会于2018年3月组织的以工程院王浩院士为主任委员、康绍忠院士、钮新强、吴丰昌院士等7人组成的鉴定委员会，对项目基于纳米复合材料水质强化净化关键技术及应用成果进行了鉴定评价
（中水学(评价)字[2018]第5号），技术评价报告认为：本成果借助材料配方新颖性、载体装置独创性和应用功能综合性等原创性技术，有效解决了大水域低浓度有毒有害污染物降解去除难题，成果技术难度大，原始创新突出，实现了重大技术突破，促进行业技术进步。

项目相关技术内容分别获得教育部高等学校科学研究优秀成果奖2017年技术发明奖一等奖、2018年大禹水利科技发明奖特等奖、2018年江苏省科技进步奖一等奖。

成果发表SCI收录论文286篇，被国内外同行SCI他引2930篇次。

发表在相关学科Top Journal 上120余篇；2篇论文被列为ESI高被引论文，1篇文章为热点论文。

推广应用情况：项目系列成果技术、方法和装置产品，被江苏、云南、江西、浙江、河南等省的50多个单位直接应用到农田农村退水系统、区域面源污染、河流水质、汇水坑塘湿地等综合治理工程之中，针对水体有机污染物降解去除具有高效和持久作用，推广应用范围十分广阔。

技术成果应用包括：项目组科研直接应用、环保企业技术转让应用、行政规划和相关设计单位等推广应用。

通过推广应用，取得重要的生态环境和社会经济效益。

(1) 项目组技术应用。

借助整装成套技术应用江苏省宜兴市农田农村、江西省潦河农田、无锡新吴区农村、阜宁金沙湖汇水区、河南省郑州郑东区十七里河等面源污染治理工程之中。

如项目组主持完成的江苏省太湖治理办公室2014年下达的重点项目“太滆南运河小流域综合整治适用技术研究与示范”，技术综合应用工程位于宜兴市陈桥村，24km2范围内有农田、养鸡场、养鱼塘、居民区和乡村工业企业等，汇水出水口农药、激素和抗生素浓度很高。

(2) 环保科技企业应用。

江苏天池环境生态有限公司、无锡惠泽环境工程公司、中水万源生态环境有限公司、河南永泽环境科技有限公司等多家环保企业，通过技术转让方式，广泛应用项目组技术成果“多孔滤料颗粒制作、农业秸秆骨料覆蜡造孔、多孔透水砖/球制备、光催化纳米材料降解帘式水质净化箱、紫外光制备与多孔载体耦合装置”等核心技术和装置，有效实现了受农田退水、工业废水和乡村生活污水复合污染的农村区域沟河及坑塘有机污染物的强化净化，显著改善了面源污染问题。

(3) 规划设计单位和行政部门应用。

徐州水利建筑设计院、黄河勘测规划设计研究院等多家设计单位，通过技术转让将成果应用于规划设计中，如应用有机污染物去除装置逐级布设方法，在农田、农户及养殖首级退水区选用纳米净污装置，在沟河交汇处布
置自动翻板渗滤闸、纳米载体透水堰等；在退水河道构建“边坡联排载体吸附-硬质表面纳米浆液喷涂净化-滨水带载体槽去除”净污技术系统；有效解决退水系统环境质量问题。

主要知识产权目录：
主要完成人情况：
(1) 王沛芳，排名1，院长，教授，河海大学，河海大学
对本项目技术创造性贡献：项目总负责人，主持所有技术研发工作。

主要贡献为技术发明点1—4：(1) 主持发明点1多孔隙多尺度多形态载体制备成形方法及性能检测技术研发，在载体的形态、强度、透水率、耐候性等协同方面取得了创新性突破；(2) 主持发明点2纳米材料及高效降解菌载体附着方法与耦合净污技术研发，实现纳米材料净污增强和微生物高效降解污染物的原创性突破；
(3) 主持发明点3基于净污载体的污染物降解去除装置及逐级布设方法研发，创建逐级降解去除整装成套技术系统；(4) 主持发明点4农田农村有机污染物深度削减和退水系统生态截污廊道构建技术研发，实现“点-线-面”逐级截留净化、水质改善和景观功能综合效应。

曾获科技奖励情况：1) 生态节水型灌区建设关键技术及应用，2016-J-222-1-01-R01，国家科学技术进步一等奖，2016年，排名第1；2) ；2013年，国家科学技术进步二等奖，湖泊底泥污染控制理论技术与应用，排名第2，2013-J-232-2-01-R02；(3) 2012年，国家技术发明二等奖，多功能复合的河流综合治理与水质改善技术及其应用，排名第2，2012-F-304-2-02-R02。

等
(2) 王超，排名2，教授，中国工程院院士，河海大学，河海大学
对本项目技术创造性贡献：参与全部技术研发工作。

主要贡献为技术发明点1—4：(1) 为主参与发明点1多孔隙多尺度多形态载体制备成形方法及性能检测技术研发，实现载体的形态、强度、透水率、耐候性等协同突破；(2) 为主参与发明点2纳米材料及高效降解菌载体附着方法与耦合净污技术研发，实现了纳米材料净污增强和微生物高效降解污染物的原创性突破；(3) 为主参与发明点3基于净污载体的污染物降解去除装置及逐级布设方法研发，共同创建了逐级降解去除整装成套技术系统；(4) 为主参与发明点4农田农村有机污染物深度削减和退水系统生态截污廊道构建技术研发，实现“点-线-面”逐级截留净化、水质改善和景观功能展现的综合效
应。

曾获科技奖励情况：1) 生态节水型灌区建设关键技术及应用，2016-J-222-1-01-R02，国家科学技术进步一等奖，2016年，排名第2；2) 多功能复合的河流综合治理与水质改善技术及其应用，2012-F-304-2-02-R01，国家技术发明二等奖，2012 年，排名第1；
(3) 2007 年，国家自然科学二等奖，不同水动力条件下污染物输移过程及系统耦合模型研究，排名第1，2007-Z-109-2-05-R01.等
(3) 饶磊，排名3，教授，河海大学，河海大学
对本项目技术创造性贡献：参与主要技术研发工作。

主要贡献为技术发明点1、2、3：(1) 在发明点1中，为主参与研发了多孔隙多尺度多形态载体制备成形方法及性能检测技术，突破了载体机械制备形态、散粒体粘结成形、有效孔隙率提升和孔隙通透能力增强等关键技术瓶颈。

提出了载体性能检测新方法，实现净污载体制备成形及其性能检测的技术创新；(2) 在发明点2中，为主参与研发了纳米材料附着方法与净污技术，发明了温控水汽蒸发诱导纳米颗粒迁移、孔隙表面纳米颗粒镀膜、生物净化与光催化双联净化塔等核心技术；(3) 在发明点3中，为主研发了组合式多孔载体透水堰、波纹阻流生态净化堰等核心技术。

曾获科技奖励情况：1) 生态节水型灌区建设关键技术及应用，2016-J-222-1-01-R06，国家科学技术进步一等奖，2016年，排名6。

(4) 陈娟，排名4，副教授，河海大学，河海大学
对本项目技术创造性贡献：主要贡献为参与技术发明点2、3中技术研发工作：(1) 在技术发明点2纳米材料及高效降解菌载体附着方法与耦合净污技术研发中，为主开展了有机农药等高效降解菌驯化筛选及微生物与多孔净污载体附着耦合技术研发，解决了载体材料酸碱性对高效降解菌活性影响的关键技术难题；(2) 在技术发明点3基于净污载体的污染物降解去除装置及逐级布设方法中，为主开发了可移动式多孔载体净化箱、自动翻版渗滤闸、建筑物表面多孔糙面制作等新设备和新产品，解决了净污装置布设空间有限等关键技术难题。

曾获科技奖励情况：无
(5) 任洪强，排名5，院长，教授，南京大学，南京大学
主要贡献为发明点4农田农村有机污染物深度削减和退水系统生态截污廊道构建技术中，共同构建退水系统污染源治理和生态截污廊道建设的技术系统，发明了磁性纳米材料生活污水、工业生化尾水处理、工业废水膜法回用处理、厌氧-缺氧-好氧废水处理等核心技术，形成了基于新材料和新方法的污废水高效处理技术系统，实现了对农田农村退水系统中农田面源、生活污水和工业废水混
合排放水体中有机污染物的有效控制和高效净化。

曾获科技奖励情况：1) 2016年，国家科学自然科学二等奖，高风险污染物环境健康危害的组学识别及防控应用基础研究，排名3，2016-Z-104-2-06-R03；(2) 2013年，国家技术发明二等奖，污染物微生物净化增强技术新方法及应用，排名1，2013-F-304-2-04-R01；
3) 2009年，国家技术发明二等奖，化工园区工业废水处理新技术及工程应用，排名1，2009-F-231-2-01-R01. 等
(6) 钱进，排名6，教授，河海大学，河海大学
对本项目技术创造性贡献：主要贡献为参与技术发明点1、3中部分技术研发工作：(1) 在技术发明点1中，研发了生态秸秆砖/球的制造方法和应用技术，参与了多孔隙多尺度多形态载体制备成形方法研究，突破了载体多形态制备、散粒体粘结成形、有效孔隙率提升等关键技术难题；(2) 在技术发明点3基于净污载体的有机污染物降解去除装置及逐级布设方法中，参与研发了转筒式光催化净化池、轻质多孔载体湿地浮床等高效净污装置。

曾获科技奖励情况：1) 生态节水型灌区建设关键技术及应用，2016-J-222-1-01-R05，国家科学技术进步一等奖，2016年，排名第5；2) 多功能复合的河流综合治理与水质改善技术及其应用，2012-F-304-2-02-R06，国家技术发明二等奖，2012 年，排名第6。

完成人合作关系说明：
本项目研究团队主体是长期合作研究形成的稳定合作关系，本人及王超、陈娟、钱进是河海大学环境学院水资源保护与生态修复研究所和研究团队的成员，本人是研究所所长。

下面分别说明项目研究团队合作经历和合作关系。

(1) 本人与第二完成人王超院士合作关系。

本人是王超院士的博士研究生，2003年毕业留校工作，一直是王超院士团队研究干骨和农田面源污染防控和治理方向带头人，合作包括专著合著、论文合著、共同立项、共同知识产权、共同成果推广应用等。

(2) 本人与第三完成人饶磊教授合作关系。

饶磊是我校力学与材料学院教师，主要从事多孔材料制与检测等方面的研究工作。

为进一步研发多孔净污载体，2011年开始与饶教授共同合作研究载体制备及纳米颗粒载体附着技术等，合作包括共同知识产权、论文合著、共同立项、共同成果推广应用等。

(3) 本人与第四完成人陈娟副教授合作关系。

陈娟是环境学院水资源保护与生态修复研究所和团队成员，主要从事微生物生态学方面的研究工作。

2016年引进陈娟老师共同合作进一步研发和加强净污载体土著微生物附着技术、功能微生物筛选扩繁技术等，并完善和推广应用项目整装成套技术系统，合作包括共同立项、论文合著、共同公开发明专利、共同成果推广应用等。

(4) 本人与第五完成人任洪强教授合作关系。

任洪强是南京大学环境学院教师，主要从事生活污水和工业废水生化方面研究工作。

我们团队在开展流域及农村综合治理研究中，存在污废水处理技术不先进问题，为此，王超院士从“十五”国家863项目就与任教授合作研究宜兴市大浦镇面源污染综合治理项目。

2014年王超院士主持的“太滆南运河小流域综合治理技术研究”和“新郑市龙湖镇十七河开发河段农业面源水质改善技术研究”、2017年“昆山开发区农村和城区水生态环境综合治理规划及治污技术研究”均与任教授一起合作研究。

另外，任洪强负责的南京大学宜兴环保研究院也聘请本人和王超院士作为研究院研究人员，共同立项合作开展农田农村水污染治理应用技术研究。

合作包括共同立项、共同成果推广应用等。

(5) 本人与第六完成人钱进教授合作关系。

钱进是环境学院水资源保护与生态修复研究所及团队成员，主要从事面源隔离带和生态廊道建设方面的研究工作，是王超院士的博士研究生，2003年毕业工作一直是团队研究干骨，合作包括专著合著、论文合著、共同立项、共同知识产权、共同成果推广应用等。