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01. 成果簡介 本項(xiàng)成果提供了一項(xiàng)基于單元技術(shù)的工業(yè)水-能-污染物模擬系統(tǒng)，模擬工業(yè)系統(tǒng)水資源、能源和污染排放之間相關(guān)關(guān)系并提出技術(shù)優(yōu)化方案，利用工業(yè)生產(chǎn)物料投入數(shù)據(jù)、生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)、污染物處理技術(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)物質(zhì)流分析方法和自底向上建模思想，通過大數(shù)據(jù)計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行模擬和計(jì)算，分析和研究水資源、能源和污染物三個(gè)要素之間的耦合關(guān)系和聯(lián)動(dòng)規(guī)律，在綜合考慮三個(gè)要素的基礎(chǔ)上對(duì)特定的行業(yè)節(jié)能減排政策進(jìn)行評(píng)價(jià)并提出最佳的技術(shù)路徑，為政策制定提供理論和模型支撐。 與傳統(tǒng)技術(shù)相比，本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)特定行業(yè)生產(chǎn)全過程模擬，將工業(yè)生產(chǎn)中的多種資源消耗數(shù)據(jù)、污染物排放數(shù)據(jù)以及技術(shù)使用數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行自底向上建模模擬，量化了水資源能源消耗和污染排放、技術(shù)與資源消耗/污染排放之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)與資源消耗、產(chǎn)品生產(chǎn)的耦合；針對(duì)行業(yè)多種可選技術(shù)以及技術(shù)組合，本系統(tǒng)對(duì)所有技術(shù)方案進(jìn)行特征分析，并可將環(huán)保目標(biāo)作為模型輸入、輸出的限定條件，對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行篩選，評(píng)估環(huán)保目標(biāo)的技術(shù)可行性；同時(shí)利用帕累托優(yōu)化分析方法，根據(jù)特定的多目標(biāo)優(yōu)化方案（如同時(shí)實(shí)現(xiàn)三種大氣污染物排放量最小、水資源能源消耗量最小、技術(shù)成本最低）篩選技術(shù)組合。 模型系統(tǒng)框架示意圖 02. 應(yīng)用前景 工業(yè)系統(tǒng)環(huán)境影響大數(shù)據(jù)分析與模擬、產(chǎn)業(yè)布局專項(xiàng)規(guī)劃編制、生態(tài)環(huán)境保護(hù)專項(xiàng)規(guī)劃編制、工業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)轉(zhuǎn)型升級(jí)管理、區(qū)域產(chǎn)業(yè)分析平臺(tái)等。03. 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 相關(guān)成果已登記軟件著作權(quán)。04. 團(tuán)隊(duì)介紹 團(tuán)隊(duì)主要研究領(lǐng)域?yàn)閺?fù)雜系統(tǒng)理論、環(huán)境系統(tǒng)分析及其在城市、產(chǎn)業(yè)、流域等復(fù)雜系統(tǒng)模擬與評(píng)估中的應(yīng)用，負(fù)責(zé)人為教授、博士生導(dǎo)師。曾獲得自然基金、科技支撐、環(huán)保公益等對(duì)于國內(nèi)戰(zhàn)略環(huán)境評(píng)價(jià)（SEA）領(lǐng)域研究的首項(xiàng)支持，承擔(dān)國家第1個(gè)城市規(guī)劃SEA、第1個(gè)國家級(jí)新區(qū)SEA、第1個(gè)大區(qū)域尺度SEA、第一個(gè)地市SEA和“三線一單”試點(diǎn)。科研成果發(fā)表論文近百篇，完成軟著登記十余項(xiàng)。05. 合作方式 商務(wù)合作。06. 聯(lián)系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn wangchunyan@tsinghua.edu.cn

近年來，我國突發(fā)性重大環(huán)境污染事件頻繁發(fā)生，對(duì)國民健康、生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。從我國當(dāng)前重大環(huán)境污染事件發(fā)生的實(shí)際狀況出發(fā)，研究開發(fā)重大環(huán)境污染事件特征污染物現(xiàn)場快速檢測技術(shù)系統(tǒng)，是提升我國環(huán)境保護(hù)技術(shù)水平，推進(jìn)環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)的迫切要求。特征污染物現(xiàn)場快速檢測作為應(yīng)對(duì)突發(fā)性環(huán)境污染事件的前提，首先要求判斷污染物的種類，利用快速檢測手段給出定性、半定量和定量的檢測結(jié)果，確認(rèn)污染事件的危害程度和污染范圍等。開發(fā)一套功能完善、便攜、快速的特征污染物現(xiàn)場檢測技術(shù)系統(tǒng)，對(duì)于現(xiàn)場決策、減少污染危害程度等具有極其重要的意義。本課題采用納米生物技術(shù)、電化學(xué)或光化學(xué)傳感技術(shù)和信息技術(shù)，并將其有機(jī)組合，建立環(huán)境污染事件的現(xiàn)場快速檢測技術(shù)系統(tǒng)，最終形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的環(huán)境污染物現(xiàn)場快速檢測技術(shù)和儀器裝備，為國家環(huán)境安全和人民健康提供保障。

項(xiàng)目成果/簡介: 源頭防治是實(shí)施大氣污染防治行動(dòng)、打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的基本保障。針對(duì)大氣污染主要固定排放源的火力發(fā)電廠，研發(fā)的電廠煙氣污染物濃度平面分布智能傳感系統(tǒng)，解決了環(huán)保脫硝要求和過量噴氨的核心矛盾，實(shí)現(xiàn)了SCR系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分區(qū)噴氨和精細(xì)化運(yùn)行調(diào)整。 1、巡檢間隔≤20 s，兩側(cè)煙道總巡檢周期≤20 min，可實(shí)現(xiàn)三種巡檢模式； 2、網(wǎng)格式混合平均值測量時(shí)間≤2 min，控制氨逃逸量≤3ppm 3、防腐設(shè)計(jì)，高壓反吹防堵，高效制冷、排水，零點(diǎn)自動(dòng)校正，長期穩(wěn)定運(yùn)行。 以600MW煤電機(jī)組為例： 減少總噴氨量10%~15%，節(jié)約成本30~50萬元/年；控制氨逃逸量≤3ppm，降低空預(yù)器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，減少送引風(fēng)機(jī)電耗和空預(yù)器維護(hù)費(fèi)用，年經(jīng)濟(jì)效益200萬元；減少空預(yù)器堵塞維護(hù)時(shí)切換清洗引起的降負(fù)荷發(fā)電量損失約300萬元；減少噴氨格柵優(yōu)化試驗(yàn)，年減少試驗(yàn)費(fèi)用約30萬元。取樣系統(tǒng)現(xiàn)場安裝圖智能巡險(xiǎn)柜與煙氣分析柜知識(shí)產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利技術(shù)先進(jìn)程度:達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平成果獲得方式:獨(dú)立研究獲得政府支持情況:無

源頭防治是實(shí)施大氣污染防治行動(dòng)、打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的基本保障。針對(duì)大氣污染主要固定排放源的火力發(fā)電廠，研發(fā)的電廠煙氣污染物濃度平面分布智能傳感系統(tǒng)，解決了環(huán)保脫硝要求和過量噴氨的核心矛盾，實(shí)現(xiàn)了SCR系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分區(qū)噴氨和精細(xì)化運(yùn)行調(diào)整。 1、巡檢間隔≤20 s，兩側(cè)煙道總巡檢周期≤20 min，可實(shí)現(xiàn)三種巡檢模式； 2、網(wǎng)格式混合平均值測量時(shí)間≤2 min，控制氨逃逸量≤3ppm 3、防腐設(shè)計(jì)，高壓反吹防堵，高效制冷、排水，零點(diǎn)自動(dòng)校正，長期穩(wěn)定運(yùn)行。 以600MW煤電機(jī)組為例： 減少總噴氨量10%~15%，節(jié)約成本30~50萬元/年；控制氨逃逸量≤3ppm，降低空預(yù)器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，減少送引風(fēng)機(jī)電耗和空預(yù)器維護(hù)費(fèi)用，年經(jīng)濟(jì)效益200萬元；減少空預(yù)器堵塞維護(hù)時(shí)切換清洗引起的降負(fù)荷發(fā)電量損失約300萬元；減少噴氨格柵優(yōu)化試驗(yàn)，年減少試驗(yàn)費(fèi)用約30萬元。 取樣系統(tǒng)現(xiàn)場安裝圖 智能巡險(xiǎn)柜與煙氣分析柜

利用快速計(jì)算流體力學(xué)方法，獲得室內(nèi)實(shí)時(shí)氣流流場數(shù)據(jù)；運(yùn)用概率反計(jì)算法，獲得污染源所在的位置參數(shù)。該方法適用于任何室內(nèi)空氣污染源的探查，可用于公共建筑的危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏和流行病傳播事件，特別是在建筑物火災(zāi)事故中，根據(jù)煙氣濃度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)定位火源位置，指導(dǎo)消防疏散和滅火等。

本發(fā)明公開了一種固液界面污染物釋放裝置，包括沉積物貯存單元、連接單元、上覆水釋放單元、 檢測單元；沉積物貯存單元、上覆水釋放單元、檢測單元下方均設(shè)有循環(huán)水進(jìn)水口，上方均設(shè)有循環(huán)水 出水口；連接單元為表面設(shè)置有若干個(gè)均勻分布的連接孔；監(jiān)測單元頂部密封，并設(shè)置有兩孔；一孔安 插溶氧電極，用于測定污染物釋放過程中體系溶解氧變化；另一孔安插取樣管，用于上覆水樣品采樣分 析；本發(fā)明具有固體沉積物和上覆水體的分段精確控溫、溶氧在線檢測等優(yōu)點(diǎn)；適用于固液界面

本發(fā)明提出一種用于處理地表水和飲用水中亞硝胺類消毒副產(chǎn)物的光催化—吸附—膜分離組合工藝。在采用氯胺對(duì)自來水進(jìn)行消毒過程中，氯胺會(huì)和水中微量有機(jī)物反應(yīng)生成亞硝胺類物質(zhì)。亞硝胺類污染物是一類潛在的強(qiáng)致癌物，嚴(yán)重威脅到飲用水安全。本發(fā)明的目的是提供一種能有效去除飲用水中亞硝胺類污染物的組合處理工藝，該工藝操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。 一種高效去除飲用水中亞硝胺類污染物的組合工藝，包括光催化、吸附和膜分離過程。采用光催化反應(yīng)降解亞硝胺類有機(jī)物，然后通過吸附-膜分離耦合過程，在吸附去除光催化產(chǎn)生的小分子胺的同時(shí)得到含剩余部分亞硝胺的膜濾出水，該出水返回光催化反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)，持續(xù)運(yùn)行直至亞硝胺濃度低于一定值后出水。

污水處理、石油化工、煤氣和煤炭焦化、有色金屬冶煉等行業(yè)在生產(chǎn)過程中往往向大氣排放大量的硫化物。這些硫化物，一方面是寶貴的化工原料，另一方面又是污染環(huán)境的有害物質(zhì)。硫在環(huán)境中大量以硫化氫、硫氧化物及有機(jī)硫形式存在，很多硫化物具有刺激性氣味，嚴(yán)重影響大氣環(huán)境、植物生長以及居民的日常生活。所以，嚴(yán)格控制這些重點(diǎn)行業(yè)排放含硫化物的氣體，對(duì)保護(hù)環(huán)境具有十分重大的意義。 北京化工大學(xué)開發(fā)了新型含硫化物工業(yè)廢氣綠色凈化工藝，并對(duì)脫除的硫化物進(jìn)行綜合利用，達(dá)到防治與資源化的雙重目標(biāo)。 北京化工大學(xué)研制了新型復(fù)合液體脫硫劑，開發(fā)了濕法氧化脫硫異相處理新工藝，克服醇胺吸收法及濕法催化氧化（如PDS法）等均相處理硫化氫方法中脫硫劑組成配制復(fù)雜、易降解、易流失、需要定期補(bǔ)給脫硫劑活性成分和脫硫工藝必須嚴(yán)格控制脫硫劑水反應(yīng)液的酸堿度等缺陷，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)凈化及副產(chǎn)物的自動(dòng)分離，直接將復(fù)合氣體組分中含硫成分轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，避免脫硫過程工藝長、能耗大、設(shè)備腐蝕、脫硫劑降解、被水稀釋而導(dǎo)致脫硫劑成分變化和流失的二次污染等問題，達(dá)到氣體凈化及資源化的目標(biāo)。 技術(shù)指標(biāo)為1、可處理廢氣指標(biāo): 硫化氫氣體含量為0～100％（wt）；2、脫硫劑指標(biāo): 熱穩(wěn)定性≤200℃，粘度≤100mPa·S，含水量≤20ppm，活性成分≥25％（wt/wt）；3、工藝指標(biāo)：溫度為室溫～200℃，壓力為常壓，空速為200～2000h-1；4、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：脫硫率≥99％，硫磺純度≥99％，使用壽命≥3年。應(yīng)用范圍為石油煉廠氣脫硫，天然氣、焦?fàn)t煤氣脫硫，廢水處理末端廢氣的治理。本項(xiàng)目的核心是應(yīng)用異相在線分離技術(shù)。脫硫劑合成工藝簡單且性能穩(wěn)定，脫硫工藝具有脫硫劑流失性小、節(jié)約用水、反應(yīng)分離一體化、工藝流程短及不造成二次污染的特點(diǎn)，能夠替代傳統(tǒng)液體脫硫劑，應(yīng)用于石化煉廠氣、天然氣、焦?fàn)t煤氣等的高濃度脫硫，也可以用于石化工業(yè)等廢水處理末端低濃度有毒廢氣的現(xiàn)場處理，充分表現(xiàn)出適用范圍廣、效率高、節(jié)水、無二次污染、易再生循環(huán)使用等方面的優(yōu)點(diǎn)，具有重大的環(huán)境保護(hù)功能，市場前景相當(dāng)廣闊。制作單元化操作設(shè)備與工藝，根據(jù)不同需求實(shí)施單元組合集成，設(shè)備投資小，在精細(xì)化工及資源環(huán)境領(lǐng)域的廣泛使用將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

基于目前世界上亟需解決的環(huán)境污染和能源危機(jī)兩大問題，開發(fā)一種同時(shí)凈化環(huán)境與能源轉(zhuǎn)化的裝置將具有巨大的應(yīng)用潛力。因此對(duì)于水體環(huán)境污染處理和清潔能源生產(chǎn)本課題組已開發(fā)出有效的技術(shù)——光電催化有機(jī)污染物降解協(xié)同產(chǎn)氫。開發(fā)了新型金屬氧化物納米管陣列異質(zhì)結(jié)雜化光電催化體系,在電場誘導(dǎo)下，使光生電子與空穴分別于陰極和陽極氧化降解有機(jī)污染物與析氫，實(shí)現(xiàn)光電催化同步去污與制氫。通過增強(qiáng)納米管陣列與基底相互作用，納米管本體結(jié)晶度提高或單晶化，納米管管壁表面形成異質(zhì)結(jié)光催化雜化體系和導(dǎo)電碳基材料的修飾等途徑，提高光生電子傳輸速率，促成電子與空穴有效分離，拓寬體系的光響應(yīng)范圍，提高光的吸收效率與量子效率。結(jié)合表征等手段及分析，闡明光電催化體系的構(gòu)效關(guān)系，設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定的新型光電催化構(gòu)筑應(yīng)用于污水的資源化。通過兩個(gè)反應(yīng)過程的相互促進(jìn)，不僅提高了光催化效率，而且符合變“廢”為寶的綠色能源化學(xué)理念；構(gòu)建了新型光催化反應(yīng)器和高性能光電催化劑；發(fā)展了光電協(xié)同催化理論在同步去污-制氫反應(yīng)中的應(yīng)用。

1. 痛點(diǎn)問題 水中內(nèi)分泌干擾物、微囊藻毒素等微量有毒污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康帶來潛在不利影響，已經(jīng)演變成為全球性關(guān)注的重大環(huán)境問題。因此，發(fā)展微量有毒污染物的快速監(jiān)測技術(shù)，對(duì)于應(yīng)對(duì)微量有毒污染物環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)具有重要的支撐作用和現(xiàn)實(shí)意義。 儀器分析技術(shù)是水中微量有毒污染物標(biāo)準(zhǔn)檢測技術(shù)，然而這類技術(shù)需要昂貴的儀器，冗長費(fèi)力的樣品準(zhǔn)備過程和專業(yè)的操作人員，限制了此類技術(shù)在污染事故應(yīng)急、現(xiàn)場快速監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用。此外，對(duì)于總微囊藻毒素這類包含上百種結(jié)構(gòu)變異體的混合物，依賴于化合物結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)濃度分析的儀器分析技術(shù)無法窮盡，特別是捕捉到尚未鑒定出來的微囊藻毒素變異體。免疫分析技術(shù)利用抗體對(duì)抗原的特異性親和作用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一種或一類微量污染物的快速高靈敏分析。基于免疫分析原理構(gòu)建的酶聯(lián)免疫檢測試劑盒具有快速、高靈敏、操作簡便、易于標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，其核心是抗體材料。特別是，為了篩查總微囊藻毒素結(jié)構(gòu)變異體并預(yù)警藍(lán)藻水華，美國環(huán)境保護(hù)署于2016年公布了最新的未管制污染物監(jiān)測規(guī)則，其明確推薦發(fā)展基于酶聯(lián)免疫檢測試劑盒的總微囊藻毒素快速檢測方法，其中，具有微囊藻毒素結(jié)構(gòu)變異體廣譜識(shí)別能力的抗體是發(fā)展該技術(shù)的核心材料支撐。 本項(xiàng)目攻克水中微量有毒污染物免疫檢測中的關(guān)鍵瓶頸，有望解決現(xiàn)有技術(shù)痛點(diǎn)，為發(fā)展水中微量有毒污染物快速ELISA檢測技術(shù)提供支撐。 2. 解決方案 針對(duì)水中藍(lán)藻毒素，發(fā)明了一種廣譜型微囊藻毒素單克隆抗體及其制備方法。該抗體能夠特異性識(shí)別總微囊藻毒素與節(jié)球藻毒素Adda基團(tuán)，檢出限達(dá)到0.1 ng/ml，對(duì)12種微囊藻毒素結(jié)構(gòu)變異體交叉反應(yīng)率55~125%，線性范圍跨越一個(gè)數(shù)量級(jí)，為研發(fā)總微囊藻毒素ELISA試劑盒提供了材料支撐。針對(duì)水中痕量內(nèi)分泌干擾物，發(fā)明了固相識(shí)別雌激素受體的雌二醇衍生物篩選方法，可以篩選出與雌激素受體具有高特異性高親和力的衍生物，進(jìn)而可以縮短固相雌二醇與雌激素受體結(jié)合的時(shí)間，增加體外環(huán)境下的結(jié)合穩(wěn)定性與親和力；建立了一種利用間接競爭ELISA 高通量快速篩查多種內(nèi)分泌干擾物的方法，可以實(shí)現(xiàn)水中多種內(nèi)分泌干擾物的同步快速檢測，典型標(biāo)準(zhǔn)曲線測試結(jié)果顯示該方法對(duì)雙酚A檢出限為3.6 μg/L，定量檢測區(qū)間為8.2-264.7 μg/L；對(duì)雌二醇檢出限為3.2 μg/L，定量檢測區(qū)間為4.2-12.0 μg/L；對(duì)壬基酚檢出限為24.8 μg/L，定量檢測區(qū)間為8.2-264.7 μg/L。 合作需求 1、尋求在水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)、生產(chǎn)和銷售及運(yùn)營服務(wù)的企業(yè)開展技術(shù)研發(fā)合作； 2、尋求在生態(tài)環(huán)境、水利、市政等政府部門或事業(yè)單位及受環(huán)保部門重點(diǎn)監(jiān)管的污染源企業(yè)的環(huán)境監(jiān)測相關(guān)應(yīng)用場景對(duì)接資源。