饮用水处理材料

邓伟侨

-/资源与环境

目前市场上家庭用净水器由三层吸附材料构成，微粒过滤层，活性炭吸附层与银离子过滤层（或紫外灯）。其中微粒过滤层为陶瓷或黏土类材料，过滤微米级无机颗粒；银离子过滤层（或紫外灯）为杀菌的目的；活性炭吸附层是关键层，吸附有机物、有色分子和重金属离子。然而活性炭材料吸附性能不理想，且吸附性能不稳 定（不同批次吸附性能迥异），特别是对重金属离子的吸附能力较差（对铅离子吸附容量为~20mg/g），而据媒体报道超过半数的国内城市饮用水重金属离子超标。开发出活性炭替代性材料一直是饮用水处理领域的研发重点。净水器市场2015年达350亿元，因此该研究具有广阔应用前景。 我们开发的全氟代共轭微孔高分子，具有比表面积大和超疏水的特性，对大范围内的有机溶剂/油、有色分子和重金属离子表现出极其优秀的吸附容量、吸附动力学和再生能力。其对有色分子、铅离子、砷离子等的吸附容量远超任何以前报道的多孔材料。其中有色分子吸附容量为活性炭1�5倍（对染料分子CR吸附容量为 ~1400mg/g)，铅离子吸附容量为活性炭40倍(对铅离子吸附容量为~800mg/g)。且吸附速率较快，在40秒内即可除去水中的甲苯。最重要的是，该材料可以同时高效地吸附三种污染物,经过简单冲洗可重复使用。该研究成果已在顶尖杂志发布数篇文章，相关专利正在申请。该成果被国内外媒体如香港南华早报等广泛报道，可百度搜索相关新闻。 寻求合作伙伴，将该材料推向市场化或技术转让。

畜禽粪便高效产能产肥技术

张鑫蕊

清华大学/资源与环境

我国每年产生大量畜禽粪便，其有机物含量高、含有大量病原菌且产生恶臭。通常，粪便的处理方式有堆肥和还田，但均存在占地面积大、污染土壤和地下水、卫生风险高等问题。本技术是一项可实现物质和能源回收的可持续的绿色技术，具有沼液量小、能够杀灭沼液中 病原菌、降低农用风险等优点。具体如下：畜禽粪便收集后，不经稀释直接进行热处理和厌氧消化。

大规模盐碱地改良和综合利用

张鑫蕊

清华大学/资源与环境

盐碱地是宝贵的耕地后备资源，我国目前具备农业利用前景的盐碱地约为1.85亿亩，主要分布在东北（6600万亩）、西北（5400万亩）、中北（2300万亩）、华北（2100万亩）和滨海地区（2200万亩）。大规模改良盐碱地并加以综合利用具有重要意义。 清华大学1995年开始盐碱地改良和利用的试验示范工作，在“十一五”国家科技支撑计划（2007BAC08B01），“十二五”国家科技支撑计划（2013BAC02B03，2013BAC02B06）等课题的资助下，研究运用土壤学、生态学、农学及其他相关学科的基本原理，采用室内模拟实验和室外大田试验相结合的方法，围绕脱硫石膏改良盐碱地核心技术，系统研究了不同地域、盐碱类型、盐碱程度和土地利用方式下脱硫石膏改良剂施用量、施用时期、施用方法等技术体系；以消钠降碱为基础、改盐培肥为支撑，研制了多种复合高效型脱硫石膏改良剂；采用现场快速检测与实验室精准测试相结合技术手段，建立了盐碱地测土配方改良技术；结合盐碱地规模化和工程化改良需求，研制了脱硫石膏改良剂专用抛撒机；针对盐碱地改良效果无标准现状，提出了盐碱地工程化改良验收标准；基于长期多点监测系统，从土壤、水体、 植物体等多角度系统评价了脱硫石膏改良盐碱技术的生态安全性。本成果国内外首创，思路独特，方法新颖，实用性强。累计获得授权发明专利12项（美国1项），发表学术论文75 篇，制定地方规程和企业标准16项。 截止2017年底，项目团队已在我国北方10个省区的30多个项目点开展盐碱地改良试 验，累计面积逾18万亩。改良后的盐碱地当年即可进行种植，三年后粮食亩产可达当地高 产农田生产水平。截至目前，首批盐碱地改良效果已持续22年。已在东北（吉林大安市）、西北（新疆阿拉尔市）、中北（内蒙古准格尔旗）和华北（河北张北县）建立盐碱地改良示范基地超过7万亩，盐碱地改良后生产的绿色蔬菜和有机大米进入高端商超销售。

原位微型化快速水质监测仪与高密度水质监测网络

张鑫蕊

清华大学/资源与环境

水是一切生物赖以生存的基础。水的污染严重影响了人类的生活和生产；造成了淡水资源的进一步短缺。我国面临的问题尤为突出。据统计，在我国有46.5%的河长受到污染，水质只达到四、五类；10.6%的河长严重污染，水质为超五类，水体已丧失使用价值；90%以上的城市水域污染严重；全国十大水系、62个主要湖泊分别有31%和39%的淡水水质达不到饮用水要求。随着问题的不断恶化，政府对水污染也开始越来越重视：2015年，国务院印发《水污染防治行动计划》；2016年，环保部印发《“十三五”国家地表水环境质量监测网设置方案》等等。而水质监测技术在水污染的防、治方面都具有很重要的意义。 目前水质指标的监测依赖于大型的水质监测站，其占地面积大、建设成本高。监测周期长、消耗样品量大，大大限制水质监测点的数量，从而限制了监测的实时性和监测范围。研制成本低、体积小、精度高、监测速度快、试剂消耗量小、性能稳定、可靠性高的原位水质监测系统，将会减少水质监测中的人力物力的消耗，提高水质监测布点的密度，更好的为预防和治理提供有效的、实时的数据。因此，提出了应用微流体技术的原位微型水质监测仪高密度水质监测网络的项目。 国外目前已经对原位微型水质监测仪器进行了研究，2012年英国的Beaton教授，利用片上微流控技术与光电检测技术结合的方法，实现水中硝酸盐和亚硝酸盐的原位水质监测系统。2013年英国南安普敦大学Legiret教授研制出基于微流控光电检测技术的原位微型水质监测系统，用于水中磷酸盐的监测。以意大利水质监测公司希思迪为代表的环流分析技术，由于结构简洁、能够进行完全的化学反应等特点，取得了很大的进步。但是其共同特点是未采用微流体技术，试剂损耗量仍然较大(数毫升级别)，维护周期短，成本高。 研发一种体积小，维护周期长，成本低的水质监测仪并且形成监测网络是十分必要的。本项目研发一种基于国际先进的微环流分析技术的原位水质监测系统，体积小，成本低， 试剂损耗量较小，维护周期长。基于此仪器进行高密度水质监测网络的搭建，并通过无线技术将水质监测网络的数据上传到服务器，通过算法对数据进行分析，完成快速、准确的污染溯源，为水域污染的进一步防、治提供一种实时、有效的手段。

微藻生物柴油技术

张鑫蕊

清华大学/资源与环境

原料油脂费用占生物柴油生产成本的80％以上，目前原料油脂价格高居不下并不断上涨，制约了生物柴油产业化和商业化。国内外生产生物柴油的主要原料是大豆油、菜籽油、花生油、棕榈油、地沟油等。它们与农业争地，与食品及饲料争原料，单位生物量的产油率低，生产周期长，消耗大量的水资源、化肥和能源。 清华大学发明了微藻异养发酵生产生物柴油的新技术，其技术特征在于：通过对一种特别藻株特殊品系的筛选和代谢途径的改变，Chlorellaprotothecoides0710strain由光合自养转变为化能异养，细胞由绿变黄，生长繁殖更快，油脂含量提高3~4倍，达细胞干重的61％以上。又将工业界成熟的发酵技术应用于高油脂异养微藻的生产，进一步提高发酵规模和细胞密度，现细胞发酵密度超过了100g/L，获取了大量异养干藻粉后提取油脂，经转酯化反应生成了高质量的生物柴油。

城市生物质废物清洁燃气技术及应用

张鑫蕊

清华大学/资源与环境

本项目以市政污泥、生活垃圾等城市生物质废物为对象，创造性研发了水热强化水解预处理、高级厌氧消化、深度脱水、热解气化以及沼气提纯等关键技术，形成了完整的产业技术链条，实现了技术装备100%国产化。创新性成果如下： （1）强化水解预处理解决了生物质废物脱水难、降解性差的难题； （2）高级厌氧消化技术实现生物质废物的高效转化； （3）绝氧热解耦合能量梯级利用技术实现生物质能的充分利用和废物最小量化； （4）沼气提纯技术实现生物质燃气高品位利用。

建筑环境空气流动设计及仿真技术

张鑫蕊

清华大学/资源与环境

拥有一整套室内空气流动的模拟仿真技术以及通风空调系统内气溶胶污染物传播的模拟仿真技术，成果包括自主开发的三维计算流体力学软件和室内污染预测软件，具体包括： （1）采用先进的模型和算法及环境评价指标； （2）可对建筑环境的各类参数以及气溶胶颗粒分布进行全面设计和仿真； （3）针对性地解决建筑环境与设备工程典型流动和传热问题。

新型水质污染预警溯源仪

张鑫蕊

清华大学/资源与环境

我国水污染事故频发，这些水污染事故以有机污染为主。现有技术不能迅速确定污染类型，因此事故发生后无法迅速采取恰当的应对，这是产生重大经济和环境损失以及负面国际影响的主要原因之一。为维护水环境安全、保障人民生活和生产，需要一种能迅速确定污染类型的、环境友好的水体有机污染预警技术。 荧光技术是近20年来兴起的新型分析方法，灵敏度高、适用范围广。污水和水体的荧光光谱是多物质产生的复合光谱，它们与水样唯一对应，被称为“水质荧光指纹”，简称“水纹”。该法在污染性质快速判断方面具有独特优势。荧光指纹是水样内蕴特征的反映，还携 带了有机物总量信息，可作为新型的水质表征方法。课题组从2003年开始从事水纹研究，在清华大学基础研究基金、教育部科技重点项目、清华大学自主研究项目、国家重大水专项等项目资助下，掌握了数百种水纹，创新性开发 出基于水纹比对的新型预警和污染识别原理，并研发出污染预警溯源仪。获得2项发明专利，第 16届中国国际工业博览会高校展区二等奖。 该仪器主要用于饮用水源地、跨界断面、工业园区和污染源以及养殖场等敏感水体等城市和区域水安全关键环节的水质在线监测与预警，也可用于水厂的水质预警。

电子废弃物防治技术与示范

张鑫蕊

清华大学/资源与环境

近年来电子废物的无害化管理和资源化利用已成为全球不同国家及特区面临的重要环 境问题。针对地域狭小、电子废物产生集中的特点，本课题开展了此条件的电子废物污染防治与示范。 本研究成果包括废显示器移动处理设备和废线路板移动式处理设备，该设备是基于实验室研究成果及示范工程项目应用而建立的集显示器及主机拆解、CRT屏玻璃与锥玻璃分离、破碎及锥玻璃清洗于一体的高效集成成套系统。 在技术创新方面，该移动式处理装置具有占地面积小，机械自动化程度高，操作简单、快速，安全程度高，系统集成一体化等特点。拆解后的线路板进入废线路板移动处理设备，该套设备对拆解-磁选-多级风选-静电分选处理流程进行了高度集成，达到废电路板资源化和提高环境质量的目标。在创新性方面，该移动式处理装置可自动完成废电路板的处理过程，操作一体化，省时、省力，进料完成后，只需对其进行监管措施即可完成整个破碎及分选过程，同时兼备占地小、人力需求量小、节省时间等多个优点。