120重金属污染土壤靶向修复共性关键技术开发与应用

2019 年度国家科学技术进步奖提名公示材料项目名称重金属污染土壤靶向修复共性关键技术开发与应用提名单位教育部提名意见（不超过600字）本项目针对我国场地土壤污染防治与安全利用的现实需求，以及国 际土壤污染防治科技领域发展趋势，通过理论分析、技术研发与工程应 用相结合，系统研究了土壤重金属常温化学固化能否达到高温熔融固化 的效果以及固体废物能否在常温下制备亚纳米环境修复材料等问题，在 “材料装备技术”的不冋层次上研发重金属污染靶向修复的关键技 术。本项目围绕重金属污染土壤常温固相反应理论，高性能关键材料制 备技术，修复关键装备设计技术、修复过程控制及工艺优化技术等关键 问题开展系统研究，建立了重金属污染土壤靶向修复的理论和技术体系， 拓展应用于污淤泥安全处置、矿山生态修复、湖泊内源修复，为我国重 金属污染土壤修复技术创新、修复材料和装备体系完善提供了关键性技 术支撑。项目获得国家发明专利授权60项，在市政、交通、矿山和环境 工程领域已获国家级、省级工法，省级技术规范，地方产品标准等12项， 获省部级一等奖项3项，其中教育部一等奖1项、发明创业特等奖1项， 中国专利优秀奖1项、金桥奖1项，中国国际发明专利展览会金奖1项。 建立了年产100万吨的重金属污染土壤靶向修复材料生产基地，自有专 利产品远销到德国和蒙古等地。在国内外学术及工程技术领域得到了较 高认可，推动了环境修复工程与固体废物循环利用学科的发展。对照国家科技进步奖授奖条件，我部决定提名重金属污染土壤靶向 修复共性关键技术开发与应用为2019年度国家科技进步奖二等奖。项目简介土壤安全是国家安全的重要组成部分，是重大的民生问题。随着经 济社会的快速发展，我国面临巨大的土壤污染问题“毒地开发”的事件 频发，全国土壤污染面积超过了 100万km2,严重地威胁了我国生态环 境安全。当前，土壤污染主要是重金属及复合型污染，修复技术成本高， 且二次污染严重；修复材料能耗高，且主要依赖进口；设备效率低，且 成套应用程度低。严重地制约了我国土壤修复技术水平提高，难以满足 我国土壤污染防治与安全利用的战略需求。针对国家土壤污染防治攻坚战的重大需求，本项目突破了污染土壤 修复材料、关键装备、修复过程控制与工艺优化技术等共性技术瓶颈， 建立了重金属污染土壤靶向修复的理论和技术体系，开发了高性能靶向 系列修复材料，研制了低能耗高效污泥固液射流搅拌装备，重金属稳定 化率达95%以上，污染土壤安全利用率达85%，修复成本降低40%，为 打好土壤“污染防治攻坚战，提升生态文明，建设美丽中国”提供了重 要技术支撑。本项目的主要研究内容与创新成果：1、发现了重金属污染土壤修复同相类同相常温固相反应规律，创建 了重金属污染土壤靶向修复理论技术体系，解决了重金属污染土壤防治 技术成本高、能耗高、二次污染重等难题，实现了重金属污染土壤常温 修复后固化体的各类重金属浸出毒性达到高温熔融固化效果。2、构建了固体废物活性的三层次结构模型和固体废物粉磨动力学模 型，揭示了亚纳米级固体废物在弱碱环境下的水化反应作用机理，研制 了以固体废物为主要原料的硅铝基土壤固化剂和高硫型土壤修复剂等5 种修复材料，解决了土壤修复材料主要依赖进口的难题。3、创建了淤污泥绿色改性低能耗高效脱水与尾水深度处理一体化技 术和土壤场地即时碾压回填技术，研发了污泥固液射流搅拌和场地土壤 原位均混等成套装备，开辟了大规模污泥安全处理与场地土壤修复新途 径。施工效率提高30%以上，降低材料用量30%以上。已发表论文200余篇（SCI 100余篇）；获得国家发明专利授权60 项，制定国家级、省级工法，省级技术规范及地方产品标准11项，获省 部级一等奖项3项，其中教育部一等奖1项、发明创业特等奖1项，中 国专利优秀奖1项、金桥奖1项，中国国际发明专利展览会金奖1项。建立了年产100万吨的重金属污染土壤靶向修复材料生产基地，自 有专利产品远销到德国和蒙古等地。广泛应用于近300项工程项目中， 国内市场占有率50%以上，降低施工成本40%，实现了“泥变成土，土 变成岩石”实现了土地安全利用1.5万亩以上、利用固体废物3亿吨以 上，近三年该项目累计实现经济效益达223.16亿元。国家主席习近平、 前国务院总理温家宝、时任国家发改委副主任何立峰考察工程现场，给 予了高度评价。客观评价1鉴定意见本项目成果（1）基于工业废渣的高强耐水土壤固化剂研制及应用（2） 淤泥改性成套技术研究、设备研制及工程示范（3）燃煤电站污染综合治 理及污水资源化技术-烟气净化副产物的综合利用技术研究（4）污泥机 械脱水化学改性一体化处理技术（5）利用低品位工业废渣开发特种胶凝 材料及产业化（6）氟石膏无害化处理及资源化利用关键技术研发与示范， 这六个项目通过了专家验收与鉴定。余永富院士，张勇传院士等专家认 为两项成果达到国际领先水平。2学术刊物应用评价本项目在国内外学术刊物上共计发表200余篇学术论文，其中在 Journal of Hazardous Materials ， Waste Management & Research, Construction and Building Materials等环境工程领域固体废物资源化方向 SCI收录期刊上发表论文100余篇，他引总次数2000余次。论文成果 被 Water Research， Journal of Hazardous Materials, Applied Catalysis B- Environmental, Chemical Engineering Journal， Environmental Science & Technology等咼影响力期刊引用。代表作Characteristics and mechanisms of phosphate adsorption onto basic oxygen furnace slag，他弓I 162 次，为 ESI咼被引文献。国际刊物Construction and Building Materials主编 Bayram Ercikdi教授对研究成果“颗粒级配影响环境材料强度及机理”给 予了高度评价。应用情况该研究成果广泛应用于淤泥、尾矿、渣土、海泥、建筑泥浆、污染 土壤修复及工业固废的处理，解决了再生资源回收利用、污土污泥治理、 水环境治理、固废垃圾处理和重金属污染土壤等多个领域的技术难题， 产品国内黑龙江、广东等十五个省份应用并远销德国、外蒙古。代表应 用：1）工业废弃物原位筑坝护坡工程；2）城市渣土原位修复基础建设 工程；3）污淤泥疏浚脱水与湖泊生态修复工程；4）填埋场污染阻隔及 生态修复工程；5）场地重金属污染土壤治理与生态修复工程。项目成果推动了土壤修复工程与固体废物循环利用学科的发展，广 泛成功应用于滇池环境修复、大亚湾核废料处置等近200项大型环境治 理工程，在“长江大保护”战略的标志性示范项目“宜昌田田化工有限 责任公司遗留工业污染场地修复项目”发挥了重要作用，并在外蒙古乌 兰巴托电厂灰坝加高等四项工程中得到应用，产品还远销德国汉堡。近 三年应用该系列技术及产品产生的经济效益高达223.16亿元，社会经济 效益显著。主要知识产权和标准规范等目录知识产 权（标 准）类 别知识产权 （标准）具体名称家地> 国区授权号（标准 编号）授权（标 准发 布） 日期证书编 号（标 准批准 发布部 门）权利人 （标准 起草单 位）发明人 （标准 起草 人）发明专利 （标准）有效状态发明专利一种常温 下污泥和 淤泥混合 干化的方 法中国ZL201410170126.32016.1.20第1903032号武汉大学周旻； 韩毅； 侯浩 波；张 维昊； 王小 书；万 沙；张 炎有效专利发明专利一种氟石 膏中性改 性剂及利 用其对氟 石膏进行 改性的方 法中国ZL201210145433.72014.1.15第1336672号武汉大学周旻； 黄绪 泉；侯 浩波； 刘奔有效专利发明专利一种土壤固化剂中国ZL98113594.32001.6.27第69372号武汉大学侯浩波失效专利发明专利一种矿山 充填用硅 铝基尾砂 胶结剂及中国ZL201510278303.42018.3.23第2856553号葛洲坝 中固科 技股份 有限公 司肖林； 洪军； 侯浩 波；陈 方洲；有效专利其制备方法匡不 桩；邹 露彬； 程柳发明专利种 A/O 土壤系统 处理含磷 有机废水 的装置和 处理方法中国ZL201410357505.32016.01.20第1928379号中国环 境科学 研究院王雷； 席北 斗；张 列宇； 汪的华 等有效专利发明专利修复砷污 染土壤的 方法中国ZL201511010971.52018.10.19第3115462号北京咼 能时代 环境技 术股份 有限公 司吕正 勇；魏 丽；冯 国杰； 赵凡； 甄胜利 等有效专利发明专利一种污泥 原位固化 和稳定化 的固化剂 及其制备 方法和应 用中国ZL201510657325.12018.5.1第2906827号北京咼 能时代 环境技 术股份 有限公 司甄胜 利;刘 博；陈 二林； 金晶等有效专利标准HAS 土 壤固化剂 稳定混合 料道路基 层施工工 法中国GJEJGF218-20122012年住建部葛洲坝 中固科 技股份 有限公 司侯浩 波；黄 小霞； 何勇； 张炎； 张玲有效标准主要完成人 情况姓名：侯浩波；排名：1;行政职务：无；技术职称：教授；工作单位: 武汉大学；完成单位：武汉大学；对本项目贡献：项目负责人，提出项目研 究的科学问题、关键技术与研究技术路线。姓名：郭成洲；排名：2；行政职务：党委副书记、副总经理；技术职 称：教授级高级工程师；工作单位：中国葛洲坝集团股份有限公司；完成单 位：葛洲坝中固科技股份有限公司；对本项目贡献：参与了工法及地方标准 制定并开展工程应用及推广。姓名：王雷；排名：3；行政职务：无；技术职称：工程师；工作单位: 中国环境科学研究院；完成单位：中国环境科学研究院；参与构建硅铝质矿 物环境修复材料的研发，授权发明专利30余项，发表了学术论文10余篇。姓名：周旻；排名：4；行政职务：无；技术职称：副教授；工作单位: 武汉大学；完成单位：武汉大学；对本项目贡献：改进污泥机械脱水工艺， 优化了机械压滤模式，共同发展了污泥机械脱水与化学改性一体化的技术。姓名：甄胜利；排名：5；行政职务：副总经理；技术职称：高级工程师；工作单位：北京咼能时代环境技术股份有限公司；完成单位：北京咼能 时代环境技术股份有限公司；对本项目贡献：开发靶向重金属稳定化药剂用 于修复铬污染土壤，并获得国际专利。姓名：邵雁；排名：6；行政职务：无；技术职称：高级工程师；工作 单位：中冶南方都市环保工程技术股份有限公司；完成单位：中冶南方都市 环保工程技术股份有限公司；对本项目贡献：创建了高效降解、低耗分离纯 化、适合规模化工程实施的固体废物无害化处置技术与装备体系。姓名：刘数华；排名：7；行政职务：无；技术职称：教授；工作单位: 武汉大学；完成单位：武汉大学；对本项目贡献：构建新型土壤重金属修复 材料的开发路线，揭示了固体废弃物的粉磨动力学机制及对其性能的影响 机理。姓名：肖林；排名：8；行政职务：董事长；技术职称：教授级高级工 程师；工作单位：葛洲坝中固科技股份有限公司；完成单位：葛洲坝中固科 技股份有限公司；对本项目贡献：组织开展了系列化产品及其应用技术的市 场化推广和工程应用，取得了良好的应用效果和社会经济效益。姓名：汪韦兴；排名：9；行政职务：无；技术职称：工程师；工作单 位：肇庆市珈旺环境技术研究院；完成单位：武汉大学；对本项目贝献:开 发土壤重金属修复材料，针对含重金属阴离子团如砷、铬的污染土壤进行靶 向修复。姓名：张炎；排名：10；行政职务：无；技术职称：工程师；工作单位： 肇庆市珈旺环境技术研究院；完成单位：曷洲坝中固科技股份有限公司；对 本项目贡献：参与了工法及地方标准制定。主要完成单 位及创新推 、 r.亠 |、厂贝献武汉大学，排名1，创新推广贡献：负责项目的选题，学术思想的凝练， 研究内容、主要技术路线的确定，研究工作的计划安排、组织协调、进度控 制,以及研究成果的最终汇总、提炼与理论和方法体系的集成总结。葛洲坝中固科技股份有限公司，排名2,创新推广贡献：葛洲坝中固科 技股份有限公司参与集成开发了针对多种工业固体废物、污淤泥、城市渣 土、软土处理处置的系列产品和技术，构建了规模化工程实施的固体废物无 害化资源化处置技术体系。中国环境科学研究院，排名3,创新推广贡献：中国环境科学研究院是 项目组的重要组成单位，在本项目成果中，依托中国环境科学研究院研究成 果，在发明点地下水重金属污染抽注结合渗透性反应墙技术方面做出了贡 十卜献。中冶南方都市环保工程技术股份有限公司，排名4,创新推广贡献：主 导开发了多种土壤原位异位修复装备，为工程实施提供硬件基础，将研究成 果应用于实际工程中，取得显著社会经济效益。北京高能时代环境技术股份有限公司，排名5,创新推广贡献：开发重 金属污染土壤的清洗方法，综合修复含砷、铬污染的土壤。完成人合作 关系说明侯浩波教授，郭成洲教授，王雷，周旻副教授，甄胜利，邵雁，刘数华教授，肖 林教授，汪韦兴,张炎共冋参与了国家863计划项目“氟石膏无害化处理及资 源化利用关键技术研发与示范”、国家自然科学基金重点项目“废弃玻璃粉在 复合胶凝材料水化硬化过程中的作用机理及ASR风险研究”、国家科技支 撑计划“中部区连村镇控源与体强化净化技术集成与示范”湖北省自然科 学基金项目“早强粉煤灰的研制”、湖北省重大科技专项“利用低品位工业废渣开发特种胶凝材料及产业化”开展了常温固化理论、环境修复材料常温 制备、固体废物无害化处置装备体系和重金属污染土壤靶向固化与稳定化 技术等方面研究，共冋获得省部级奖励，合作发表了相关学术论文、授权系 列国家发明专利，并共同开展了研究成果推广应用。