可研济南市小清河水污染防治及生态修复技术集成与工程示范重点.docx
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可研济南市小清河水污染防治及生态修复技术集成与工程示范重点
济南市科技发展计划项目可行性研究报告
项目名称：
济南市小清河水污染防治及生态修复技术集成与工程示范
领域：
资源与环境技术
起止时间：
2012.6.1—2014.12.1
济 南市科学技术局
填报日期：
2011年10月26日
一、立项背景和意义
长期以来，作为山东省境内唯一一条河海通航、水陆联运的综合性大型人工河道，小清河一直肩负着泄洪、排涝、通航、灌溉、排污等多项重任。
然而，随着沿岸经济的迅速发展，流域内工业废水和生活污水排放量逐年增加，小清河水环境状况一度面临着严峻的挑战。
据《山东省环境公报》报道，2010年全省小清河流域21个监测断面中，劣于五类标准的断面为17个，占80.9%。
河流水环境功能区达标率仅为14.3%。
化学需氧量和氨氮仍然为主要污染指标。
为解决小清河水污染问题，山东省环保局早在2007年就颁布了《小清河流域水污染物综合排放标准》（DB37/656-2006），对沿岸企业污染物排放提出了明确的要求。
然而长期以来，由于流域标准和行业标准之间存在较大差异，很多企业的行业标准要居于小清河流域标准之下，致使小清河流域的水质一直难以达标。
鉴于此，山东省环保厅于2010年12月对小清河流域污染物排放标准进行了调整，强制要求进入小清河流域的直排污水必须执行第三时段标准，而周边城市污水处理厂出水必须达到一级A标准方能排放。
这一举措在强化治污的同时，也给小清河沿岸各污染源企业的水处理工艺提出了更高的要求。
未来时间内，小清河流域各污染源企业将面临对现行污水处理工艺进行提标改造的境况。
除严格控制排放标准外，山东省还开展了小清河流域污染整治工程。
自2007年起，济南市开始对小清河实施综合治理，其采取的主要措施是通过清淤底泥并从卧虎山水库调水对小清河进行补水来改善水质。
尽管以上措施在小清河前期治理中发挥了重要作用，河流水环境状况明显好转，但从长远考虑，仅通过清除底泥和稀释河水的方式不能从根本上解决入河水的连续性污染问题。
近年来，以生物修复为主题的城市河道治理工程陆续在国内主要城市展开。
所谓河道生物修复是指依靠河道生态系统的自我调节能力并辅以人工措施（种植植被、投加生物菌种等），利用生物作用原理对退化或被破坏的河道生态环境系统进行恢复的过程。
与传统的物理化学修复技术相比，生物修复技术成本相对较低且环境影响小，不会形成二次污染或导致污染物的转移，对污染物的降解也较为彻底。
针对当前小清河流域污染源排放企业较多且行业复杂的现状，联合生物修复技术对河道水质实施综合治理对于弥补因行业差别造成的水环境污染不失是一种有效手段。
为配合山东省小清河流域污染整治工程并实现全省“十二五”主要污染物持续减排的目标，本项目将以济南市小清河周边各大污水处理厂及排污企业为污染源对象，通过对各项水质再提高技术进行优化、集成，并联合河道生物修复技术对小清河水污染实施从源头到末端的综合治理，确保小清河水质满足《流域污染物综合排放标准》要求，并在此基础上进行工程示范，旨在为小清河流域污染整治开辟一条新途径，并为同行业提供理论与实践基础。
本项目研究的开展对于推动我国流域及城市河道污染治理技术的快速发展具有重大的现实意义和推广应用价值，经济、环境和社会效益较为显著。
二、国内外现状和发展趋势（包括知识产权现状）
城市河道作为一个开放系统，其河道面源污染和大部分内源污染很难通过市政工程手段直接进行控制。
在一些发达国家,河流污染的治理已从传统方法向高强度治污+自然生态恢复的方向发展。
这里的自然生态恢复主要是指利用生物-生态修复技术来恢复水体的生态功能。
与其他河道生态修复技术相比，生物-生态修复技术具有处理效果好、工程造价低、运行成本低廉等优点，如能在一定条件下对所需微生物进行筛选、定向驯化、富集培养,可以对大多数有机物质实现生物降解处理。
目前，该技术在国外发展较快，已经达到工程实用化的程度。
相比之下，我们国家尚处在起步阶段。
作为生物修复技术的核心,高效微生物的选择一直备受关注。
大量研究证实，在降解河道水体污染物方面，高效微生物的功效比普通微生物高几倍到十几倍。
目前，美国、英国、加拿大、日本、巴西等国家已有上百种商品化的微生物制剂可供选用。
这些微生物制剂可直接投加到河道中实施污染修复，也可通过固定化后再加以使用。
考虑到细菌流失和成本问题，国内很少采用直接投加的方式对河流水质进行修复，而更倾向于采用固定化的微生物技术。
陈书玉等在上海市闸北区夏长浦河道运用生物接触氧化工艺技术治理水质,使景观水体水质接近地表水V类水标准，水体恢复生态自净功能。
张永明等利用蜂窝陶瓷为载体形成生物膜替代活性污泥对城市受污染的河道水体进行缺氧生物修复，取得了良好的脱氮效果并证实在生物膜群落里存在具有厌氧氨氧化能力的微生物。
杨涛等采用生物接触氧化法对公园污染水体进行直接修复，同样取得了良好的污染物降解效果。
与国内其它河流相比，小清河污染时间相对较短且污染程度较轻，在保持对源头入河污染物严格控制的基础上，采用固定化微生物技术对河水进行生物－生态修复有望快速达到预期治理目标。
另外，对于高效微生物来说，水体中的充氧条件是影响其性能发挥的重要因素。
而人工曝气复氧本身也是一种有效的河流生物—生态修复技术。
从20世纪60年代起,已有不少国家应用人工曝气复氧改善河流水质和生态与环境。
如德国的鲁尔河、莱茵河,英国的泰晤士河、特伦物河,美国的福克斯河、佛博河及威斯康星河等，均有成功的工程范例。
鉴于目前小清河水体中化学需氧量和氨氮为主要污染指标，考虑在采用高效微生物技术进行河流修复的同时，有必要增加相应的曝气措施。
三、现有研究基础、特色和优势
（一）研究基础
目前，本单位已完成济南市科技局重大课题“济南市污水处理厂水质再提高（减排）技术集成与工程示范”的技术研究，项目成果已成功转化应用并建成示范工程，这为本项研究积累了较为丰富的经验。
另外，本项研究现已进行了前期试验，并与相关专家进行了多次探讨与论证，主要完成了以下内容：
1、通过查阅大量的相关资料，了解了国内外现有的及相关的研究成果，以便进行更进一步深入研究。
2、对城市污水处理厂A2/O工艺脱氮除磷技术、高效纤维滤池技术以及紫外消毒技术等进行了集成化研究，并初步制定了提标改造方案。
3、研究了近5年内小清河流域水质变化规律，并对其水污染特征进行了分析汇总。
（二）项目创新点
1、将生物脱氮除磷技术、纤维过滤技术、紫外消毒技术、河道生物修复技术综合于一体进行集成研究，提出确保实现小清河水质稳定达标的新型工艺组合模式。
2、采用源头提标改造和末端生物修复相结合的技术模式进行小清河治污，确保水质达到《小清河流域污染物综合排放标准》，对国内其他河道治理起到示范作用，同时对污水处理事业的发展起到很好的促进作用。
3、源头提标改造和末端生物修复集成模式为加快实现小清河全线通航提供了一种新的技术途径。
（三）研究优势
课题组近几年来，先后承担并完成了多项国家及省、市级科研项目，获山东省科技进步三等奖、济南市科技进步二等奖、济南市科技进步三等奖等多次奖项，在国内外学术期刊发表多篇学术论文，出版多部各类专著及教材，取得了较为丰硕的科研业绩。
近几年来已完成项目举例如下：
1、山东省科技发展计划项目“食品有机废水综合治理与资源化利用研究”，获山东省科技进步三等奖。
2、济南市科技发展计划项目“城市污水处理厂污泥堆肥与农用”，获济南市科技进步二等奖。
3、济南市科技发展计划项目“城市污水制备直饮水技术研究”，获济南市科技进步二等奖。
4、济南市科技发展计划项目“中水利用研究”，获济南市科技进步三等奖。
四、应用和产业化前景、市场需求
作为山东省境内唯一一条河海通航、水陆联运的综合性大型人工河道，小清河一直肩负着泄洪、排涝、通航、灌溉、排污等多项重任。
本项研究采用源头提标改造和末端生物修复技术方式联合对小清河水污染实施治理，在减少污染物排放的同时，改善了小清河流域水生生态环境，对于实现全省“十二五”规划持续减排目标，确保小清河全线通航并带动沿河周边地区经济发展具有重大战略意义。
预见示范工程的推广和应用，对于我国流域及城市河道污染治理行业发展具有重要的推动作用，经济、社会、环境效益显著。
五、研究内容和预期目标
（一）研究内容
1、对污水处理厂及排污企业实施提标改造，从源头上消减有机物、氮
磷、悬浮物等主要污染物的排放。
系统考察生物脱氮除磷、纤维过滤以及紫外消毒等技术的工艺运行特性，研究影响工艺运行效果的关键因素并探寻实现最佳出水水质的工艺运行组合模式。
2、向河道中投放生物菌种，对入河污染物进行末端处理。
针对不同河流断面水质特征，确定投加菌种类型，研究菌种的筛选、培养以及固定化方法，考察投入河道后生物菌种的生长规律以及对河水污染物的强化去除效果，研究生物菌种种群结构随环境条件的变化特征以及维持其优势地位的关键技术和方法。
3、研究源头提标改造对末端生物修复技术的影响，提出确保小清河
水质稳定达到《流域污染物综合排放标准》的工艺集成模式并建设一套示范工程；
4、综合评价小清河不同河流断面水质变化特征，针对突发性污染事
件提出预防控制措施。
（二）预期目标
1、确定实现污染源最佳出水水质的水质再提高技术组合工艺；提出源头提标改造方案；分析获取小清河流域断面水质污染特征及变化规律；锁定河道生物修复目标功能菌的投放类型；
2、完成污染源提标改造；获取目标功能菌种、提出功能菌的高效富集及固定化方法；设计并构建小清河流域河道生物修复技术工艺，揭示目标功能菌的生长规律及随环境条件的变化特征；
3、提出源头提标改造与末端生物修复技术最佳集成模式；确保小清河水质
达到《流域污染物综合排放标准》；在小清河流域建设1-2套集成工艺示范工程。
六、研究方案、技术路线、组织方式和课题分解
（一）研究方法
1、通过收集国内外相关资料并开展大量的调查研究，充分掌握城市污水处理厂及各排污企业工艺技术理论特点；
2、通过构建中试平台并运用化学、仪器分析手段进行定性、定量分析，研究生物-生态修复技术原理及实现最佳污染物去除效果的工艺模式；
3、理论研究、实验研究与工程实践相结合，重视研究成果的实际应用；
4、整体研究强调多学科交叉渗透，充分运用各相关领域的最新研究成果完成对本项目的研究。
（二）技术路线
（三）项目的组织方式和课题分解
该项目由本单位与合作单位共同研制，成立了项目课题组，并进行分工。
为保证项目研究工作的顺利实施，本单位主要领导担任项目负责人，亲手抓项目的组织协调工作。
项目组成员分别由给排水和环境工程等专业技术骨干构成，分工负责技术方案论证、设备安装调试、工艺调试和污泥检测等各方面工作，项目负责人统一进行指挥调度。
项目课题组具体分工如下：
七、年度计划内容
本研究共需要30个月（2012.6-2014.12），具体研究安排如下：
2012.06-2012.07资料检索进行调研；
2012.08-2012.12污染源水质再提高技术优化、集成；小清河流域水质监控及污染特征分析；
2013.01-2013.05污染源的提标改造；筛选、培养、固定目标功能菌，实
施小清河河道生物修复；
2013.06-2014.07集成优化水质再提高技术与河道生物修复技术，在小清
河流域实施示范工程；
2014.08-2014.12数据资料整理、科技查新、编写结题报告，申请结题。
八、主要研究人员和单位简况及具备的条件
（一）主要研究人员简况
1、项目负责人
公司总经理，研究员，环境工程硕士，中国管理科学研究院学术委员会特约研究员，山东省土木建筑学会给水排水专业委员会副主任委员，山东省建筑学会给水排水专业委员会副主任委员，省建设厅和科技厅专家库成员，先后荣获济南市第四届优秀科技工作者，2006中国建设行业创新人物和百名管理英才，济南市2007十佳敬业模范，2007年中国企业产学研突出贡献奖等诸多荣誉。
主编《城市污水处理技术及工程实例》著作一部（化学工业出版社出版），获山东省科技进步三等奖一项，济南市科技进步二等奖一项，济南市科技进步三等奖一项。
2、技术负责人
微生物研究室主任。
博士，研究员。
山东微生物学会常务理事、农业专业委员会副主任委员；山东预防医学会微生态专业委员会副主任委员；1995年于山东农业大学获农学博士学位，1995-1997于沈阳农业大学做博士后研究工作；2001-2002日本自然农业国际研究中心（INFRC）博士后访问学者。
1997至今从事微生物资源研究与利用。
获山东省科技进步二等奖1项（2007），国家科技进步二等奖1项（2001），山东省科技进步三等奖1项（2002），获发明专利2项、公示期发明专利1项。
在国内外学术刊物发表学术论文40余篇。
序号
项目分工
所学专业
现从事专业
学历
学位
技术职称
职务
1
项目总负责
环境工程
环境工程
研究生
硕士
研究员
总经理
2
方案论证
农学
农业微生物
研究生
博士
研究员
室主任
3
技术总负责
环境工程
环境工程
研究生
硕士
高工
总经理
4
工艺调试
环境工程
环境工程
研究生
硕士
工程师
副总经理
5
工艺调试
环境工程
环境工程
大学本科
学士
工程师
总经理助理
6
工艺调试
给水排水
环境工程
研究生
硕士
高工
总经理助理
7
工艺调试
环境工程
环境工程
研究生
博士
工程师
副经理
8
工艺调试
环境工程
环境工程
研究生
硕士
工程师
/
9
试验检测
环境工程
环境工程
研究生
硕士
工程师
/
（二）单位法人及近几年研究工作业绩
本单位自运行以来，深入贯彻落实科学发展观，大力实施“科技兴厂”战略，广泛开展群众性技术创新活动，在环境污染防治、水处理产品的研制开发、城市废物的资源化利用等领域开展了大量的研究工作，先后承担多项厅局级项目的研究，其中《食品有机废水综合治理与资源化利用研究》荣获山东省科技进步三等奖，《城市污水处理厂污泥堆肥与农用》荣获济南市科技进步二等奖，《城市污水制备直饮水技术研究》荣获济南市科技进步二等奖，《中水利用研究》荣获济南市科技进步三等奖。
先后荣获“全国先进城市污水处理厂”、“全国城镇污水处理厂十佳运营单位”、“中国建设行业最具发展潜力企业”、“中国企业产学研突出贡献奖”、“全国环境污染治理设施运营首批政府放心、用户满意十佳示范企业”等诸多荣誉
技术协作单位为省级研究院所属究中心，现有职工52人，其中研究员7人，副研究员12人。
具有博士和硕士学位人员的占科技人员总数的81%。
目前为“农业部动植物遗传改良生物技术重点开放实验室”、“山东省作物与畜禽品种改良生物技术重点实验室”的依托建设单位。
近五年，承担了国家“863”计划、国家“973”等计划项目32项，国家科技攻关项目11项，国家自然科学基金项目13项，承担其他省部级科研项目79项，科研经费超过7000万元；发表SCI论文93篇，国内核心期刊论文249篇，出版科技著作11部；通过省或国家品种审定推广的农作物新品种26个，获得植物新品种权17项；取得省部级以上奖励成果11项，其中，国家科技进步二等奖3项。
（三）技术力量、试验仪器装备
1、有较好的实验条件及设备仪器
项目协作单位目前拥有1100m2实验室和300m2按GMP标准建设的微生物制品中试试验室。
单位配备1200万元大型先进仪器设备如厌氧工作站，全自动发酵罐（瑞士产3.7L一台、美国产40L一台、瑞士产100L一台、国产100L和300L各一台）、高速冷冻离心机，全温摇床、生物万能显微镜、倒置显微镜、双向电泳系统、紫外/可见分光光度计、高超声波破碎仪、人工气候室、浓缩分离系统、DNA测序仪、DNA合成、仪蛋白质核酸分析仪、基因枪等。
实验室完全具备承担省、部和国家级大型研究课题的能力。
2、课题组队伍较强，结构合理
课题组人员由博士、研究员、高级工程师、硕士等组成，学历高，职称高，专业方向以环境工程、微生物学、给水排水工程为主，承担过多项省部级科研攻关项目。
课题组专业基础理论扎实，具有较强的科研能力和良好的团队精神，这些都是课题能够顺利完成的基础。
九、经费预算
本项目总投资估算约为9000万元，其中资金的来源由本单位自筹8000万元，申请山东省省级环保产业技术研发经费1000万元。
主要资金组成及用途如下：
支出项目名称
经费（万元）
经费来源
1、劳务费
100
自筹
2、调研费
60
自筹
3、试验仪器、设备费
3600
自筹2800万元，申请科技经费800万元
4、材料费
100
申请科技经费
5、试验药剂费
100
申请科技经费
6、工程建设费
5000
自筹
7、会议费
25
自筹
8、出版/文献/知识产权事务费
15
自筹
升级会员 