吴海明教授参与申报国家科学技术奖励公示内容.docx
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吴海明教授参与申报国家科学技术奖励公示内容
吴海明教授参与申报2019年国家科学技术奖励公示内容
一、项目名称
基于生物调控的人工湿地水质净化关键技术与应用
二、申报奖种
科技进步奖
三、提名单位
教育部
四、提名意见
该项目围绕人工湿地在大型工程应用中存在冬季净化效率低、复氧能力弱等关键技术瓶颈问题，创新性构建了基于生物调控的人工湿地水质净化关键技术，显著提升了人工湿地技术的冬季净化效果及其常年运行的稳定性。
项目获授权国家发明专利50余件，申请国际PCT专利2件，主持编制环境技术标准2项，在WaterResearch,ChemicalEngineeringJournal等期刊发表SCI论文170余篇。
技术应用于山东、河北等十几个省份的百余项人工湿地水质净化工程，为淮河、海河等流域的水质改善和生态恢复做出了重要贡献，社会与生态环境效益显著。
提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。
五、项目简介
人工湿地技术利用植物、动物、微生物的综合生态作用实现污水的有效净化，具有基建投资省、运行费用低、生态景观优美等重要优点，在发展中地区流域水污染治理、再生回用及生态修复等领域具有突出的应用优势，近年来在国内外流域污染治理中得到越来越多的重视。
但是，人工湿地在大型工程应用中存在冬季净化效率低、复氧能力弱、水力条件差、以及植物易退化和腐烂等问题，导致湿地占地面积大、污染物负荷低、水体易黑臭等系列突出问题。
上述技术瓶颈极大限制了人工湿地技术的工程应用规模和效果。
本项目在国家科技重大专项、国家自然科学基金等项目的支持下，历经十余年科技攻关和工程实践，创新性构建了基于生物调控的人工湿地水质净化关键技术，攻克了人工湿地冬季净化效率低等技术瓶颈问题，显著提升了人工湿地技术的冬季净化效果及其常年运行的稳定性，为我国水污染防治提供了经济有效且生态良好的水质净化关键技术。
主要创新成果如下：
（1）针对冬季人工湿地污染物去除效率严重降低的问题，突破了可大幅提升冬季净化效果的“植物-动物-微生物”协同强化技术。
揭示了不同湿地植物种群在不同季节条件下的生态位互补效应及植物、动物、微生物之间的相互作用机制，通过季节性植物生态位互补配置和鱼类、底栖动物、微生物之间的协同强化技术创新，显著提升了低温季节人工湿地系统的生物多样性和污染物去除效果，冬季COD和氨氮去除率均达90%以上，有效破解了人工湿地冬季运行效果差的关键难题。
（2）针对人工湿地复氧能力弱及其导致的微生物脱氮效果差等问题，创新提出了基于大气复氧增强和锰氧化还原的人工湿地氧化还原环境优化技术。
阐明了人工湿地氧调控路径，明确了大气复氧的微生物响应规律以及微生物与铁锰循环的相互作用机制。
从微生物群落结构和功能的定向优化入手，提出了尾气增氧、根区间歇增氧等高效补氧技术，研发了锰氧化物人工湿地、铁碳微电解耦合人工湿地等新型湿地，显著优化了人工湿地的氧化还原环境，氨氮去除负荷达常规人工湿地技术的4倍以上，总氮去除率提升约50%，为大幅提升人工湿地的污染物去除效果提供了经济有效的技术手段。
（3）针对大规模人工湿地的死区和短路流等问题，研发了天然稳定同位素示踪技术和高密度电阻率原位探测技术，揭示了湿地水力流态与稳定同位素丰度和电阻率之间的响应关系，测量误差由常规示踪法的50%降低至小于10%，实现了湿地水力流态的精细化探查。
定量解析了湿地设计与运行参数对湿地水力流态的影响，通过环流、嵌套混合流等人工湿地结构模式优化，显著提高了人工湿地传质效果，优化了规模化人工湿地水力条件和微生物分布，强化了人工湿地污染物容积负荷。
（4）针对植物易退化和腐烂及其导致的污染物释放等问题，创新研发了植物季节性收割及其生物质高价值利用技术。
通过湿地植物的季节性收割有效调控根系微环境，实现功能微生物丰度提高3倍以上，主要污染物去除率提升约30%；基于收割湿地植物的维管束茎叶多孔微观特性，发明了植物高价值生物质炭制备技术，吸附容量达常规技术的2倍以上，且溶解性有机碳的释放速率可达2mg/（g·d），显著提升了微生物反硝化脱氮作用，总氮去除率较常规人工湿地系统提升约50%，有效保障了人工湿地工程的长期可持续运行。
本项目授权国家发明专利50余件，申请国际PCT专利2件，发表SCI收录论文170余篇，编制环境技术标准2项。
研究成果入选科技部、环保部等联合编制的《节水治污水生态修复先进适用技术指导目录》，应用于山东、河北等省份的百余项人工湿地水质净化工程，支撑建成3个国家级湿地公园，为淮河、海河等流域的水质改善和生态恢复做出了重要贡献，社会与生态环境效益显著。
六、客观评价
（1）验收意见
国家科技支撑计划重点项目“南水北调东线南四湖生态恢复与综合整治技术开发”课题验收意见。
科技部审查组认为项目“研发了近自然湿地植物水质净化、典型退化植物基底修复、高位台田典型退化湿地快速修复、低位湖滨台田修复、复杂水文背景下结构和功能可持续的湿地生态系统构建、湿地植物生物质利用等技术，其中多项技术已在示范区应用，对推动南水北调东线工程沿线的生态恢复和水质改善具有重要意义”。
（2）重要科技奖励
2018年12月，获教育部高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步一等奖；2014年12月，获环境保护部环境保护科学技术二等奖；2014年2月，获山东省科学技术奖技术发明二等奖；2012年11月，获山东省科学技术奖科技进步一等奖。
（3）技术标准
主持编制2项人工湿地技术标准《人工湿地水质净化工程技术指南》（DB37/T3394-2018）、《人工湿地水质净化工程竣工环境保护验收技术规范》（DB37/T3393-2018），为人工湿地用于污水深度处理和再生回用提供了水力负荷、植物配置、填料选配等可靠的技术参数及验收技术依据。
（3）学术性评价
国际著名期刊BioresourceTechnology的Editor、澳大利亚悉尼科技大学HuuHaoNgo教授认为：
“冬季人工湿地运行效果的有效解决令人印象深刻，充分集成植物、基质、微生物和动物等生物作用的设计是一项令人兴奋的技术创新，在有效提升人工湿地冬季低温下污染物去除效果上取得了很大成功，创新性通过湿地内溶解氧水平的提升和碳源的补充实现了氨氮和总氮的同步有效去除，具有很好的工程应用价值。
”
国际著名期刊WaterResearch同行评议专家认为：
“通过人工湿地系统的创造性介入，首次将尾气从‘严重的环境污染’转变为‘有效的资源’，大幅优化了污水处理系统的物质能量循环，实现了污水处理工程中尾气净化与水污染物去除的同步共赢，为新型污水处理系统的设计和应用提供了宝贵的思路。
”
七、应用情况
本项目成果成功解决了人工湿地冬季净化效率低下等关键技术瓶颈，入选了国家科技部、环保部、水利部等联合编制的《节水治污水生态修复先进适用技术指导目录》，应用于山东、河北等全国十几个省份的百余项人工湿地水质净化工程，在淮河、海河等流域污染治理中累计建成包括污水处理厂人工湿地、河道走廊人工湿地、河口人工湿地等生态水质净化工程8万余亩，累计工程净化水量260万m3·d-1，年削减COD和氨氮污染负荷分别达6600吨和1040吨，3项工程被国家林业局批准成为国家级湿地公园，为淮河、海河等流域的水质改善和生态恢复做出了重要贡献，社会与生态环境效益显著。
八、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
国家
（地区）
授权号（标准编号）
授权（标准实施）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
技术标准
人工湿地水质净化工程技术指南
中国
DB37/T3394-2018
2018.9.17
山东省质量技术监督局
山东省环境规划研究院、山东大学、山东省环境保护科学研究设计院
张建、谢刚、史会剑、梁爽、武道吉、王洪秀、袁琦、孙丰凯、巩岩、孙海盟、康兴生
有效
授权发明专利
组合式全年稳定处理生活污水的人工湿地系统及运行方法
中国
ZL201510673520.3
2017.12.1
2721145
山东大学
张建，孙海盟，郭烨烨，张成禄，梁爽，谢慧君，刘建，王洪秀
有权
授权发明专利
一种水生动物强化表流人工湿地
中国
ZL201510253150.8
2016.9.7
2228594
山东大学
张建,李鹏飞,张成禄,谢慧君,邱宪锋,王倩,马茹
有权
授权发明专利
一种土壤快滤床净化生物反应器尾气系统
中国
ZL201510640422.X
2017.8.29
2602551
山东大学
张建,刘紫君,张成禄,谢慧君,梁爽,胡振,王洪秀
有权
授权发明专利
一种氨化-活化植物质活性炭的制备方法
中国
ZL201510428036.4
2017.5.31
2499736
山东大学
张建,郭子彰,蒋丽,张成禄,康妍,刘海
有权
授权发明专利
一种潜流、表流交替运行的人工湿地
中国
ZL201410606150.7
2016.3.2
1965131
山东大学
张建,赵聪聪,徐景涛,徐晓丽,张成禄,王倩,王洪秀
有权
授权发明专利
一种用氢或氧同位素丰度评价人工湿地水流状态的方法
中国
ZL201310482675.X
2016.5.25
2087849
山东大学
张建,王洪秀,张成禄,冯素萍,郭子彰,程呈
有权
授权发明专利
一种防堵塞快速渗滤系统
中国
ZL201010118102.5
2012.5.9
943754
山东大学
张建，吴海明，张成禄，范金林，李聪，张金勇
有权
授权发明专利
嵌套式增氧景观化垂直流人工湿地
中国
ZL200910212190.2
2011.7.27
817894
山东大学
张建，范金林，张成禄，李一冉，徐景涛，张金勇，李聪
有权
授权发明专利
一种生物炭模块化复合垂直流人工湿地系统
中国
ZL201510134441.5
2016.8.24
2208613
山东大学
张建,刘华清,安沫霖,胡振,张成禄
有权
九、主要完成人情况
1、姓名：
张建排名：
1
行政职务：
常务副院长技术职称：
教授
工作单位：
山东大学
完成单位：
山东大学
对本项目贡献：
全面负责项目组织实施。
明确了不同湿地植物种群在不同季节条件下的生态位互补效应和生物协同作用机制，创新性构建了“植物-动物-微生物”协同强化技术；主持研发了湿地植物生物质高价值利用技术，提出了人工湿地氧化还原环境优化技术，并解析了湿地设计与运行参数对湿地水力流态的影响。
2、姓名：
卢少勇排名：
2
行政职务：
执行站长技术职称：
研究员
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
对本项目贡献：
协助第1完成人研发湿地植物生物质高价值利用技术；协助第1完成人研究了人工湿地氧传递途径和根区间歇增氧等强化湿地大气复氧能力技术。
3、姓名：
胡振排名：
3
行政职务：
副院长技术职称：
副研究员
工作单位：
山东大学
完成单位：
山东大学
对本项目贡献：
协助第1完成人研发湿地植物生物质高价值利用技术；主持了尾气增氧人工湿地技术和高密度电阻率原位探测技术的研发。
4、姓名：
谢慧君排名：
4
行政职务：
无技术职称：
副教授
工作单位：
山东大学
完成单位：
山东大学
对本项目贡献：
协助第1完成人构建“植物-动物-微生物”人工湿地系统，并参与研发季节性湿地植物收割技术；主持了锰氧化物人工湿地技术的研发。
5、姓名：
吴海明排名：
5
行政职务：
无技术职称：
副教授
工作单位：
西北农林科技大学
完成单位：
西北农林科技大学
对本项目贡献：
协助第1完成人明确了大气复氧的微生物响应规律，并研发人工湿地大气复氧能力强化相关技术，大幅度提升人工湿地系统的污染物去除效果和处理负荷。
6、姓名：
王倩排名：
6
行政职务：
无技术职称：
讲师
工作单位：
山东师范大学
完成单位：
山东师范大学
对本项目贡献：
协助第1完成人研发人工湿地植物的季节性收割技术，并明确植物收割对湿地运行效果的影响。
7、姓名：
赵聪聪排名：
7
行政职务：
无技术职称：
讲师
工作单位：
山东师范大学
完成单位：
山东师范大学
对本项目贡献：
：
协助第1完成人研发“植物-动物-微生物”协同强化技术，并完善人工湿地植物的季节性收割技术。
8、姓名：
王跃昌排名：
8
行政职务：
总经理技术职称：
无
工作单位：
北京远浪潮生态建设有限公司
完成单位：
北京远浪潮生态建设有限公司
对本项目贡献：
协助第1完成人研发“植物-动物-微生物”协同强化技术并推进研究成果在多个人工湿地水质净化工程中的应用。
9、姓名：
梁爽排名：
9
行政职务：
无技术职称：
教授
工作单位：
山东大学
完成单位：
山东大学
对本项目贡献：
协助第1完成人研发天然稳定同位素示踪技术，以及湿地植物生物质高价值利用技术。
10、姓名：
范金林排名：
10
行政职务：
无技术职称：
工程师
工作单位：
山东大学
完成单位：
山东大学
对本项目贡献：
协助第1完成人研发季节性植物生态位互补配置与大气复氧强化人工湿地技术。
十、主要完成单位及创新推广贡献
1、山东大学排名：
1
（对本项目科技创新和应用推广情况的贡献）：
项目负责单位，全面负责项目研究与推广工作。
构建了“植物-动物-微生物”协同强化关键技术，并明确了其作用机制；明确了人工湿地氧调控路径，研发了人工湿地氧化还原环境优化技术；研发了天然稳定同位素示踪技术和高密度电阻率原位探测技术，定量解析了湿地设计与运行参数对湿地水力流态的影响；创新了人工湿地植物的季节性收割及植物生物质高价值利用技术。
主持了本项目研究成果在多个人工湿地水质净化工程中的应用和推广工作。
2、中国环境科学研究院排名：
2
（对本项目科技创新和应用推广情况的贡献）：
协助第1完成单位研究人工湿地氧调控路径和根区间歇增氧等高效氧调控技术。
协助第1完成单位推进项目研究成果在多个人工湿地水质净化工程中的应用。
3、西北农林科技大学排名：
3
（对本项目科技创新和应用推广情况的贡献）：
协助第1完成单位研发人工湿地氧化还原环境优化技术和湿地植物生物质高价值利用技术。
4、山东师范大学排名：
4
（对本项目科技创新和应用推广情况的贡献）：
协助第1完成单位构建“植物-动物-微生物”协同强化技术和人工湿地植物的季节性收割技术，解析人工湿地氧调控路径。
5、北京远浪潮生态建设有限公司排名：
5
（对本项目科技创新和应用推广情况的贡献）：
协助第1完成单位研发“植物-动物-微生物”协同强化技术，实施项目研究成果的工程应用。
十一、完成人合作关系说明
根据本项目提出的基于生物调控的人工湿地水质净化关键技术，所有完成人在研究过程中既侧重，又相互协作。
第1、2、5、6、10完成人较为系统地开展了人工湿地氧传递路径及大气复氧强化相关技术的研究和工程应用；第1、3、9完成人，合作完成了湿地植物生物质高价值利用技术的研发；第1、4、7、8完成人合作研究了“植物-动物-微生物”协同强化技术并进行推广应用。
下面列出部分合作研究成果：
（1）张建（第1完成人），卢少勇（第2完成人），胡振（第3完成人），谢慧君（第4完成人），吴海明（第5完成人），王倩（第6完成人），赵聪聪（第7完成人），王跃昌（第8完成人），梁爽（第9完成人），范金林（第10完成人）。
基于生物调控的人工湿地水质净化关键技术与应用，教育部高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步一等奖，2018年。
（2）张建（第1完成人），胡振（第3完成人），谢慧君（第4完成人），梁爽（第9完成人），合作完成国家发明专利，一种土壤快滤床净化生物反应器尾气系统（专利号：
ZL201510640422.X）。
（3）张建（第1完成人），谢慧君（第4完成人），吴海明（第5完成人），王倩（第6完成人），赵聪聪（第7完成人），梁爽（第9完成人），范金林（第10完成人），共同完成了国家科技重大专项子课题项目，河流生态反应器水质净化系统构建与示范（2012ZX07203-04-009）。
（4）张建（第1完成人），胡振（第3完成人），吴海明（第5完成人），梁爽（第9完成人），范金林（第10完成人），合作发表论文Examinationofoxygenreleasefromplantsinconstructedwetlandsindifferentstagesofwetlandplantlifecycle.EnvironmentalScienceandPollutionResearch,2014,21:
9709-9716.
（5）张建（第1完成人），谢慧君（第4完成人），王倩（第6完成人），赵聪聪（第7完成人），梁爽（第9完成人），合作发表论文Effectofplantharvestingontheperformanceofconstructedwetlandsduringwinter:
radialoxygenlossandmicrobialcharacteristics.EnvironmentalScienceandPollutionResearch,2015,22:
7476-7484.
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