PAGE2國家技術(shù)發(fā)明獎提名書(2018年度)一、項目基本情況專業(yè)評審組：序號：編號：提名者安徽省科學(xué)技術(shù)廳項目名稱項目名稱城鎮(zhèn)污水處理廠智能監(jiān)控和優(yōu)化運行關(guān)鍵技術(shù)公布名城鎮(zhèn)污水處理廠智能監(jiān)控和優(yōu)化運行關(guān)鍵技術(shù)主要完成人俞漢青李志華盛國平侯紅勛王穎哲項目密級非密定密日期保密期限(年)定密機構(gòu)(蓋章)學(xué)科分類名稱1水污染防治工程代碼61030202市政環(huán)境工程代碼56055503代碼所屬國民經(jīng)濟行業(yè)水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)所屬國家重點發(fā)展領(lǐng)域環(huán)境任務(wù)來源國家自然科學(xué)基金、國家重大水專項、中科院、省級攻關(guān)、企業(yè)已呈交的科技報告編號：授權(quán)發(fā)明專利（項）21授權(quán)的其他知識產(chǎn)權(quán)（項）4項目起止時間起始：2004年9月1日完成：2014年12月31日國家科學(xué)技術(shù)獎勵工作辦公室制

項目簡介本項目屬于水污染防治工程的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。城鎮(zhèn)污水處理廠屬于多輸入、多輸出、長時滯的動態(tài)開放系統(tǒng)，涉及復(fù)雜的生化反應(yīng)、物化反應(yīng)及物質(zhì)/能量的轉(zhuǎn)化和傳遞，且工藝參數(shù)眾多，因而污水廠普遍存在能耗高、出水波動大、穩(wěn)定性差等問題。因此，本項目在深入研究污水生物處理廠微生物呼吸動力學(xué)、微生物產(chǎn)物特性及形成規(guī)律等的基礎(chǔ)上，圍繞城鎮(zhèn)污水廠的運行狀態(tài)監(jiān)測、模擬優(yōu)化及相關(guān)技術(shù)與設(shè)備開展攻關(guān)，發(fā)展了污水處理系統(tǒng)動態(tài)模擬和運行狀態(tài)判定的系列新技術(shù)，發(fā)明了微生物代謝狀態(tài)的在線監(jiān)測與預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了在線監(jiān)控、動態(tài)模擬與優(yōu)化控制三位一體的污水廠運行平臺，突破了污水廠常規(guī)中控系統(tǒng)只面向設(shè)備控制的局限性，提升了污水處理廠運行效率和穩(wěn)定性，解決了城鎮(zhèn)污水處理廠智能監(jiān)控和優(yōu)化運行的技術(shù)難題。主要發(fā)明成果如下：發(fā)明點1、發(fā)明了污水廠運行狀態(tài)判定和動態(tài)模擬關(guān)鍵技術(shù)。通過對污水處理過程中微生物呼吸動力學(xué)的深入解析，發(fā)展了定量判定污水廠運行狀態(tài)的多維呼吸圖譜核心技術(shù)，解決了水質(zhì)水量波動導(dǎo)致無法定量判定污水廠狀態(tài)的難題；通過對現(xiàn)有污水廠數(shù)據(jù)的全面分析，建立了描述污水處理過程的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合模式識別和優(yōu)化算法，發(fā)展了符合我國污水廠水質(zhì)特點的仿真模擬技術(shù)，提升了污水廠仿真模擬的預(yù)測精度和可靠性，從而解決了污水廠動態(tài)模擬、微生物呼吸動力學(xué)解析、系統(tǒng)運行狀態(tài)判定等一系列技術(shù)問題。發(fā)明點2、發(fā)明了污水廠中微生物代謝狀態(tài)的在線監(jiān)測與預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)。基于對污水廠進(jìn)出水和微生物代謝產(chǎn)物的紫外、熒光和紅外光譜信息的化學(xué)計量學(xué)解析，獲得了污水廠微生物代謝產(chǎn)物的特征信號，建立了污水處理微生物代謝產(chǎn)物光譜指紋譜庫，克服了傳統(tǒng)方法無法直接表征污水廠中微生物活性的障礙；通過呼吸圖譜與光譜指紋譜庫的聯(lián)用，解決了動態(tài)運行條件下活性污泥特性測試過程復(fù)雜和應(yīng)用門檻高的難題，從而實現(xiàn)了污水處理好氧、厭氧、缺氧全過程的智能監(jiān)測，顯著提升了污水處理廠的監(jiān)控與預(yù)警能力。發(fā)明點3、發(fā)明了多目標(biāo)決策的污水廠過程優(yōu)化和控制技術(shù)。在污水處理動態(tài)模擬基礎(chǔ)上，發(fā)展了基于技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境多目標(biāo)決策的多輸入、多輸出優(yōu)化和節(jié)能控制技術(shù)；以上述光譜監(jiān)測和呼吸圖譜測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研發(fā)了看水狗、工作站等污水廠過程優(yōu)化與控制設(shè)備，構(gòu)建了專家云端決策平臺，實現(xiàn)了廠群數(shù)據(jù)感知功能，并與測試、模擬、決策控制整個分析過程相融合，發(fā)明了多目標(biāo)決策的污水廠過程優(yōu)化與控制技術(shù)，實現(xiàn)了污水處理廠的高效、節(jié)能運行。基于上述技術(shù)發(fā)明，研發(fā)了污水處理廠動態(tài)模擬、在線監(jiān)測與診斷、控制運行等關(guān)鍵技術(shù)，解決了污水處理過程的智能監(jiān)測、實時預(yù)警與優(yōu)化控制等一系列技術(shù)難題。研究成果已成功應(yīng)用于安徽、陜西、江蘇、廣東、山西、河北、山東、甘肅、寧夏、新疆等地的30多個城鎮(zhèn)污水處理廠，為城鎮(zhèn)污水廠的安全運行和升級改造提供了良好的示范作用，環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益顯著。

客觀評價科技查新報告評價意見該項目進(jìn)行了城鎮(zhèn)污水處理廠的智能監(jiān)控和優(yōu)化運行關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用，主要成果包括：構(gòu)建了基于微生物多維呼吸圖譜的污水廠運行狀態(tài)判定技術(shù)，并將該技術(shù)和優(yōu)化算法相結(jié)合，建立了符合我國污水廠水質(zhì)特點的仿真模擬技術(shù)，實現(xiàn)了水質(zhì)水量波動條件下的污水處理系統(tǒng)狀態(tài)定量判斷。建立了污水處理微生物代謝產(chǎn)物光譜指紋譜庫并將其與呼吸圖譜聯(lián)用，解決了多參數(shù)、多任務(wù)污泥特性測試過程復(fù)雜和應(yīng)用門檻高的難題，實現(xiàn)了污水處理好氧、厭氧、缺氧全過程智能監(jiān)測，提升了污水廠的監(jiān)控與預(yù)警能力。研發(fā)了污水廠過程優(yōu)化與控制系列化設(shè)備，構(gòu)建了專家云端決策平臺，實現(xiàn)了廠群數(shù)據(jù)感知功能，并與測試、模擬、決策控制分析過程相融合，發(fā)明了多目標(biāo)決策的污水廠過程優(yōu)化與控制技術(shù)，實現(xiàn)了污水處理廠的高效、節(jié)能運行。目前，國內(nèi)外未見有綜合上述相同技術(shù)研究及應(yīng)用的文獻(xiàn)報道。驗收評估意見“該子課題針對污水廠穩(wěn)定化運行和新建污水廠建設(shè)，開展A2/O系統(tǒng)功能提升與模擬控制技術(shù)的研究，完成了屬地化水質(zhì)參數(shù)及動力學(xué)參數(shù)分析與數(shù)據(jù)采集，建立望塘污水處理廠工藝模型優(yōu)化及集成智能控制技術(shù)，完成模型的軟件表達(dá)。該子課題開發(fā)的污水廠工藝優(yōu)化軟件V1.0屬于自主知識產(chǎn)權(quán)，具有創(chuàng)新性…”。2）中科院對知識創(chuàng)新重要方向項目課題“污水處理系統(tǒng)模型優(yōu)化與多尺度調(diào)控穩(wěn)定運行技術(shù)研究”的驗收意見：“課題構(gòu)建了污水處理工藝的集成結(jié)構(gòu)模型，可用于污水處理工藝的模擬，并和優(yōu)化算法結(jié)合，對影響污水處理工藝運行效率的主要工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，構(gòu)建了模擬污水處理工藝運行特性的數(shù)學(xué)模型及優(yōu)化運行技術(shù)。該優(yōu)化技術(shù)及結(jié)果對保證污水處理過程的穩(wěn)定運行和高效低耗運行提供了技術(shù)支持……”。3）陜西省科技廳對省科技計劃項目“基于呼吸法的污水廠節(jié)能的調(diào)控模型及關(guān)鍵調(diào)控設(shè)備研究”的驗收意見：“針對活性污泥法的關(guān)鍵能耗過程，建立了以呼吸參數(shù)作為輸入?yún)?shù)的污水廠調(diào)控模型，研發(fā)了適合于我國城鎮(zhèn)污水處理廠的污水運行管理控制技術(shù)與設(shè)備。該設(shè)備能對污水處理廠運行狀況進(jìn)行診斷與評估，提出改善污水處理廠優(yōu)化運行方案，并在預(yù)防沖擊、保證出水達(dá)標(biāo)、保持污泥健康、控制運行條件等方面實現(xiàn)污水廠最優(yōu)控制、事故快速恢復(fù)等方面得到了工程應(yīng)用。”4）安徽省科技廳對省十一五科技攻關(guān)項目“城鎮(zhèn)生活污水智能化脫氮除磷技術(shù)研究與開發(fā)”的驗收意見：“課題組建立了可推廣應(yīng)用的城鎮(zhèn)生活污水智能化脫氮除磷技術(shù)，解決了生物反應(yīng)器和智能控制技術(shù)的耦合和集成等關(guān)鍵技術(shù)問題；通過中試示范工程的運行，完善了智能化脫氮除磷工藝的放大設(shè)計，并被國家“十一五”水重大專項用于工程示范，積累了該技術(shù)工藝在工程應(yīng)用中的控制經(jīng)驗和對策…”。國際同行評價意見成果在TrendsinBiotechnology(IF:11.126)，BiotechnologyAdvance(IF:10.587)，Environ.Sci.Technol.(IF:6.198),WaterRes.(IF:6.942)等SCI刊物發(fā)表論文67篇，被SCI他人正面引用1200余次。項目所建立的描述污水廠水質(zhì)波動的模型及其在污水廠中的應(yīng)用被美國、澳大利亞、西班牙等國專家在文章中多次正面引用和評價，認(rèn)同其可用于指示微生物生長、COD去除、硝化反硝化及好氧缺氧除磷過程，適合于描述進(jìn)水水質(zhì)的波動情況。項目所發(fā)明的微生物代謝產(chǎn)物熒光光譜監(jiān)測技術(shù)受到歐美研究者的廣泛關(guān)注，被評價具有快速、高選擇性和靈敏性等優(yōu)勢，適合用于檢測生物反應(yīng)器中的熒光物質(zhì)，尤其是三維熒光光譜法可用于研究反應(yīng)器中微生物代謝產(chǎn)物的動力學(xué)過程。項目所發(fā)明的污水處理反應(yīng)器近紅外光譜和動態(tài)光散射監(jiān)測技術(shù)分別得到了英國帝國理工學(xué)院Stuckey教授和丹麥Aalborg大學(xué)Madsen教授的高度認(rèn)可，認(rèn)為我們的成果為發(fā)展和應(yīng)用污水廠的智能監(jiān)控技術(shù)提供了重要的參考依據(jù)。項目所發(fā)明的污水處理廠優(yōu)化技術(shù)得到西班牙Valencia大學(xué)Sala-Garrido教授和法國deLorraine大學(xué)Hreizj教授的高度認(rèn)同，認(rèn)為該技術(shù)可以被污水廠的設(shè)計和運行人員用于反應(yīng)器設(shè)計、運行和優(yōu)化，能夠獲得最佳的去除效率和最少的運行費用。完成人俞漢青和盛國平在環(huán)境/生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)影響力進(jìn)入了全球ESI前1%，分別為國家杰出青年基金和優(yōu)秀青年基金獲得者，也是長江特聘教授和青年長江學(xué)者，還作為負(fù)責(zé)人和骨干入選教育部創(chuàng)新團(tuán)隊和科技部重點領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊。“污水處理廠的模擬、監(jiān)測和優(yōu)化運行關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用”獲2015年安徽省科學(xué)技術(shù)一等獎。推廣應(yīng)用情況2004年以來，項目組在技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上，通過產(chǎn)學(xué)研合作技術(shù)實現(xiàn)了工程化應(yīng)用，日處理規(guī)模從數(shù)千噸的縣級污水處理廠到幾十萬噸的大型污水處理廠，推廣應(yīng)用遍布安徽、陜西、江蘇、廣東、山西、河北、山東、甘肅、寧夏、新疆等多個省（自治區(qū)），總應(yīng)用規(guī)模超過了150萬m3/d，攻克了大中型污水處理廠高排放標(biāo)準(zhǔn)下的節(jié)能增效的技術(shù)瓶頸，解決了大批小型污水處理廠技術(shù)人員匱乏條件下的安全穩(wěn)定運行技術(shù)難題，推動了我國城鎮(zhèn)污水處理廠的精細(xì)化運行管理水平，得到了應(yīng)用單位的一致好評。

主要知識產(chǎn)權(quán)證明目錄（不超過10件）知識產(chǎn)權(quán)類別知識產(chǎn)權(quán)具體名稱國家授權(quán)號授權(quán)日期證書編號權(quán)利人發(fā)明人專利有效狀態(tài)發(fā)明專利一種污水處理工藝的優(yōu)化方法中國ZL201110127239.12013年6月26日1225247中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞漢青，方芳，倪丙杰，盛國平有效發(fā)明專利一種判定污水生物處理系統(tǒng)穩(wěn)定性和污泥健康狀態(tài)的方法中國ZL201510030628.02016年10月19日2278823西安建筑科技大學(xué)李志華，柴波，孫垂猛有效發(fā)明專利一種厭氧反應(yīng)器的在線監(jiān)測診斷方法及系統(tǒng)中國ZL201210140167.92014年3月19日1364087中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞漢青，董方，趙全保，盛國平，趙進(jìn)保有效發(fā)明專利一種判定活性污泥處理能力的方法中國ZL201610149875.72017年9月1日2604234西安建筑科技大學(xué)李志華，呂建坤，唐姚輝有效發(fā)明專利生物膜反應(yīng)器、廢水處理系統(tǒng)及廢水的處理方法中國ZL201110134094.82013年8月7日1247060中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞漢青，王允坤，劉紹根，江鴻，盛國平有效發(fā)明專利一種自養(yǎng)菌動力學(xué)參數(shù)測量裝置及測量方法中國ZL201210114127.72013年6月5日1207523號西安建筑科技大學(xué)李志華，王之璽，姬曉琴，王曉昌有效發(fā)明專利一種厭氧反應(yīng)器的在線監(jiān)測系統(tǒng)中國ZL201210140200.82013年12月18日1323720中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞漢青，董方，趙全保，盛國平有效發(fā)明專利一種預(yù)警活性污泥絲狀菌膨脹的方法中國ZL201510243664.52016年10月19日2279102號西安建筑科技大學(xué)李志華,唐姚輝，朱珂晨有效發(fā)明專利一種用于測定水中化學(xué)需氧量的光電耦合方法中國ZL201310659607.62016年3月9日1977938中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞漢青，張愛勇，劉暢，李琛，裴丹妮有效發(fā)明專利一種改良型A2O污水處理方法中國ZL201310474121.52015年01月07日1564112西安建筑科技大學(xué)李志華，白喬有效

主要完成人情況表姓名俞漢青性別男排名第1國籍中國技術(shù)職稱教授最高學(xué)歷研究生最高學(xué)位博士工作單位中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院行政職務(wù)無完成單位中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)所在地安徽合肥單位性質(zhì)高校參加本項目的起止時間2004年9月1日至2014年12月31日對本項目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：是本項目的負(fù)責(zé)人，主持項目總體設(shè)計、研發(fā)和工程示范，對發(fā)明點1、2、3有貢獻(xiàn)。對發(fā)明點1的主要貢獻(xiàn)是研發(fā)了污水處理廠的動態(tài)模擬技術(shù)；對發(fā)明點2的主要貢獻(xiàn)是發(fā)明了污水廠的在線光譜監(jiān)測技術(shù)；對發(fā)明點3的主要貢獻(xiàn)是發(fā)明了基于數(shù)據(jù)分析多目標(biāo)決策的污水廠評價和優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)。是2項核心發(fā)明專利的第1發(fā)明人（專利1和3）、其他10項主要發(fā)明專利的第一或共同發(fā)明人。姓名李志華性別男排名第2國籍中國技術(shù)職稱教授最高學(xué)歷研究生最高學(xué)位博士工作單位西安建筑科技大學(xué)行政職務(wù)無二級單位環(huán)境與市政工程學(xué)院黨派完成單位西安建筑科技大學(xué)所在地陜西西安單位性質(zhì)高校參加本項目的起止時間2010年9月1日至2014年12月31日對本項目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：對發(fā)明點1、2、3有貢獻(xiàn)，對本項目的關(guān)鍵支撐設(shè)備開發(fā)與工程應(yīng)用有重要貢獻(xiàn)。對發(fā)明點1的主要貢獻(xiàn)是發(fā)明了基于呼吸圖譜的污水處理系統(tǒng)運行狀態(tài)判定方法；對發(fā)明點2的主要貢獻(xiàn)是發(fā)明了污水處理典型生物過程監(jiān)測與智能診斷與預(yù)警技術(shù)；對發(fā)明點3的主要貢獻(xiàn)是研發(fā)了測試關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)備，研發(fā)了在線監(jiān)測、動態(tài)模擬與優(yōu)化控制三位一體的運管控制平臺。是1項核心發(fā)明專利的第1發(fā)明人（專利2）、其他5項主要發(fā)明專利的第一發(fā)明人。

姓名盛國平性別男排名第3國籍中國技術(shù)職稱教授最高學(xué)歷研究生最高學(xué)位博士工作單位中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)行政職務(wù)無完成單位中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)所在地安徽合肥單位性質(zhì)高校參加本項目的起止時間2004年9月1日至2014年12月31日對本項目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：對發(fā)明點2、3有貢獻(xiàn)，對發(fā)明點2的主要貢獻(xiàn)是發(fā)明了污水處理典型生物過程中微生物代謝產(chǎn)物的光譜監(jiān)測技術(shù)；對發(fā)明點3的主要貢獻(xiàn)是結(jié)合光譜監(jiān)測技術(shù)，發(fā)明了污水處理廠運行的監(jiān)控和優(yōu)化技術(shù)。是4項代表性發(fā)明專利的發(fā)明人、其他7項主要發(fā)明專利的第一或共同發(fā)明人。姓名侯紅勛性別男排名第4國籍中國技術(shù)職稱教授級高工最高學(xué)歷研究生最高學(xué)位博士工作單位安徽國禎環(huán)保節(jié)能科技股份有限公司行政職務(wù)首席科學(xué)家完成單位安徽國禎環(huán)保節(jié)能科技股份有限公司所在地安徽合肥單位性質(zhì)民營企業(yè)參加本項目的起止時間2006年5月30日至2014年12月31日對本項目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：為污水處理智能監(jiān)控和優(yōu)化運行技術(shù)研發(fā)及工程化推廣應(yīng)用的主要實施人之一，對發(fā)明點1中的“非穩(wěn)態(tài)污水處理系統(tǒng)的動態(tài)模擬技術(shù)”有貢獻(xiàn)，4項發(fā)明專利的共同發(fā)明人和1件軟件著作登記權(quán)的擁有人之一。姓名王穎哲性別男排名第5國籍中國技術(shù)職稱高級工程師最高學(xué)歷研究生最高學(xué)位碩士通訊地址安徽省合肥市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)科學(xué)大道91號郵政編碼230088工作單位安徽國禎環(huán)保節(jié)能科技股份有限公司行政職務(wù)董事長完成單位安徽國禎環(huán)保節(jié)能科技股份有限公司所在地安徽合肥單位性質(zhì)民營企業(yè)參加本項目的起止時間2005年2月1日至2014年12月31日對本項目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：是本項目應(yīng)用研究的骨干，對本項目成果的工程應(yīng)用和設(shè)備開發(fā)有重要貢獻(xiàn)，對發(fā)明點3中“多目標(biāo)決策的污水處理系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的仿真模擬方法”有貢獻(xiàn)，是一篇重要SCI論文的完成人之一。完成人合作關(guān)系說明該成果由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的俞漢青、盛國平，西安建筑科技大學(xué)李志華，安徽國禎環(huán)保節(jié)能科技股份有限公司的侯紅勛、王穎哲等5人共同完成。1）在本項成果形成期間，盛國平作為俞漢青的博士研究生參與了其承擔(dān)項目的研究工作