环境管理_流域水环境与生态技术重点实验室

北京市流域水环境与生态技术重点实验室,北京市水利科学研究所2010年12月,四,研究方向与研究内容,一,二,三,五,预期研究目标,队伍建设及人才培养计划,实验室平台建设与经费,实验室管理运行机制,汇报内容,水资源已成为制约北京发展的第一紧缺资源。由于水资源严重短缺，生态用水被大量挤占，河流干枯、湿地退化、生物多样性减少，水生态系统受到严重破坏。北京市水环境与水生态现实状况与经济社会发展对之需求之间存在的矛盾日益尖锐。,伴随北京市经济社会的高速发展，水环境与水生态问题应该仍然是制约与胁迫北京经济社会发展的重大瓶颈。,一、研究方向与研究内容,1.申请背景,目的：整合北京市在水环境、水生态等领域的优势资源，建立多学科交叉的科技创新平台，改善我市该领域的研究条件和研究手段，提高研究水平与创新能力。,意义：,2.研究方向,研究方向,分散点源控制效果不明显，适宜的治理与资源化技术有待进一步加强,河流水体富营养化长期存在，水华时常发生,健康的河流生态系统受到破坏、自净能力低，,方向1：水环境数值模拟与风险评估,方向2：点源污染控制与污水资源化,方向3：水体富营养化与水华防治,存在的主要问题,城镇污水处理厂污泥处置问题日益突出，对环境影响不断加大,缺乏有效的水环境预测与评估模型,方向4：流域水生态修复,方向5：污泥资源化利用,3.研究内容,（1）开展水环境数值模拟研究。开发河流、湖泊水动力数值模型、水质和水生态数值模型，模拟河流、湖泊流场、污染物输移扩散和水生态过程，并将数值模型与GIS数据库集成，开展数值模拟在水环境信息管理系统中的应用研究和水环境信息的数据库设计。,通过调研国内外五大方面的发展现状，确定本实验室重点开展以下研究工作。,模型构成,降雨-径流模型参数自动率定,（2）开展河流污染物输送通量研究。研究河流污染物通量的历史演变趋势，结合流域自然变化和人类活动，阐明流域人类活动（如大型水利工程和农业生产活动）与河流物质通量之间的响应-反馈关系，及其对目的环境演变的影响。,温榆河流域人口状况分析,天然径流变化趋势,（3）开展环境污染的生态风险评价与风险预警研究。针对水污染导致的区域生态风险及特殊的水体污染现象，研究风险源的多介质输送格局、风险源与风险受体的接触暴露关系，进行生态风险评价与风险管理研究，构建风险预测预警模型，研究水环境污染事件的应急响应机制。,温榆河流域水质预测模型,（1）开展低耗能易管理的分散点源污水处理技术研究。针对分散点源水质水量特点、经济发展水平和技术管理水平等因素，突破厌氧滤池、自然能曝气、好氧滴滤、人工湿地等单项技术，研究厌氧滤池+太阳能曝气好氧接触氧化、厌氧滤池+人工湿地和水解酸化+好氧滴滤等组合工艺。,人工湿地,好氧滴滤,跌水曝气,（2）开展污水深度净化与资源化技术研究。重点研究污水高效脱氮除磷机理，强化生物固相系统中氮磷降解过程。研究电化学脱氮原理，获取关键因子最佳参数。研究高标准再生水为目标的污水深度净化技术，优化设计参数并确定最佳运行操作参数。,曝气生物滤池,臭氧生物活性炭滤池,膜生物反应器,（3）研究新型水质净化材料和开发污水净化设备。合成制备新型有机、无机水质净化材料，确定各组分含量及物理化学性质；考察其长期稳定运行的去除效果，研究新型材料生物相、生物量的表征技术，取得各项运行参数，研究设备稳定性与可靠性，进行技术经济分析，实现产业化应用。,UniFedSBR自动化污水净化设备,改性电化学氧化滤料,（1）开展藻类生长机理及影响因子研究。针对再生水回用引起的河湖内藻类过度生长问题，研究流速、pH、底泥等环境因子对藻类生长的影响。研究底泥、底栖生物的变化规律及内源污染释放过程，了解再生水补水形成内源污染的规律，提出相应的内源控制措施。,流速抑藻实验,底泥释放实验,（2）开展水体富营养化控制技术研究。研究以沉水植物为主的水生植物恢复技术，适用于北京地区的生物调控技术，不同品种水生植物、不同密度动植物组合对水体富营养化的控制效果。研究循环过滤高效净化组合系统，降低水体中营养物质含量，改善水体水质。,生物调控试验,沉水植物恢复试验,循环过滤试验,（3）开展水华治理技术研究。根据化感作用的基本原理，结合生态安全性分析进行生态抑藻剂的研发，探讨抑藻作用机理；研究物理捞藻方法，采用纯粹的物理方法快速打捞清除水面漂浮藻类，实现对水华的快速应急处理。,藻苔净诺福美华光宝韩GCM日EAL日STIR-S复合酶空白,抑藻剂对比试验,（4）开展富营养化水体水质改善集成技术研究。总结相关实验室富营养化及水华防治方面的研究成果，提出具有针对性的切实可行的组合技术方案，形成技术体系，指导实际应用，解决实际问题。,潮白河河道强化缓冲带,城市河湖水质改善集成方案,坡脚碎石床湿地试验,推流曝气,（1）开展流域生态健康评定准则研究。遴选出能敏感反映河湖环境与生态安全影响的主控因子，构建生态健康评价指标体系，确立生态健康等级标准及各评价指标的健康阈值范围，构建流域生态健康评定准则。,健康隶属度,指标相对于A层权重比较,指标体系,（2）开展流域大型生物群落恢复与重建技术研究。分析流域生态恢复限制因子，根据不同区位高程、土质特性、生态特点，选择不同群落种类组合，探索不同群落组合的选择适应程度，恢复生态系统。,底栖动物培养,群落构建中试,（3）开展流域生物原位修复技术。筛选易于富集重金属，生物量大，便于收获的水生植物，转化底泥中的氨氮、硝氮、亚硝氮为气态氮的微生物种类。考察微生物和酶数量与植物活性及根系的各种生理活动之间的耦合关系，利用水生植物和微生物的联合协同作用修复受污染的隐性污染源，提高流域生态修复效果。,植物筛选,底泥微生物与植物根系耦合去除效果试验,（1）开展有害污染物溯源跟踪技术研究。根据污泥泥质特性监测结果，针对个别污水处理厂污泥局部时段有害污染物存在超标现象，进行溯源跟踪调查，确定污染源，为源头控制提供依据。,污泥取样,底泥重金属检测,（2）开展污泥土地利用技术研究。重点研究土壤结构、土壤肥力等理化结构及品质变化，重金属、有机有毒物质、氮磷营养元素、盐分和病原菌等在土壤中的累积效应，污泥对典型园林植物的生物效应，对农作物生理、产量、品质的影响，以及对地表水、地下水水质影响，开发污泥在土地改良、园林绿化、农田利用等方面的资源化利用技术，建立污泥土地利用及污染控制模式与技术规范。,荒山土地改良,园林绿化草坪生产试验,农田利用,（3）研发污泥产品。主要开发污泥烧制陶粒、制砖、生物填料、草炭土、喷播基质、绿化肥料等产品。,烧制陶粒,污泥堆肥,（4）开展污泥资源化利用风险控制技术研究。应用生态学理论，参照相关的环境质量指标，评价不同利用模式的环境安全风险，建立污泥资源化利用环境安全评价指标体系。,北京市郊区污泥堆肥重金属指标,（5）开展污泥资源化利用政策及标准保障体系研究。研究污泥资源化利用的优惠政策、经济补偿政策、监督管理措施，包括投资政策、税收政策、土地政策、补贴机制、收费政策、调控核算平台，建立公众参与、监测和评估、定期检查、处罚等制度。,污泥堆肥用于废弃尾矿坝修复,修复前,修复后,重点实验室以北京市水利科学研究所、北京师范大学、北京工业大学为依托，具备了建设水污染控制与水生态修复重点实验室的规模和基础。,4.实验室现有研究工作基础,（1）实验室概况,（2）实验室近期承担的主要科研任务、成果与奖励,承担课题,其中国家级课题45项目，省部级课题38项。,承担并完成了国家重大专项、国家863计划、国家自然科学基金、科技部、水利部、北京市重大科技计划项目、北京市自然科学基金项目以及大量的地方委办局和企业课题共计117项，,成果与奖励,共获得国家发明专利24项，实用新型专利18项，软件著作权5项；,获得国家级奖励7项、省部级科技奖励16项，其他奖励15项。,发表学术论文205篇，其中SCI或EI收录169篇；,出版专著22本。,十一五期间,十五期间,九五期间,先后参加、主持了转河生态治理工程（2003），官厅水库黑土洼生态湿地示范工程（2004），凉水河生态治理工程（2005），延庆三里河湿地及野鸭湖湿地项目，城中心区水域水质改善和水生态修复工程等，为景观河道水环境综合治理和生态修复技术研究积累丰富的经验。,开展“北京城市北环水系水环境质量改善技术研究与示范”（“863”）、“官厅水库水质改善关键技术研究与示范”、“北京城区河湖水体水质改善与修复示范研究”等项目，摸索出了综合治理城市水环境的技术方法，提供了以外源污染削减、内源污染治理与强化水体自净能力技术为核心的水质改善与生态修复技术方案。,完成“温榆河流域水体功能修复关键技术研究”、“潮白河（顺义段）水质改善和保护关键技术研究与示范”、“北运河通州区城市段水环境改善研究与示范”等市科委重大课题，取得人工湿地、水生植被恢复、生物操纵、絮凝气浮除藻、生物它感抑藻、推流控藻、不同形式生态护坡等技术，支撑了首都主要河流水环境改善工程。,（3）近期成果对经济社会发展的支撑作用,重点实验室依托单位正主持承担国家“十一五”水专项的多个课题，研究成果将进一步促进制约北京市经济和社会发展的重大瓶颈问题的解决。,目前,二、预期目标,重点学科建设,开拓性地开展水环境数值模拟与风险评估、点源污染控制与污水资源化、富营养化与水华防治、流域生态修复、污泥资源化利用研究；积极推进北京市水环境安全保障、水生态建设等标准、规范的建设；研究方向在北京市处于领先水平，在国内达到先进水平。,基础设施建设,有计划地添置、配备具有方向特色和国际水平的仪器设备，积极提升水环境领域的研究测试手段，强化实验室的优势研究方向;建设水环境数值模拟与风险评估中心1处分散点源污染控制试验基地1处、污水深度处理试验基地1处、富营养化与水华防治试验基地1处，流域生态修复试验基地1处，污泥资源化利用试验基地1处，创建水环境领域科技自主创新平台。,项目支撑,积极参与国家和重大项目的申请和承担工作,承担国家“十二五”重大科技专项课题1-2项，申请国家“863”计划课题2-4项，申请国家自然科学基金项目2-4项，申请水利部专项资金课题2-4项，承担北京市重大科技项目1-2项，承担北京市自然科学基金项目2-3项，承担北京市各委办局科技支撑项目10项以上。,科技成果产出,发表核心期刊论文100篇以上，20篇以上SCI或EI收录文章，申请国家发明、实用新型专利20项以上，出版学术专著6部以上。,人才培养,培养2-3名水环境领域国内知名的专家，4-6名北京市流域水环境与生态技术学科带头人，培养推荐10人以上进入国家北京市的各类人才培养计划。,三、队伍建设及人才培养计划,本领域科研人员41人,博士后3人博士12人硕士18人,教高6人高工12人工程师17人,获国家有突出贡献专家称号2人获北京市优秀青年知识分子1人,获北京市“百千万”人才培养计划2人获北京市优秀人才资助项目7人获北京市科技新星计划3人,主要依托单位,北京市水利科学研究,成员单位北京工业大学环境与能源工程学院,成员单位北京师范大学水科学研究院,本领域科研人员41人其中博士后16人,地下水科学与工程系教师10人教授5人,水文水资源系教师10人教授5人,水生态与环境研究所教师10人教授1人,本领域科研人员112人其中博士68人,设有环境能源技术研究所环境工程研究所化学化工系环境科学系,博士生导师19人教授27人副高级44人,北京市重点学科环境工程北京市重点建设学科化学工程与技术,实验室主任,固定在编人员45人,水环境数值模拟及风险评估研究室,正高级15人副高级21人中级9人,博士及博士后20人硕士20人本科5人,学术委员会,管理委员会,实验室秘书,研究室,点源污染控制与污水资源化研究室,富营养化与水华防治研究室,流域生态修复研究室,污泥资源化利用研究室,实验室组织结构,7名本领域著名专家,职称结构,学历结构,不在影响科研工作的前提下有重点地选送青年科研人员进行在职学习培训，包括攻读高一层次的学位，或出国深造，以提高重点实验室建设和发展潜力。,重点实验室带头人和主要学术骨干不定期举行学术报告会，邀请国际著名学者、国内学术权威作本学科领域研究动态和发展报告派出主要学术骨干出国参加国际学术会议，,优先推荐、安排重点实验室中的优秀青年人才申报各类国家和地方人才基金，如国家自然基金、北京市自然基金、北京市“百千万”人才培养计划、北京市科技新星计划,（1）制定实验室青年科技人才在职学习计划,（2）重点实验室建设费用中安排专款用于学术交流,（3）优先推荐优秀青年申报各类人才基金,培养资助研究项目,开展国内外科技合作与交流,建立访问学者制度,设立青年岗位津贴,拟吸收引进5名以上国内外高水平研究人员来实验室开展合作研究,拟培养支持10名以上优秀中青年科技人才申报北京市和国家各类人才培养计划,拟开展6次以上国际水污染控制与水生态修复领域学术交流活动,每年奖励10名左右的优秀科研和管理人员特殊重奖杰出贡献的优秀人才,吸引人才计划,4.吸引人才计划,四、实验室平台建设与经费,北京市水利科学研究所拥有门头沟和通州永乐店两个试验站，拥有各类先进仪器设备300余台（套），总占地面积3000m2，能够完成各种水体、土壤、沉积物、生物体等样品理化指标的定性、定量测试。,北京工业大学实验室拥有化学分析、分子生物学等仪器和设备、共享平台硬件设备如环境场扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱分析、X射线衍射仪等。,北京师范大学水科学研究院建成了分子生物学实验室、色谱分析实验室、原子光谱分析实验室、电化