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                      广东省农村水环境面源污染综合治理工程技术研究中心

                      作者:徐国良 编辑:曾娟 发布时间:2019-04-28

                      一、雄厚的科研力量与创新能力

                      中心汇聚了省内水环境生态学、地理学、农业科学、污水处理、GIS等研究领域具有行业领先水平的科研力量,各单位之间形成优势互补、良性互动与协同创新,为中心产学研项目的实施提供了坚实的科研基础和精干的研究团队。中心的研发领域主要包括:

                      1)系统、全面的农村面源污染监测与综合研发能力

                      近年来广州大学地理科学学院围绕地理国情普查、监测、分析应用关键问题,开展了一系列创新研究,具备系统、全面的地理国情监测与综合研究能力。作为华南地区唯一一家单位参与了我国首次“全球陆地生态环境遥感监测”工作,该项目从生态、环境、社会、人文等多个层面综合分析和揭示了全球生态环境变化规律,对珠三角城市扩张和生态环境演变进行了重点监测。地理学院学术带头人吴志峰教授作为专家组长论证了《广东省地理国情监测实施方案》、《广州市地理国情监测实施方案》。并作为广东省首次地理国情监测任务的主持人,开展了珠江口湾区地理空间格局演变监测工作,完成了建国以来珠江口湾区海岸线变迁、土地利用演变、围垦土地开发以及湿地变化等系统监测工作。学院长期服务于广东省、广州市的地理国情与国土资源相关应用研究,如建立了广州市地理国情监测指标体系,开展了广州市地理国情监测-城市扩张动态监测应用研究工作。作为广东省高水平大学建设重点学科群“区域水环境生态”学科群的牵头单位,致力于“天空地”一体化综合对地观测技术、珠江口海域水环境监测与预警技术、农业面源污染负荷模型估算等技术研究与集成应用。吴志峰教授编译了与地理国情监测相关的具有国际影响力的著作—《城市遥感. 城市环境监测集成与建模》,该书阐述了综合运用遥感及其相关空间技术获取城市社会经济和环境状况指标,并创新性地探讨了城市遥感结合动态模拟技术在城市增长模拟预测中的作用。

                      2)农村生活污水处理能力

                      本中心以改善广东省农村水环境现状为宗旨,以村镇污水为主要研究对象,基于已有的专利技术,根据广东村镇污水的特点和后续湿地系统对进水水质的要求,研发合适的生物预处理工艺,控制工艺处理进程,优化工艺运行参数。因地制宜地研发适合广东村镇的农村生活污水处理工艺。其主要内容包括:

                      (1) 复合厌氧处理池的研究开发

                      研究了复合厌氧处理池的结构,考察污水从沉淀池至厌氧池回流方式(回流点的位置、回流比)、HRT对处理效果的影响。筛选并开发了有利于在厌氧条件下增强脱氮除磷效果的填料,对填料的材质、结构、形状、脱氮除磷效果、水力学特征进行了研究。

                      (2) 高效复合生物滤池微生物特征研究

                      研究了高效复合型生物滤池各层微生物的时空分布特性,采用PCR-DGGE、SEM等先进的分析手段对各滤层间的微生物种类、数量、活性及分布等进行检测分析;考察污染物降解与各层微生物优势种群之间的相关性,为高效复合生物滤池微生物污染物降解机理提供理论依据。

                      (3)高效复合生物滤池水力学特征研究

                      考察了复合生物滤池内水流流态特征,确定适宜的布水方式及HRT。考察水力学影响因素如滤料的形态、空隙率、挂膜后的表面特征对水流流态的影响等对处理效果的影响,从水力学角度优化生物滤池的构造及填料,指导实践应用。

                      (4)高效复合生物滤池物料平衡研究

                      研究了高效复合生物滤池与传统生物滤池之间对氧气和物料(C、N、P)传递的不同,分析复合生物滤池高效去除污染物机理,建立物料平衡方程式。结合内容(2)、(3)对污染物在复合生物滤池内的转换进行理论分析,进而优化复合生物滤池结构,进行结构优化试验,改善复合生物滤池除污条件,提高生物滤池处理效果。

                      (5)村镇污水生物/生态处理关键技术集成与应用示范

                      对相关技术进行优化集成,包括复合厌氧处理池、高效生物预处理单元优化集成模式;人工湿地系统协同处理村镇污水生物/生态集成处理系统优化与控制技术。研究了生物反应器中各项参数对微生物的影响,及其与组合工艺脱氮除磷之间的相关关系,优化工艺系统的结构,改善工艺系统的处理效果,使出水满足回用于农田灌溉和绿化的要求。

                      3)农村种植业污染管控能力

                      在农业生产过程中,不同的作物种植结构因其耕作方式、化肥施用量和作物生长周期等因素的差异,将会产生不同的污染排放量;而农业用地的自然条件、区位条件和空间布局等因素又会影响农业面源污染的产生和迁移。因此,在污染物总量约束条件下,通过调整农业种植结构和优化农业用地布局,合理安排各种农作物的数量比例,将优化的农作物种植比例合理分配到农业用地上,实现从政策上引导农户科学生产,进而有效减少种植业对水体的影响。

                      农业面源污染与种植结构之间存在着极大的关联,种植结构的改变也会引起±壤径流的变化。所以从源头和污染过程两方面防控农业面源污染是最根本的选择,而自然因素的不可抗性又决定了从人为因素这一方面防控农业面源污染是最可行且最有效的。

                      控制±壤养分的投入改善养分施用方法,将氮稱污染源输入降到最低;许多研究表明,改变农田的耕作方式和管理措施,会在一定程度上减少农田养分的流失,但与减少化肥施用量和次数,提高化肥利用率相比,微乎其微。因此根据±壤条件,种植业科学合理的施用化肥,平衡氮、憐、钟化例,是控制农业面源污染的有效手段。

                      广州市农业科学研究院是目前广州市农口唯一的市属科研事业单位。已先后建成“国家级农作物品种区域试验站”、“农业部广州蔬菜优良品种引种基地”、“广州市农业环境与农产品检测中心”以及“博士后科研工作站”。对于种植业产生的,引进及育成品种70多个目前年开设部、省、市级科研课题20多项,繁育蔬菜、鲜食玉米等优质种子40多万公斤,可推广种植面积13万多公顷,优质水稻良种和配套技术推广面积7万多公顷,良种香蕉组培苗年生产达400万株以上。获国家、省、市科技成果奖励100多项次。这些改良农业品种,以及种植结构的改变,有效改变农村粗放式经营,靠大量投入化肥,农药的生产方式,靠提高作物的抗逆力,抗病虫能力,提高农产品的附加值,引导农民有效地减少各种农药,化肥的使用,降低了种植业面源污染排放量。

                      4) 农村养殖业污染管控能力

                      农村养殖规模的不断扩大,养殖污染问题也逐渐引起广泛关注。在水产养殖生产过程中由于生产科技水平低,粗放式的操作管理模式,生产布局的不合理,药品使用的不规范等原因造成养殖水体污染,破坏环境,进而限制水。水产养殖带来的污染是农业面源污染的重要组成部分,不仅危害养殖生产系统本身,而且也对周围区域的水环境、生物多样性以及人类的健康造成威胁。中心在国内较系统的研究珠江流域及南海养殖经济鱼类的遗传特征,首次较系统地使用自制新型高效的激素缓释催产剂诱导赤点石斑鱼性腺发育成熟与排卵,研制出“诱导石斑鱼性腺发育成熟及排卵排精的缓释催产剂及用途”获得国家发明专利,研制出“一种斜带石斑鱼饲料添加剂及其使用方法”获得国家发明专利,在石斑鱼人工繁殖、生态育苗和水产健康养殖领域应用前景广阔。同时建立“良好水产养殖规范”主要是通过建立苗种、养成、加工以及流通过程中的各项生产标准,合理配方喂料、科学饲养管理、适度规模饲养和人工授精等生态环保型畜牧业生产技术和健康生态养殖模式。

                      5) 水环境风险污染物管控能力

                      环境污染事故与常规的点源、面源污染不同,突发性污染事故具有随机性和灾害性的特点,在水污染事故地段,污染物的浓度在水体中短期内会达到很高的值,因此水生生物不可避免地要面临着污染物的短期高剂量暴露情形,或者长期处于污染物的胁迫中产生累积效应。中心研究人员对水环境中的持久性有机污染物、毒害重金属及放射性无素做了深入研究,揭示不同水环境风险污染物的产生,分布,扩散,接触毒理,为水环境风险污染物管控打下坚实基础。

                      6) 服务各级政府-企事业单位-社会公众的能力

                      广州大学大力推进“服务荣校”战略,专门设立服务经济社会工作处,致力于为政府提供高层次服务,承担了许多地方决策咨询,为地方经济社会的发展做出了积极贡献。近年来,学校共承担服务社会项目5200多项,到校经费累计超过10亿元,项目涵盖全国27个省(自治区、直辖市)和省内21个地级以上市。广州大学《区域水环境安全与水生态保护》充分发挥专业优势,积极与政企合作,服务地方发展。近五年承担各级各类社会服务项目近300项。在国情监测与分析、遥感测绘、水体健康状态监测、污水治理、固体废弃物处理、高风险环境污染物的管控、种植新品种新技术、化肥农药减量、健康养殖新技术示范推广等方面形成显著特色,为各级政府管理决策提供科学依据,为专门用户提供咨询和服务,为国家和地方经济发展做出了突出贡献。

                      二、现有工程技术研究开发实力和水平

                      中心瞄准区域水环境面源污染治理的迫切应用需求与关键技术问题,进行跨单位与跨学科的资源整合和协同创新。结合面源污染治理研究的热点和难点问题,以广东省可持续发展现实需求为导向,在农村水环境国情监测标准体系、污染要素获取与关键监测技术、种植业面源污染管控、养殖业面源污染管控和面源污染治理技术工程等方面开展了系列技术创新与应用研发工作,取得了突破性的研究成果,为广东省农村水环境面源污染综合治理提供有力的科技支撑。

                      1)区域水环境要素获取与监测关键技术

                      中心近年投入3546.73万元,用于研究高分遥感技术以及三维点云、 LiDAR、无人机等新型测绘技术在地理环境要素高精度获取和监测中的应用,包括高分遥感影像的地理信息获取、三维激光点云数据的智能化分类、基于LiDAR的地形图测图和高精度三维地理信息获取、无人机航空摄影与环境监测。开发的主要项目如下表所示。

                       

                      表1 中心近年投入区域环境遥感监测主要项目情况

                      2)农村生活污水治理

                      中心近年投入1100万元,用于根据农村生活污水的特点和后续湿地系统对进水水质的要求,研发合适的生物预处理工艺,控制工艺处理进程,优化工艺运行参数,研究分散式复合厌氧处理池结构及运行条件、复合系统对进水水质的要求,优化生物滤池的净化机理与运行参数,挖掘系统脱氮脱磷的潜力,增强污染物处理效果等。开发的主要项目如下表所示。

                      表2 中心近年投入农村生活污水治理主要项目情况

                       

                       

                      3) 农业种植污染管控关键技术研发与推广

                      中心建有科研示范基地1200亩, 其中南沙区800亩,花都区400亩。在蔬菜、特用玉米、水稻、香蕉等农作物新品种的选育、引进及其相关技术的研究与示范推广、农产品安全检测及农业环境监测、作物种质资源研究、农业生物技术研究与开发、农业技术培训、农业科普教育等工作方面开展了大量工作,为农村种植业面源污染的减量化做出重要贡献。

                      中心近年投入1200万元,用于蔬菜、粮食作物、香蕉等新品种的选育、引进及其相关技术的研究与示范推广;农产品安全检测及农业环境监测;作物种质资源研究;农业生物技术的研究与开发;农业技术培训、农业科普等。开发的主要项目如下表所示。

                      表3 中心近年投入种植污染管控主要项目情况

                      4) 农村养殖面源污染管控与健康养殖

                      中心近年在珠三角地区畜禽养殖业的时空变化及其对水环境风险影响、水产养殖优质鱼种资源与培育、控式高效循环水集装箱养殖系统的研发改造,以及通过开展育种、营养、药物、养殖方面的研究并将研究成果应用于鱼虾、龟鳖、贝类等相关水产行业,提供种质、饲料、疫苗、药物等相关产品以及水体检测调控、养殖模式、病害防控等相关服务和整体解决方案的技术研发与示范,对于农村面源养殖污染的管控打下良好基础。近三年开发的主要项目:

                      表4 中心近年投入养殖污染管控主要项目情况

                      5 )农村水环境风险污染物专项治理

                      中心近年来投入200万元,对存在于农村水环境中的持久性有机污染、毒害离子,如性激素、内分泌干扰物、多环芳烃、多溴联苯醚、磷系阻燃剂和重金属铀、铊等,开展了非常规监测工作和污染物的环境行为、毒性效应与控制技术研究,对面源水环境高风险污染物的环境行为和生态、健康风险进行了评估。

                      表5 中心近年投入风险污染管控主要项目情况

                       

                      三、中心工程化研究、开发能力,设备、场地等基础设施情况

                      中心各合作单位拥有多种资质,形成差异化优势。各单位已有合作基地、平台、仪器设备、应用软件等创新要素,形成了工程中心的资源数据库,建立了面向协同创新单位的资源共享体系,强化了中心工程化研究和开发能力。

                      1)已有基地和平台

                      表6 各单位已有基地和平台一览表

                      2)仪器设备和软件

                      中心现拥有各类精密仪器100多台和先进应用软件系统15套,总价值分别2000万元和658.93万元。主要仪器设备包括气相色谱仪、原子吸收分光光度计、高效液相色谱仪、全自动定氮仪、微波消解系统等。这些仪器设备可以满足农村面源污染监测、分析、综合治理的需求。这些仪器设备条件不仅可以为面源污染治理研发提供良好的条件,而且还可以在环境治理人才培养中提供优良的实践和试验条件。

                      表7 已有仪器设备

                      3)实验场地和办公场地

                      中心实验场地主要设在广州大学,包括地理科学学院,生命科学学院,环境科学与工程学院,化学与化工学院,珠三角协同创新中心。作为广东省水环境生态学科重要的培训、实践教学和科研基地,学科群共拥有工程试验用房面积10000 m2,办公用房2500 m2

                      四、中心工程技术开发队伍

                      中心现有工程技术研发和工程技术人员55人,其中专职35人,兼职20人,高级职称21人,中级职称8人,初级职称3人,博士21人,硕士3人,其他学历30人。

                      农村水环境面源污染综合治理工程技术研究中心紧密结合当前农村环境治理应用的需要,构建科学合理的组织管理与资源配置方式。根据运行管理和研究方向设置需要,中心由工程中心主任,工程技术委员会、办公室以及地理环境监测部、农村生活污水治理部、种植污染管控部、农村养殖污染管控部4个研究分部组成。中心实行工程技术委员会指导下的主任负责制。中心管理体系分为三个层级,分别为:工程技术委员会;中心主任、副主任;各研究分部负责人。

                      中心下设4个研究分部,每个分部下设若干个研究室,负责开展具体的研发工作、咨询服务和应用推广工作。

                      地理环境监测中心:主要负责研究应用 “天空地”一体化综合对地观测技术在水环境监测中应用、珠江口海域水环境立体监测与预警技术、城郊农村生活污水分散式处理与资源化利用技术、农业面源污染负荷模型估算控制技术集成应用

                      农村生活污水治理部主要负责以村镇污水为主要研究对象,基于已有的专利技术,根据广东村镇污水的特点和后续湿地系统对进水水质的要求,研发合适的生物预处理工艺,控制工艺处理进程,优化工艺运行参数。因地制宜地研发适合广东村镇的农村生活污水处理工艺。

                      种植污染管控部:选育、引进玉米、水稻、香蕉等农作物新品种及其相关技术的研究与示范推广,加强农产品安全检测及农业环境监测、作物种质资源研究、农业生物技术研究与开发、农业技术培训、农业科普教育等工作;同时根据±壤条件,科学合理地施用化肥,平衡氮、憐、钟化例,减少化肥施用量和次数,提高化肥利用率,为农村种植业面源污染的减量化做出重要贡献。

                      养殖污染管控部:主要负责在珠三角地区研究畜禽养殖业的时空变化及其对水环境风险影响、水产养殖优质鱼种资源与培育、控式高效循环水集装箱养殖系统的研发改造,以及通过开展育种、营养、药物、养殖方面的研究并将研究成果应用于鱼虾、龟鳖、贝类等相关水产行业,提供种质、饲料、疫苗、药物等相关产品以及水体检测调控、养殖模式、病害防控等相关服务和整体解决方案的技术研发与示范,对于农村面源养殖污染的管控打下良好基础。