2019提名国家科学技术进步奖项目-制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制关键技术

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2019年度国家科学技术进步奖提名公示材料
项目名称        制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制关键技术及产业化
提名单位        教育部


提名意见
（不超过600字）        该项目以产学研用创新平台联合攻关突破覆盖造纸行业化学机械法制浆、化学法制浆、废纸制浆及造纸等所有主要工艺流程的清洁生产技术，形成了化学法制浆清洁生产节水减排集成技术及装备、化学机械法制浆废水蒸发燃烧资源化技术、废纸近中性脱墨制浆及造纸白水梯级循环回用集成技术等标志性成果，实现了造纸行业水污染全过程控制，解决了造纸行业面临的环境与资源约束难题。所研发的技术是国家发展改革委及原国家环保部等部委鼓励推荐的先进技术，为造纸行业新旧动能转换和绿色制造提供了示范。经第三方评估和鉴定，该项目技术先进、成熟可靠，清洁生产技术水平达到国际领先，部分关键技术填补国内外空白，已获授权发明专利30件、发表SCI论文36篇，出版专著3部。研发的技术已在10家大中型企业推广应用，近三年累计实现产值876.79亿元、利润168.29亿元。
该项目成果具有突出的科技创新，主要成果获2017年度教育部科技进步一等奖，提升了造纸行业清洁生产和绿色制造水平，为实现习主席提出的打好污染防治攻坚战的水污染治理做出重大贡献。
对照国家科技进步奖授奖条件，决定提名该项目为2019年度国家科技进步奖一等奖。


项目简介        该项目属于造纸技术领域（学科代码54530）。我国制浆造纸工业废水及COD排放总量大，其水污染一直是工业污染防治的重点。节水减排、减少水污染是国内外造纸行业面临的共同难题，欧盟等造纸先进地区在“森林纤维工业2050路线图”发展规划中，仍把清洁生产和水污染防治放在首要位置。在国家水体污染控制与治理科技重大专项、工信部清洁生产专项等支持下，该项目通过产学研用联合攻关，研发突破了覆盖造纸行业所有主要工艺(化学机械法制浆、化学法制浆、废纸制浆和造纸等)的清洁生产与水污染控制技术，在现代化大型生产线实施产业化及推广应用，构建了清洁生产与末端治理相结合的水污染全过程控制新模式，使我国制浆造纸清洁生产技术达到国际领先水平。成果被列入国家水专项标志性成果，为造纸行业新旧动能转换和绿色制造提供了示范。该项目的主要科技创新为：
1、首创化学机械法制浆（简称化机浆）全过程废水组合蒸发碱回收处理技术，实现全资源化利用。创新性的将高效低耗机械蒸汽再压缩蒸发技术（MVR）应用于化机浆废水的蒸发浓缩，并与多效蒸发相结合，把废水由1.5%浓度浓缩到57.3%，送碱回收系统处理，实现化机浆废水全资源化利用。
2、研发化学法制浆（简称化学浆）清洁生产关键技术，实现水污染全过程控制。创新连续蒸煮置换脱木素及氧脱协同深度脱木素等关键技术及装备，研发压力强化碱抽提技术和双流程兼容的清洁漂白技术，实现节水减排。废水和可吸附有机氯化物（AOX）产生量减少20%，COD削减30%。
3、研发废纸脱墨制浆和造纸过程水污染控制及废弃物清洁处理技术，实现全过程清洁生产与资源化利用。突破现代化大型生产线废纸近中性脱墨及白水三回路梯级循环回用等关键技术，研发高浓碎浆及可溶性胶黏物控制技术，实现废纸制浆及造纸过程水重复利用率分别高于95%、90%，废水量≤10m3/t纸。
4、研发木片备料筛余物的清洁利用技术，实现制浆原料综合利用。研究筛余物化学组成及超微结构，研发适用于筛余物的连续预蒸解及高低浓协同磨浆技术，产品可替代废纸浆应用于包装纸生产；与废纸制浆相比，COD减排50%，成本节约1000元/t浆，为制浆造纸过程原料资源综合利用开辟了新途径。
5、研发末端废水深度处理技术，实现废水污染物的高效降解和污泥资源化综合利用。研发可生化性较差的废水厌氧高产气技术及低成本高级氧化处理技术，改进污泥干化技术与装备，实现废水处理成本下降10%和COD的超低排放。


该项目通过示范工程应用，并进行大规模产业化推广，近三年累计实现产值876.79亿元、利润168.29亿元，获授权发明专利30件，发表SCI论文36篇，出版专著3部，主持制定国家标准及参与编制污染防治政策各1项，主要成果获2017年教育部科技进步一等奖。对照国家发展改革委发布的《制浆造纸行业清洁生产评价指标体系》（I级基准值）和欧盟等造纸先进国家排放标准，该项目清洁生产技术水平及水污染物排放指标均优于或达到国内外最高水平。
客观评价        该项目围绕造纸行业资源与环境约束问题，以全过程控制的创新思维，研发突破覆盖造纸行业所有主要工艺过程的清洁生产关键技术和支撑技术，实现了造纸行业水污染全过程控制，大幅度节水减排，推动了造纸行业的绿色制造。
1.科技成果第三方评价
2017年4月24日，项目成果“造纸行业水污染控制关键技术研发及应用”通过了中国造纸协会组织的科技成果鉴定，专家组认为“该项目在化学机械法制浆和废纸制浆造纸生产过程废水源削减与末端废水资源化处理技术的理论研究、技术研发和工程实践各方面所取得的成果，具有明显的系统性、创新性。…。取得了显著的经济与环境效益，具有良好的应用推广前景。该项目所取得的整体集成技术达到国际领先水平。”
2018年12月27日，国家水体污染控制与治理科技重大专项（水专项）产业化项目“重点流域造纸行业水污染控制关键技术产业化示范”通过水专项办组织的验收，专家组意见：“课题研发突破了化学非木浆无元素氯清洁漂白、化学机械法制浆废水组合蒸发碱回收资源化处理、废纸近中性脱墨制浆等3项关键技术，及黑液提取率再提升、深度氧脱木素等10余项技术支撑点。…。形成了化学法非木制浆清洁生产节水减排集成技术及装备、化学机械法制浆废水蒸发燃烧资源化技术、废纸近中性脱墨制浆及造纸白水梯级循环回用集成技术等三项标志性成果。…。专家组一致同意通过验收。”
2018年12月28日，项目成果“木片备料筛余物高效清洁利用技术及产业化应用”通过了中国造纸协会组织的科技成果鉴定，专家组认为“该项目自主研发了300吨/天备料筛余物本色高得率浆、废液资源化利用生产，全部采用国内最先进设备和国内自动化系统填补了世界空白，符合绿色、低碳环保理念，其整体技术水平达到国际领先水平。”
2.示范工程第三方评价与监测
2017年10月15日，该项目技术应用的示范工程“化学机械法制浆过程废水近‘零排放’产业化示范”通过国家水专项办组织的第三方现场评估，专家组意见：“发挥MVR蒸发节能优势和常规多效蒸发投资省的优势，使化学机械法制浆废水能够经济的运行‘蒸发-燃烧’处理，实现了废水资源化利用，达到近‘零排放’，解决了化学机械法制浆的水污染难题”。
2017年10月15日，该项目技术应用的示范工程“废纸制浆及造纸过程水污染控制关键技术集成和产业化示范”通过国家水专项办组织的第三方现场评估，专家组意见：“实现了废纸制浆造纸水污染源全过程控制，取得了良好的经济效益和社会环境效益。成果的推广应用，将对整个造纸行业水污染控制的技术提升起到很好的推动和示范作用。”
2017年4月，该项目技术应用的示范工程运行情况经第三方监测，相关指标完全符合考核指标要。
3.技术先进性评价
该项目所研发的技术属国家发展改革委、原国家环保部鼓励提倡的清洁生产技术和环境保护技术，如《国家鼓励发展的环境保护技术目录》、《造纸工业发展“十二五规划”》、《造纸工业污染防治技术政策》、《制浆造工业污染防治可行技术指南》。
依托该项目成果的集成技术，山东太阳纸业在美国阿肯色州投资兴建化学法制浆厂，已取得美国EPA（美国国家环保局）废物排放许可及阿肯色州废水和废气排放许可。
4、应用企业评价及第三方检测报告
该项目的技术成果，已在行业龙头企业山东太阳纸业股份有限公司、山东华泰纸业股份有限公司，以及太阳宏河纸业、天章纸业、东营华泰、广东华泰纸业、河北华泰纸业、万国纸业太阳白卡纸公司、山东国际纸业太阳纸板公司、山东万国太阳食品包装材料公司等企业得到应用，取得良好经济效益和社会效益，获得企业高度评价和认可。
第三方监测结果显示，山东太阳纸业综合废水经末端处理后的排水COD浓度为46~57mg/L；山东华泰纸业综合废水经末端处理后的排水COD浓度为30~35.4mg/L，均优于当地排放限值，远低于国家排放限值。
5、科技查新
经科技查新，该项目在国内外最先采用MVR蒸发与多效蒸发相结合的方式对化机浆废液进行处理；最先在废纸脱墨制浆造纸中应用近中性脱墨、白水梯级循环回用和可溶性胶粘物（DCS）控制集成技术。同时，该项目首次以木屑等废弃物为原料清洁生产出高质量本色高得率纤维，在国内外未见文献报道，具有新颖性。
6、学术评价和影响力
该项目部分成果获2017年度教育部科技进步一等奖，已在国际刊物上发表与成果相关SCI论文36篇，出版专著3部。
应用情况        该项目形成的制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制技术及产业化，已在山东太阳纸业股份有限公司、山东华泰纸业股份有限公司等国内10家大中型企业的制浆造纸生产线上及末端废水处理中应用，并作为示范工程和行业推荐的先进技术在全国范围内推广，根据公开资料显示，该项目技术在行业推广应用覆盖度如下：化学浆(溶解浆)约占全国产量38%、化机浆约占全国产量的12%、废纸生产新闻纸约占全国产量的23%。近三年累计实现产值876.79亿元、利润168.29亿元。


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（标准发布）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
授权发明专利        一种化机浆碱回收废液的预处理方法        中国        ZL201110219964.1        2013年09月25日        1276892        华南理工大学        徐峻；李军；应广东；刘泽华；乔军；安庆臣；陈克复        有效
授权发明专利        化学机械浆废水零排放处理方法        中国        ZL200910231012.4        2012年08月22日        1026422        山东太阳纸业股份有限公司        应广东；陈克复；刘泽华；乔军；陈昭军；李军；曹衍军；安庆臣；李明阳        有效
授权发明专利        一种化学浆或溶解浆制备方法及其实验型置换蒸煮装置        中国        ZL201410564058.9        2016年10月05日        2259587        华南理工大学        李军；李智；陈克复；徐峻；莫立焕        有效
授权发明专利        一种提高废纸浆中胶黏物去除效果的方法        中国        ZL200910193607.5        2011年08月17日        824488        华南理工大学        李擘；陈克复；王高升；朱俊勇        有效
授权发明专利        一种提高P-RC APMP法制浆漂白滤液利用率的方法        中国        ZL201610563691.5        2018年06月19日        2965595        山东太阳纸业股份有限公司        曹衍军;乔军;安庆臣;应广东;刘泽华; 田超;李明阳;韩文佳;张伟;邱小艳        有效
授权发明专利        一种杨木化机浆两段高效漂白方法        中国        ZL201110214362.7        2012年12月05日        1093737        华南理工大学        曾劲松 陈克复 李军 杨仁党 徐峻 冯郁成 杨飞 莫立焕        有效
授权发明专利        一种中浓浆泵立管液位自动调节方法        中国        ZL201610234694.4        2017年11月07日        2689546        华南理工大学        李军；李智；陈克复；徐峻；莫立焕；冯郁成        有效
授权发明专利        一种基于海泡石为载体的非均相Fenton催化剂及其制备方法        中国        ZL201310411593.6        2016年08月10日        2160103        华南理工大学        陈克复 王玉峰 莫立焕 吴君章 李军 徐峻 周志明 马青        有效
授权发明专利        一种利用造纸废水的物化污泥制备絮凝剂的方法        中国        ZL201010611488.3        2012年05月30日        964642        山东太阳纸业股份有限公司        吴朝军,乔军,应广东,管全红,张淑侠        有效
授权发明专利        一种用于压滤机的高干度脱水装置及其脱水方法        中国        ZL201610134715.5        2017年11月07日        2687598        华南理工大学        张希；李军；徐峻；莫立焕；李智        有效


主要完成人情况        1. 陈克复，排名1，教授，工作单位：华南理工大学，完成单位：华南理工大学。该项目总负责人，是技术研发的组织者和决策者，技术推广应用的指导者，对实现本项目的科技创新点1、2、3、4、5均做出重大贡献，主要贡献包括提出造纸行业以清洁生产及水污染全过程控制为核心的资源与环境协调发展策略、指导各工艺流程清洁生产技术的研究，7件发明专利的发明人。
2. 应广东，排名2，教授级高级工程师，工作单位：山东太阳纸业股份有限公司，完成单位：山东太阳纸业股份有限公司。该项目第二负责人，是清洁生产及水污染控制技术在山东太阳纸业股份有限公司及其所属公司应用实施的总协调人，对科技创新点1、2、4、5和项目成果产业化做出重大贡献，牵头组织化机浆清洁生产、化学浆清洁制浆漂白、备料筛余物资源化利用等技术的具体实施，4件发明专利的发明人。
3. 徐峻，排名3，教授级高级工程师，工作单位：华南理工大学，完成单位：华南理工大学。该项目工艺技术研发负责人，对科技创新点1、2、3、4、5均做出重要贡献，负责化机浆废水碱回收预处理技术、化学浆蒸煮置换脱木素技术、废水脱墨技术、林木废弃物及备料筛余物预处理技术、废水处理污泥减量化技术的研发，6件发明专利的发明人。
4. 张凤山，排名4，研究员，工作单位：山东华泰纸业股份有限公司，完成单位：山东华泰纸业股份有限公司。该项目主要完成人，是废纸制浆造纸清洁生产及水污染控制技术在山东华泰纸业股份有限公司应用实施的负责人，对科技创新点3、5和项目成果产业化做出了重要贡献，牵头组织废纸高浓碎浆、近中性脱墨等技术的具体实施，保证了应用项目长期稳定高效运行。
5. 李军，排名5，教授，工作单位：华南理工大学，完成单位：华南理工大学。该项目主要完成人，对科技创新点1、2、4均做出重要贡献，负责化机浆水循环物料平衡计算、化学浆制浆漂白关键装备、林木废弃物及备料筛余物清洁制浆工艺流程的设计，7件发明专利的发明人。
6. 曹衍军，排名6，工程师，工作单位：山东太阳纸业股份有限公司，完成单位：山东太阳纸业股份有限公司。该项目主要完成人，负责化机浆废水碱回收技术、化学浆黑液碱回收白泥制轻质碳酸钙、废纸制浆废水封闭循环等技术的产业化实施，对科技创新点1、2、3做出了重要贡献，保证了应用项目长期稳定高效运行，2件发明专利的发明人。
7. 乔军，排名7，高级工程师，工作单位：山东太阳纸业股份有限公司，完成单位：山东太阳纸业股份有限公司。该项目主要完成人，负责化机浆高低浓协同磨浆技术、末端废水低成本深度处理技术与污泥干化技术的产业化实施，对科技创新点1、4、5和项目成果推广应用做出了重要贡献，4件发明专利的发明人。
8. 李晓亮，排名8，工程师，工作单位：山东华泰纸业股份有限公司，完成单位：山东华泰纸业股份有限公司。该项目主要完成人，是清洁生产及水污染控制技术在山东华泰纸业股份有限公司及所属公司应用实施的总协调人，对科技创新点3、5和项目成果推广应用做出了重要贡献，解决项目管理及技术实施中的衔接问题，保证了应用项目长期稳定高效运行。
9. 莫立焕，排名9，高级工程师，工作单位：华南理工大学，完成单位：华南理工大学。该项目主要完成人，主要负责废水高级氧化处理技术工艺研究，对科技创新点5做出了重要贡献，5件发明专利的发明人。
10. 安庆臣，排名10，工程师，工作单位：山东太阳纸业股份有限公司，完成单位：山东太阳纸业股份有限公司。该项目主要完成人，主要负责化机浆MVR蒸发器改造、化机浆废水资源化利用技术的产业化实施，对科技创新点1、4做出了重要贡献，3件发明专利的发明人。
11. 冯郁成，排名11，高级工程师，工作单位：华南理工大学，完成单位：华南理工大学。该项目中主要负责造纸白水三回路封闭循环回用技术的研发，参与项目成果产业化应用，对科技创新点3做出了贡献，2件发明专利的发明人。
12. 曾劲松，排名12，教授级高级工程师，工作单位：华南理工大学，完成单位：华南理工大学。该项目中主要负责纸浆悬浮液流体特性的研究，参与项目成果推广应用，对科技创新点1做出了贡献，1件发明专利的发明人。
13. 周景蓬，排名13，高级工程师，工作单位：山东华泰纸业股份有限公司，完成单位：山东华泰纸业股份有限公司。本项目中主要负责近中性脱墨剂的研发与工艺优化、低成本深度处理工艺优化，对科技创新点3、5做出了贡献。
14. 张伟，排名14，工程师，工作单位：山东太阳纸业股份有限公司，完成单位：山东太阳纸业股份有限公司。本项目中主要负责备料筛余物化学组成及超微结构的研究，参与产业化应用，对科技创新点4做出了贡献，1件发明专利的发明人。
15. 韩文佳，排名15，副教授，工作单位：齐鲁工业大学，完成单位：齐鲁工业大学。该项目中主要负责备料筛余物预处理工艺的研究及产业化应用，对科技创新点4做出了贡献，1件发明专利的发明人。


主要完成单位及创新推广贡献        1、华南理工大学轻工技术与工程学科是全国排名A+的国家重点学科，在国内外享有盛誉，拥有制浆造纸工程国家重点实验室、制浆造纸工程学科创新引智基地等高水平研发平台，长期以来，一直致力于制浆造纸清洁生产理论与技术、水循环与节水理论与技术、生物质资源高效高质化利用理论与技术等方面的基础研究和成果转化，为该项目的研发提供了坚实的基础。作为该项目的牵头单位，在国家重大科技专项、工信部清洁生产专项等专项支持下，围绕造纸行业资源与环境约束难题展开联合攻关，研发出具有国际领先水平的化学机械法制浆废水蒸发燃烧资源化全利用技术、化学法制浆清洁生产节水减排集成技术与装备、废纸近中性脱墨制浆及造纸白水梯级循环回用集成技术、林木废弃物清洁利用技术等制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制技术，建立了产业化示范工程。这些技术与装备获得了行业的广泛认可，被选入2018年颁布实施的《制浆造纸工业污染防治可行技术指南》中，对提升行业整体技术水平和保护环境做出了重要贡献。
2、山东太阳纸业股份有限公司是“陈克复院士山东太阳纸业工作站”的建设主体单位，对本项目科技创新1、2、3、4、5有重要贡献。公司是全球先进的跨国造纸集团和林浆纸一体化集团，以制浆造纸为主业，总部位于山东省济宁市兖州区。作为我国造纸行业的领军企业，公司追求企业、环境、社会的和谐统一与互惠共赢，非常重视科技创新及新技术的推广应用，建有国家级企业技术中心、博士后科研工作站、山东省“泰山学者岗”等科研平台。该公司与华南理工大学建立了长期的产学研用合作关系，通过院士工作站、博士后科研工作站等创新平台，共同开发了化学机械法制浆、化学法制浆、废纸制浆造纸清洁生产技术及水污染全过程控制技术，并负责这些技术在公司及所属公司的产业化实施，提供项目的研发中试条件，派出科技人员参与研发和技改工作，在财政上给予全力支持，在工程建设过程中实施严格的管理，保证了本项目成果的全面实施和生产线的连续正常运行。
3、山东华泰纸业股份有限公司是“陈克复院士-华泰纸业”山东省院士工作站的建设主体单位，对本项目科技创新3、5有重要贡献。公司是全球最大的新闻纸生产基地，以制浆造纸、化工为主业，总部位于山东省广饶县大王镇。作为中国造纸行业的领军企业，公司高度重视科技创新及新技术的产业化应用，拥有全国造纸行业首批博士后科研工作站、院士工作站、国家认定企业技术中心、山东省废纸综合利用工程技术研究中心和山东省造纸废弃物综合利用重点实验室等科研平台。公司与华南理工大学建立了长期的产学研用合作关系，通过院士工作站、博士后科研工作站等创新平台，共同开发了废纸制浆造纸清洁生产技术及末端废水深度处理技术，并负责将这些技术在本公司及所属公司产业化实施，提供项目的研发条件，派出科技人员参与研发和技改工作，在经费上给予全力支持，在工程建设过程中实施严格的管理，保证了本项目成果的全面实施和生产线的连续正常运行。废纸近中性脱墨制浆造纸技术在本公司的成功运行实施，发挥了典型示范作用，为本集成技术在我国造纸行业其他废纸制浆造纸生产企业的大规模产业化推广做出了重要贡献。
4、该项目合作单位齐鲁工业大学对科技创新点4有贡献。通过联合华南理工大学、山东太阳纸业股份有限公司、山东华泰纸业股份有限公司等单位，建设了山东省高校协同创新研究中心，并聘请陈克复院士为兼职教授，建立科研团队开展了包括制浆造纸清洁生产、林木废弃物的清洁制浆技术等清洁生产及水污染控制技术的研发，相关成果在山东省造纸行业得到产业化推广应用，推动了学校国家级平台的建设和发展。
完成人合作关系说明        该项目的15位完成人分别来自于上述4个完成单位，完成人之间有多年的紧密合作关系，共同申报专利、承担国家课题、联合培养博士后等，主要合作关系如下：
1、共同知识产权：陈克复，应广东，徐峻，李军，曹衍军，乔军，莫立焕，安庆臣，冯郁成，曾劲松，张伟，韩文佳。
2、共同承担国家科技重大专项课题：华南理工大学、山东太阳纸业股份有限公司和山东华泰纸业股份有限公司。陈克复，应广东，徐峻，张凤山，李军，曹衍军，乔军，李晓亮，莫立焕，安庆臣，冯郁成，曾劲松，周景蓬，张伟。
3、共同建设山东省高等学校协同创新中心：成员单位包括齐鲁工业大学、华南理工大学、山东太阳纸业股份有限公司、山东华泰纸业股份有限公司等，陈克复，应广东，徐峻，张凤山，李军，曹衍军，乔军，李晓亮，莫立焕，安庆臣，冯郁成，曾劲松，周景蓬，张伟，韩文佳。
4、企业院士工作站：“陈克复院士-太阳纸业”山东省院士工作站，“陈克复院士-华泰纸业”山东省院士工作站。
5、联合培养博士后：陈克复，应广东，张凤山，李军。