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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
節(jié)能型集成式污水深度處理裝置
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本科技發(fā)明是針對(duì)深度污水處理所存在的處理工藝復(fù)雜，生物曝氣能耗大、效率偏低，污水處理中雙膜工藝成本偏高，占地面積較大，操作費(fèi)用高等一系列問(wèn)題，采用微納米曝氣與納濾凈化系統(tǒng)相結(jié)合的污水處理技術(shù)，使含有高COD的有機(jī)廢水經(jīng)過(guò)處理后達(dá)到國(guó)家有關(guān)污水標(biāo)準(zhǔn)，并且為國(guó)家“十二五”計(jì)劃提出的工業(yè)低能耗環(huán)保高效的目標(biāo)提供可行性技術(shù)方案。
詳細(xì)介紹：
1、本作品的使用無(wú)泡曝氣同好氧菌共同對(duì)污水進(jìn)行曝氣，是新一代的高效節(jié)能環(huán)保技術(shù)。無(wú)泡曝氣生物反應(yīng)器主要由自制聚偏氟乙烯微濾中空纖維絲與好氧菌組成。其中中空纖維膜既對(duì)生物膜供氧，又是生物膜附著的載體。在水處理中，常規(guī)曝氣的能耗占整個(gè)流程裝置中的約90%以上。與常規(guī)曝氣相比，無(wú)泡曝氣的最大優(yōu)點(diǎn)就是大大降低了能耗。采用中空纖維膜進(jìn)行微納米氣泡曝氣還具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）由于曝氣不產(chǎn)生氣泡或者產(chǎn)生的納米氣泡不可見(jiàn)氧直接以分子狀態(tài)擴(kuò)散進(jìn)入生物膜，幾乎百分之百地被吸收，傳質(zhì)效率可高達(dá)100％，因此溶解氧不再是限制微生物生長(zhǎng)的決定因素。（2）由于生物膜生長(zhǎng)在中空纖維膜的外表面，所以在供氧過(guò)程中，生物膜不會(huì)受到氣體摩擦，不易脫落。（3）曝氣過(guò)程不產(chǎn)生氣泡，避免了傳統(tǒng)曝氣時(shí)污水中易揮發(fā)性物質(zhì)如甲苯、苯酚隨氣泡進(jìn)入大氣而對(duì)環(huán)境造成的污染，同時(shí)不會(huì)由于表面活性劑的存在而產(chǎn)生泡沫。（4）曝氣過(guò)程中氣液兩相分離，溶液的混合與供氧互不干擾，因此可以各自獨(dú)立設(shè)計(jì)，反應(yīng)器的形式更加靈活多變。（5）中空纖維膜的比表面積高，為氧的傳遞和生物膜的生長(zhǎng)提供了巨大的表面積，有利于反應(yīng)器向小型化發(fā)展。（6）反應(yīng)器中氣液兩相分離，氣體壓力不受容器內(nèi)混合、狀態(tài)的影響，因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)氣體壓力的辦法來(lái)控制氧的供應(yīng)。對(duì)于一般廢水，通過(guò)供氧控制，在保證生物膜生長(zhǎng)需氧的同時(shí)，可以避免因過(guò)量曝氣而使污水中O2濃度過(guò)高，大幅度降低運(yùn)行費(fèi)用。（7）總之，使用無(wú)泡曝氣能使能耗大大降低，減少運(yùn)行費(fèi)用。 可以看到，無(wú)泡曝氣比普通曝氣性能好，但發(fā)展還不夠成熟，不能廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中。于是，我們要研究無(wú)泡曝氣并將其應(yīng)用于污水處理中，為今后發(fā)展無(wú)泡曝氣處理污水工業(yè)提出可能并指引方向。 2、使用納濾膜進(jìn)行污水深度處理： 納濾膜技術(shù)的特點(diǎn)決定了其在污水深度處理方面具有獨(dú)特的作用，2010年在《Nature》雜志上關(guān)于污水處理方面Yale大學(xué)的水處理專(zhuān)家提出了用納濾膜過(guò)程取代目前先進(jìn)的雙膜工藝的設(shè)想，與用超濾和反滲透過(guò)濾組成的雙膜工藝相比，納濾同時(shí)在兼有超濾與反滲透組成的雙膜工藝所達(dá)到的工藝水平的同時(shí)，又能克服雙膜工藝的不足。主要表現(xiàn)在在于操作壓力低，產(chǎn)水質(zhì)量高于超濾膜，節(jié)約能源，減小空間使用，性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)明顯。反滲透膜處理水之前對(duì)水的要求很高，需要超濾預(yù)先處理，截留有機(jī)物，膠體、蛋白質(zhì)、部分菌類(lèi)等；同時(shí)反滲透操作需要很大的壓力，能源消耗大；再者，能耗低，膜通量高，易清洗，技術(shù)裝備簡(jiǎn)單，投資少等優(yōu)點(diǎn)，大大的提高納濾膜在污水處理中的可應(yīng)用性，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，但是，目前市場(chǎng)上所售的納濾膜材料均比超濾與反滲透材料成本高，并且處于國(guó)外技術(shù)壟斷狀態(tài)，所以，制備低壓、高通量、抗污染納濾膜材料是目前科研的方向以及市場(chǎng)需求所向。本作品采用了自制的高通量抗污染Pluronic F127共混聚醚砜納濾膜組件，在性能和實(shí)際應(yīng)用上都得到了水處理專(zhuān)家的廣泛好評(píng)。此納濾膜最高通量在0.2MPa下可達(dá)到18.1±0.1 L/m2h，其操作壓力遠(yuǎn)低于目前市場(chǎng)上普通納濾膜（0.6～1.0MPa）,并且通量高于普通納濾膜材料的3～4倍。其抗污染性能通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)、海藻酸鈉和腐植酸等污染物的考察，充分證明其高效抗污染性能。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)其具有優(yōu)良的抗氧化性能。 使用本作品中的納濾膜對(duì)污水進(jìn)行深度處理，能有效去除水中的無(wú)機(jī)和有機(jī)污染物等有害物質(zhì)，而且對(duì)現(xiàn)實(shí)的工業(yè)實(shí)踐具有現(xiàn)實(shí)意義。既節(jié)約了操作成本，又提高了生產(chǎn)效率，為國(guó)家提出的節(jié)能高效環(huán)保減排的工業(yè)改革提供有效的技術(shù)支持。 3、自行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)連續(xù)處理：本作品自制了可使生物曝氣與分離系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)性的緩沖器，從而填補(bǔ)了目前大型污水處理廠和化工廠無(wú)法實(shí)現(xiàn)污水深度處理連續(xù)操作的空白。與此同時(shí)，應(yīng)用化工儀表以及電工學(xué)知識(shí)，作品加入了可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的連續(xù)控制系統(tǒng)，達(dá)到污水循環(huán)處理，為進(jìn)一步工業(yè)應(yīng)用提供可實(shí)現(xiàn)的依據(jù)。

作品圖片

  • 節(jié)能型集成式污水深度處理裝置
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作品專(zhuān)業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1、采用了微納米氣泡曝氣技術(shù)。污水深度處理的曝氣裝置占用整個(gè)污水處理能耗的80%~90%，而采用微納米曝氣技術(shù)可以被認(rèn)為是取代高能耗普通生物曝氣的新工藝，其優(yōu)點(diǎn)在于其產(chǎn)生的氣泡不可見(jiàn)或是不產(chǎn)生氣泡，氣泡上升速度慢，氧傳質(zhì)效率高能耗低等，已經(jīng)成為未來(lái)生物曝氣的發(fā)展方向和趨勢(shì)。 2、自制高通量抗污染納濾中空纖維膜。納濾是介于超濾和反滲透之間的一種新型分離膜技術(shù)。由于納濾膜具有納米級(jí)的膜孔徑，自制的Pluronic F127/PES抗污染高通量中空纖維納濾膜可以有效的截留污染物，根據(jù)其特點(diǎn)，能夠進(jìn)一步取代目前先進(jìn)的超濾、反滲透雙膜工藝，減少處理工藝流程，降低操作成本以及費(fèi)用。 3、連續(xù)性、自動(dòng)化以及水的高效回收。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了污水的高效回收，并且實(shí)現(xiàn)了水處理工藝流程的連續(xù)性和自動(dòng)化可控性，提供未來(lái)的污水處理模式的可實(shí)踐性。 與此同時(shí)，三種工藝相結(jié)合，大大的縮短了污水深度處理時(shí)帶來(lái)的能耗高，處理工藝復(fù)雜等一系列問(wèn)題，提出了未來(lái)污水深度處理的發(fā)展方向和概念，為污水行業(yè)以及各用水企業(yè)對(duì)污水處理的回收利用提供可行性方案和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。 本技術(shù)發(fā)明是以實(shí)驗(yàn)室微濾中空纖維膜絲以及高通量抗污染納濾中空纖維膜絲材料為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)工藝計(jì)算和工藝設(shè)計(jì)，自制小型模擬改進(jìn)污水深度處理體系，對(duì)污水處理流程進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，通過(guò)進(jìn)一步污水深度處理實(shí)驗(yàn)，使用市政污水為模擬體系，考察一系列無(wú)泡曝氣和納濾抗污染性能指標(biāo)。

科學(xué)性、先進(jìn)性

1、通過(guò)改進(jìn)普通生物曝氣膜裝置，采用無(wú)泡曝氣技術(shù)使其能耗大幅度降低，并且傳質(zhì)效率明顯增高。 2、采用低壓下高通量納濾中空纖維膜材料，產(chǎn)水質(zhì)量遠(yuǎn)優(yōu)于超濾膜，并且其能耗以及成本遠(yuǎn)低于反滲透，可以取代污水處理中雙膜工藝，進(jìn)一步減少設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用，降低成本。 3、結(jié)合吸附技術(shù)，無(wú)泡生物曝氣與納濾相結(jié)合，對(duì)污水進(jìn)行充分深度處理，使過(guò)程連續(xù)化，自動(dòng)化，可控化，進(jìn)一步提高污水處理能力，對(duì)未來(lái)實(shí)現(xiàn)污水深度處理工業(yè)化有重要的指導(dǎo)和實(shí)踐意義。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

實(shí)物，中試

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專(zhuān)利權(quán)轉(zhuǎn)讓或?qū)＠麑?shí)施許可等

作品可展示的形式

實(shí)物，視頻

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 1、使用無(wú)泡曝氣方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)曝氣方式。 2、使用納濾膜進(jìn)行污水深度處理。 3、自行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)污水的連續(xù)處理。 適用范圍：無(wú)泡生物曝氣以及納濾中空纖維膜可用于化工污水，市政污水等含有大量NOM（有機(jī)污染物）污水深度處理。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 采用無(wú)泡曝氣裝置以及高通量納濾污水處理技術(shù)不僅能夠大大的降低生物曝氣的耗能，解決超濾同反滲透組成的污水處理雙膜工藝出現(xiàn)的各種問(wèn)題，而且可使成本以及占地費(fèi)用顯著減少。而采用無(wú)泡曝氣不僅可以節(jié)約成本，且通過(guò)有效的自動(dòng)化控制可使操作費(fèi)用遠(yuǎn)低于舊工藝。以此計(jì)算，目前石化或市政污水每噸的處理費(fèi)用為6~7元（人民幣），若采用此方案，污水處理費(fèi)用至少可以從操作成本和裝置成本上減少費(fèi)用，那么每噸水保守估計(jì)可以降至3元左右。

同類(lèi)課題研究水平概述

從上個(gè)世紀(jì)七十年代開(kāi)始，膜處理污水工業(yè)就進(jìn)入人們的視線。1977年，美國(guó)海軍就利用薄膜研制離岸3至12海里和特定海區(qū)航行30多天以及近海連續(xù)航行40天的艦船的膜——生物反應(yīng)器處理生活污水系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用過(guò)濾、生物降解和紫外線消毒的原理，使處理的灰水水質(zhì)達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)，并且具有濃縮污水污染物，減少儲(chǔ)存體積，降低岸上排放成本等優(yōu)點(diǎn)。由于微生物與膜的綜合作用，大大提高了MBR系統(tǒng)單位容積處理污水的效率，故只需較小的污水儲(chǔ)存容積。 在日本，近年來(lái)由于運(yùn)行控制裝置的發(fā)展， 間歇式活性污泥法已廣泛用于小規(guī)模的污水處理。該法是在單一反應(yīng)槽中，污水間歇地順序流入與活性污泥混合，經(jīng)曝氣、污泥沉淀、上清水排出，所得處理水質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)活性污泥法幾乎相同。除氯工藝已采用改進(jìn)活性污泥循環(huán)法。考慮到節(jié)能、去除率、設(shè)施縮小等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了多級(jí)式氣提循環(huán)法，這樣前級(jí)循環(huán)中殘留的硝酸態(tài)氯可在后級(jí)的脫氮槽中除去，使氯去除率達(dá)80％-85％ ，水處理所耗電力亦可節(jié)約25％。 德國(guó)是世界上環(huán)境保護(hù)工作開(kāi)展較早做得較好的國(guó)家，污水處理設(shè)施比較完善，目前已基本不需再新建下水道和污水處理廠，在污水、污染物處理方面已積累了很多值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)。 而目前我國(guó)污水深度處理才剛剛起步，人們對(duì)于污水深度處理的認(rèn)識(shí)隨著環(huán)境的變化和國(guó)際對(duì)中國(guó)的要求隨之深入。目前，國(guó)內(nèi)污水處理前城市污水處理廠普遍采用的工藝有普通活性污泥法、氧化溝法、SBR(間歇式活性污泥)法、A-B法等，而并沒(méi)有進(jìn)行更深一步的處理。這些雖然都是成熟而有效的污水處理工藝，但是存在著耗能大，效率低等問(wèn)題，不能滿(mǎn)足國(guó)家對(duì)環(huán)境“十二五”計(jì)劃提出的要求。 本科技發(fā)明是基于大量的國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)的，目前在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)工作。生物膜法中納米氣泡曝氣裝置與納濾相結(jié)合是我們提出的污水深度處理的理念，結(jié)合國(guó)家高效節(jié)能減排的目標(biāo)，全部由學(xué)生動(dòng)手制作，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明取得了良好的污水處理效果。此科技發(fā)明再次驗(yàn)證了其優(yōu)良的可實(shí)踐性。
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