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基本信息
- 項目名稱：
- 廢水資源化處理關(guān)鍵過程產(chǎn)物在線檢測儀
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本系統(tǒng)設(shè)計遵循熒光光譜儀器設(shè)計原理，采用了微弱信號檢測技術(shù)和處理技術(shù)。設(shè)計研發(fā)廢水資源化處理關(guān)鍵過程產(chǎn)物在線檢測儀，實現(xiàn)厭氧反應(yīng)器中反應(yīng)過程產(chǎn)生的色氨酸、核黃素和輔酶I的相應(yīng)含量的在線檢測，從而完成對廢水處理厭氧降解過程的實時檢測，對其參數(shù)控制提供技術(shù)依據(jù)以及判斷基礎(chǔ)，進一步提高廢水資源化的水平。
- 詳細介紹：
- 我國水資源的現(xiàn)狀，一方面表現(xiàn)為我國是一個缺水國家，人均水資源只有世界平均水平的 1/4。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，由于水污染的處理技術(shù)、人們對水污染的認(rèn)識以及財政資金不能完全到位，造成了全國目前大約有一半的城市缺水的現(xiàn)狀。 針對普遍存在的水污染的現(xiàn)狀，近年來，我國污水處理廠不斷興建，污水的處理率雖然在不斷提高，但主要是集中在城市的污水處理，全國大部分農(nóng)村及農(nóng)業(yè)的污水得不到處理，農(nóng)村污水排放量在污水總排放量中的比例越來越大。全國監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2008年我國廢水排放總量為572. 8億噸, 比上年增加2. 7% , 其中工業(yè)廢水排放量為241.9億噸, 生活污水為330. 1億啊。這些廢水中, 80% 以上未經(jīng)任何處理便直接排入江湖河海中, 造成水體嚴(yán)重污染。據(jù)文獻報道，我國各大水系及其流經(jīng)地區(qū)的河段受到了不同程度污染，這也在另一個側(cè)面上說明了我國水污染的現(xiàn)狀?？傊?，我國的水資源狀況不容樂觀，污染相對比較普遍，但對廢水的處理滯后，同時水資源利用率較低。針對上述現(xiàn)象，需要對提高廢水處理效率，并對大量廢水進行有效的資源化，這符合我國現(xiàn)有的國情和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。 在污水處理方面，國外走在了前列，從上個世紀(jì)六十年代開始污水處理技術(shù)以及相關(guān)的化學(xué)和非化學(xué)方法研究，已用于工業(yè)生產(chǎn)過程中的主要有濕式氧化法[5]等處理方法。在國內(nèi)，污水處理的技術(shù)起步較晚，上述處理方法，在國內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的污水處理中很少采用，這主要是因為處理費用較高，使得國內(nèi)相關(guān)行業(yè)很少選擇這種方式處理。目前我國廢水現(xiàn)狀是對于高濃度有機廢水中的處理，處理效率還沒有達到應(yīng)有的水平。因此，解決我國水污染的主要目標(biāo)是控制有機物污染。有機物污染治理的最佳技術(shù)是采用生物處理技術(shù)，它比化學(xué)和物化處理技術(shù)效果好而且處理費用低。厭氧降解比好氧降解更具有優(yōu)越性。主要表現(xiàn)在：(1)節(jié)省過多的動力消耗；(2)厭氧生物處理技術(shù)可以產(chǎn)生生物能，例如甲烷；(3)厭氧生物處理技術(shù)對某些有機物有較好的降解能力。廢水厭氧處理主要是在沒有氧氣存在的條件下，通過厭氧降解反應(yīng)器內(nèi)部的微生物對廢水中的有機化合物進行厭氧降解消化，達到污水處理的效果。在廢水厭氧降解過程中，產(chǎn)生的甲烷等可利用的資源，這也正是進行廢水資源化的一個重要手段。廢水資源化主要是指將生產(chǎn)和生活的廢水經(jīng)合理分類和科學(xué)處理后加以綜合利用的相關(guān)方法和相關(guān)手段。實際上它是將廢水加以處理后用于可再生水的地方去減輕水資源供需矛盾。針對我國當(dāng)前水資源和水環(huán)境現(xiàn)狀,需要從水資源的合理開發(fā)利用和保護入手，于此同時學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外水資源利用和保護的先進經(jīng)驗，推行廢水資源化，提高水的循環(huán)和綜合利用程度，實現(xiàn)水資源的重復(fù)利用。這是我國國民經(jīng)濟發(fā)展極其重要的基礎(chǔ),也是實施區(qū)域可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的保證。針對廢水處理厭氧降解過程中的厭氧反應(yīng)器中產(chǎn)生的色氨酸、核黃素和輔酶I的檢測，采用熒光光譜技術(shù)對其進行檢測是可行的。通過對三種物質(zhì)在厭氧降解過程中的厭氧反應(yīng)器內(nèi)部的濃度變化，可表征厭氧降解過程中厭氧反應(yīng)器內(nèi)部的運行狀態(tài)從而實現(xiàn)反應(yīng)器中熒光活性生化物質(zhì)(色氨酸、核黃素和輔酶I)的在線測量，提高反應(yīng)器的反應(yīng)效率，進一步提高廢水資源化水平。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計目的：研制廢水資源化處理關(guān)鍵過程產(chǎn)物在線檢測儀，目的在于實現(xiàn)反應(yīng)器中熒光活性生化物質(zhì)(色氨酸、核黃素和輔酶I)的在線測量，提高反應(yīng)器的反應(yīng)效率，進一步提高廢水資源化水平?；舅悸罚罕鞠到y(tǒng)主要由系統(tǒng)總控模塊、氙燈脈沖模塊、激發(fā)光單色模塊、參考光探測模塊以及熒光探測模塊等模塊組成。激發(fā)光發(fā)出的光通過激發(fā)光單色儀獲得對應(yīng)物質(zhì)的相應(yīng)波長范圍的光，通過光纖傳至放置在厭氧反應(yīng)器內(nèi)部在線光纖探頭；其中單色儀由步進電機通過傳動裝置調(diào)整激發(fā)光單色儀；被測水體發(fā)射的熒光經(jīng)光纖傳輸、光耦合、光譜濾光后，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、弱信號檢測電路得到反映被測水樣中厭氧處理器中熒光物質(zhì)的電信號；然后由數(shù)據(jù)采集模塊進行采樣，將采樣值傳輸至上位機；上位機通過對數(shù)據(jù)進行處理、分析等操作。創(chuàng)新點：將熒光光譜技術(shù)拓展應(yīng)用于廢水處理厭氧降解過程中，在線監(jiān)測生物反應(yīng)器的運行狀態(tài)，屬于應(yīng)用創(chuàng)新。技術(shù)關(guān)鍵：1確定反應(yīng)器各熒光活性物質(zhì)濃度曲線，它將決定在線監(jiān)測儀體積、造價、速度等因素。2在線監(jiān)測儀研制過程中各主要部件(如光源、光電探測器、光纖探頭等)的技術(shù)參數(shù)確定以及系統(tǒng)信噪比的提高；微弱光信號的探測，以及后續(xù)光電轉(zhuǎn)換電路及微弱電信號的處理、去噪及采集的實現(xiàn)。3系統(tǒng)控制軟件(光源和探測器同步控制、機械部分的轉(zhuǎn)動控制、接口控制等)、分析算法、濃度與反應(yīng)器狀態(tài)間關(guān)系模型的一體化智能軟件的研發(fā)。主要技術(shù)指標(biāo)：測量范圍：0.1-20mg/L（可擴展）;分辨率：0.1mg/L;精度：2%;測量間隔：2min
科學(xué)性、先進性
- 作品的科學(xué)性先進性： 傳統(tǒng)方法中，對厭氧反應(yīng)器的檢測，需要經(jīng)過取樣、樣品預(yù)處理以及實驗室常規(guī)儀器的檢測等步驟，這在很大程度上大大降低了檢測的實時性，另一個方面，經(jīng)過上述過程，中間摻雜了許多人為因素，這對測量的重復(fù)性的影響很大。針對廢水處理厭氧降解過程中厭氧反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的色氨酸、核黃素和輔酶I，本儀器采用熒光光譜技術(shù)，實現(xiàn)對著三種物質(zhì)濃度的在線測量，實時的監(jiān)測厭氧反應(yīng)器的反應(yīng)狀態(tài)，可提高廢水處理效率，以進一步提高廢水資源化的水平。 從采用的技術(shù)而言，一方面，本儀器拓展了熒光光譜技術(shù)的應(yīng)用范圍；另一方面，本儀器打破了實驗室傳統(tǒng)儀器在過程檢測中的瓶頸，實現(xiàn)了對反應(yīng)過程的實時檢測，這在過程檢測和控制上都有著顯著的改善。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有償技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品，實物演示。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 適用范圍： 污水處理廠、啤酒生產(chǎn)中發(fā)酵過程中等等。社會效益： （1）為廢水處理過程檢測提供可靠技術(shù)依據(jù)。 （2）提高廢水處理效率，最大限度實現(xiàn)廢水資源化。 （3）替代進口，節(jié)約外匯。經(jīng)濟效益： 類設(shè)備主要應(yīng)用于廢水處理過程中，保守估計市場為每年50套。該系列設(shè)備以每套均價10 萬元，年銷售50套計算，銷售收入500萬元,經(jīng)濟效益可觀。
同類課題研究水平概述
- 1、當(dāng)前國內(nèi)外研究水平概述： 對于高濃度有機廢水中的綜合治理在我國一直未得到根本解決，特別是難生物降解的高濃度有機廢水的治理更為困難。國外從20世紀(jì)60年代開始研究高濃度有毒、有害化工廢水的治理工藝，已用于生產(chǎn)規(guī)模的主要有濕式氧化法、膜分離法、吸附法和焚燒法等。但是由于處理費用較高（通常為15～30元/t，甚至更高），國內(nèi)很少有企業(yè)采用。目前工廠企業(yè)排放出的高濃度有機廢水一般用兩類方法處理：一種是采用化學(xué)氧化和催化氧化為主的工藝；另一種治理方法是先預(yù)處理提高可生化性，讓然后再采用生化處理。目前國內(nèi)還僅限于小流量高濃度難生化降解的廢水處理，其推廣應(yīng)用受到很大限制。生化法由于其經(jīng)濟、高效，一直以來在有機廢水的二級和深度處理中占有重要的地位，是廢水達標(biāo)排放的重要保障。生化法目前是國內(nèi)大多數(shù)高濃度有機廢水處理工程實踐中的必選方法，也只有生化法才能在組合工藝的末端，較經(jīng)濟的滿足我國目前“分散治理、達標(biāo)排放”所要求的較低排放濃度。 2、發(fā)展趨勢： 為了提高污水處理的效率，需要對降解過程的主要指標(biāo)進行表征。目前，傳統(tǒng)的檢測方法都需要取樣后在實驗室進行測定，測定需要時間長、需要消耗化學(xué)試劑、可能造成二次污染。而采用熒光在線監(jiān)測，能對降解過程進行非接觸、不消耗試劑、直接、在線、實時表征，是污染物降解監(jiān)測中潛力巨大的監(jiān)測手段。 3、知識產(chǎn)權(quán)狀況分析： 通過查詢中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局，并未發(fā)現(xiàn)有對厭氧降解過程在線監(jiān)測設(shè)備。所申請的專利主要是厭氧處理方法及設(shè)備，比如：一種臥式帶攪拌有機廢物厭氧消化處理設(shè)備及處理方法(200810114652.2)、一種立式無攪拌有機廢物干式厭氧消化處理設(shè)備及方法(200810114643.3)、含硫化合物廢水的厭氧處理方法和設(shè)備(200480020406.0) 、禽畜養(yǎng)殖廢水亞硝化-厭氧氨氧化處理方法及設(shè)備(200810198364.X)、UASB-生物膜厭氧氨氧化方法及其設(shè)備(200710026435.3)、生物壓力厭氧同時處理垃圾和廢水新技術(shù)及其設(shè)備(200710007674.4)、溫控UASB厭氧氨氧脫氮方法及其設(shè)備(200710026433.4)、用于厭氧發(fā)酵生物垃圾的方法和發(fā)酵設(shè)備(200580024106.4)等。
