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基本信息

項(xiàng)目名稱：
一種生物膜處理污水的方法及其設(shè)備
小類：
能源化工
簡介：
本項(xiàng)目是一種改進(jìn)的生物膜技術(shù)，用于河涌等生活廢水的治理，能夠在傳統(tǒng)的技術(shù)上節(jié)約運(yùn)行成本，提高對化學(xué)需氧量和氨氮的去除效果。
詳細(xì)介紹：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展跟不上人口的增加，大量的生活污水未經(jīng)處理直接排入附近水體。許多城鎮(zhèn)河涌接納大量污水，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其自凈能力，嚴(yán)重的有機(jī)污染導(dǎo)致水中溶解氧快速消耗，河水由于厭氧呈現(xiàn)黑臭狀態(tài)，嚴(yán)重影響了城鎮(zhèn)居民的生產(chǎn)生活和區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量，甚至阻礙城市的發(fā)展，迫切需要發(fā)展有效的治理技術(shù)控制污染，修復(fù)受破壞的河流生態(tài)系統(tǒng)。 生物膜技術(shù)由于可在單位空間上固定富集大量具有降解功能的微生物，比較有利于流動水環(huán)境中有機(jī)物、氨氮等可生物降解污染物的去除，已成為采用較多且有效的污染河流原位生物治理技術(shù)之一。但已有的河流生物膜原位處理技術(shù)工藝，主要是借鑒污水處理中的接觸氧化工藝，生物膜及載體完全淹沒于水下，這樣的處理方式在河水有機(jī)物濃度較高時(shí)，易受水中低溶解氧的制約，出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，再有就是，大量形成及脫落的生物膜很難收集帶走，容易導(dǎo)致新的有機(jī)污染。針對這兩個(gè)問題，本發(fā)明致力于研究一種新型懸掛毛細(xì)傳質(zhì)生物膜技術(shù)，利用介質(zhì)的毛細(xì)作用將可溶性有機(jī)物、氨氮轉(zhuǎn)移到水上的生物膜，利用空氣中的氧將其氧化，提高污染物的去除效率。

作品專業(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)

已有的河流生物膜原位處理技術(shù)工藝，主要是借鑒污水處理中的接觸氧化工藝，生物膜及載體完全淹沒于水下，這樣的處理方式在河水有機(jī)物濃度較高時(shí)，易受水中低溶解氧的制約，出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，再有就是，大量形成及脫落的生物膜很難收集帶走，容易導(dǎo)致新的有機(jī)污染。針對這兩個(gè)問題，本發(fā)明致力于研究一種新型懸掛毛細(xì)傳質(zhì)生物膜技術(shù)，利用介質(zhì)的毛細(xì)作用將可溶性有機(jī)物、氨氮轉(zhuǎn)移到水上的生物膜，利用空氣中的氧將其氧化，提高污染物的去除效率。 （一）具體研究開發(fā)內(nèi)容和要重點(diǎn)解決的技術(shù)關(guān)鍵問題 （1） 毛細(xì)傳質(zhì)介質(zhì)和生物膜載體材料的篩選， （2） 毛細(xì)傳質(zhì)生物膜單元的構(gòu)建方式（載體與毛細(xì)傳質(zhì)介質(zhì)結(jié)合方式）研究 （3） 掛膜方式比較研究 （4） 懸掛生物膜污染物去除能力研究 （5） 處理裝置輔助設(shè)施的設(shè)計(jì)開發(fā) 擬解決的技術(shù)難點(diǎn)： 本項(xiàng)目所研究的懸掛生物膜對污染物去除速率最主要的限制在于水及污染物的傳質(zhì)速度，這主要與傳質(zhì)材料的傳遞性能有關(guān)，因此本技術(shù)擬解決的技術(shù)難點(diǎn)主要有兩個(gè)： （1）具較強(qiáng)毛細(xì)作用及耐腐蝕特性且價(jià)廉易得介質(zhì)材料的篩選。 （2）可有效進(jìn)行水分及污染物傳遞的毛細(xì)傳質(zhì)生物膜單元的構(gòu)建方式。 （二）項(xiàng)目的特色和創(chuàng)新之處 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)： 首次提出利用毛細(xì)作用將有機(jī)污染嚴(yán)重的河涌水污染物轉(zhuǎn)移到水上，利用懸掛生物膜原位處理的方式，擺脫水中溶解氧較低的限制，使得原位生物膜技術(shù)可以用于有機(jī)污染較嚴(yán)重的河涌治理

科學(xué)性、先進(jìn)性

本發(fā)明在已有生物膜原位治理技術(shù)基礎(chǔ)上，嘗試研究將生物膜載體懸掛在水面以上，利用毛細(xì)作用將水中部分可溶性污染物轉(zhuǎn)移到載體上培養(yǎng)富集微生物，載體表面形成生物膜暴露于空氣中，氧傳遞速度快，完全可滿足高濃度污染物好氧生物降解，再通過與水下生物膜技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染嚴(yán)重河涌高效且低成本的原位治理。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

2010年9月22日經(jīng)中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局接收 2011年3月18日獲得華南農(nóng)業(yè)大學(xué)丁穎杯二等獎(jiǎng)

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專利

作品可展示的形式

圖片

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)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(jì)效益預(yù)測

本發(fā)明將原位生物膜技術(shù)通過毛細(xì)傳質(zhì)技術(shù)，轉(zhuǎn)移到水面之上，具有有機(jī)負(fù)荷高，供氧成本低，構(gòu)建管理容易，管理靈活等優(yōu)點(diǎn)。解決了目前生物膜技術(shù)低溶解氧限制的問題，可以應(yīng)用于河流的原位處理，尤其是高污染的河段。運(yùn)行和制備成本低，可持續(xù)的進(jìn)行污水進(jìn)化，凈化效果持續(xù)有效。無需曝氣裝置的加入，運(yùn)用于住宅區(qū)具有零噪聲的優(yōu)點(diǎn)。造價(jià)成本低，適用于農(nóng)村和城鎮(zhèn)分散式生活污水的處理，從源頭控制污染源，改善河道水質(zhì)。推廣于河涌治理可以有效消除有機(jī)污染河涌的黑臭，提高河流水環(huán)境質(zhì)量，改善河流周邊居民的生活環(huán)境，改善廣州市的河涌環(huán)境，為廣州市的碧水工程貢獻(xiàn)一份力量，還人民以清潔的河水和親水的心。使用這種毛細(xì)傳質(zhì)的生物膜技術(shù)不需要人工曝氣，通過自然復(fù)氧減少的曝氣成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，裝置放置在河邊自動運(yùn)行，管理方便，節(jié)約人力。在河道周邊可以建設(shè)一些親水工程，讓市民游覽，欣賞景觀之余可以了解我們技術(shù)的基本情況，增加對環(huán)境污染和治理的認(rèn)識。

同類課題研究水平概述

河流原位治理生物膜技術(shù)主要措施是在污染河道中放置或填充能附著大量微生物生長的填料，微生物在表面不斷生長逐漸形成生物膜，流過生物膜表面的污染物吸附降解，河水被凈化。已有的凈化河流的生物法有礫間接觸氧化法、溝渠內(nèi)接觸氧化法、生物柵法等。礫間接觸氧化法通過在河道內(nèi)人工填充礫石，使河水與生物膜的接觸面積提高數(shù)十倍以上，強(qiáng)化自然狀態(tài)下的河流中的沉淀、吸附和氧化分解。20世紀(jì)90年代，日本和韓國有許多受污染的河流采用礫間接觸氧化法凈化河道水質(zhì)，最有代表性的是日本野川和韓國的良才川。溝渠內(nèi)接觸氧化法是在單一排水功能的河道內(nèi)填充各種材質(zhì)、形狀大小的接觸材料，如卵石、木炭、廢陶、石灰石以及波板纖維或塑料材質(zhì)的填料等，提高生物膜面積，強(qiáng)化河流的自凈作用，日本研究人員曾將沸石粒覆蓋的無紡布作為載體投加到污染河流中，無紡布表面富集的硝化細(xì)菌對氨氮的削減量達(dá)到50mg/L/d，強(qiáng)化氨氮的硝化作用。在國內(nèi)，上海污染黑臭河流的治理中，黃民生等曾研究應(yīng)用掛膜的生物柵技術(shù)處理河水中有機(jī)污染物；金臘華等研究嘗試?yán)没炷辽鷳B(tài)膜和懸浮生物膜對廣州的污染河涌水進(jìn)行處理，這些研究表明，利用受污染河水中土著微生物完全可以進(jìn)行自然掛膜，生長成熟的生物膜對河水中COD、氨氮等具較好的去除效果。但這些河流原位治理生物膜技術(shù)主要借鑒污水處理的接觸氧化工藝，生物膜淹沒于水下，靠河水流動自然復(fù)氧提供生物降解所需溶解氧，比較適用于有機(jī)污染較輕的河流，當(dāng)水中有機(jī)物濃度較高時(shí)，自然復(fù)氧往往不能滿足溶解氧的需求，必須強(qiáng)化供氧才能有效的對污染物進(jìn)行去除，特別是氨氮。目前生物膜原位治理技術(shù)強(qiáng)化供氧主要是引入人工曝氣裝置，而且采用較大的曝氣強(qiáng)度才能對污染物等有較高的去除效率，如操家順等研究表明只有在充分曝氣，水中溶解氧達(dá)到4mg/L時(shí)，COD等才具有70%以上的去除率，中度和微曝氣時(shí)去除率都在50%以下。但人工曝氣裝置的動力消耗，以及日常操作、維護(hù)管理等極大地增加了投資成本和管理難度，而且機(jī)械曝氣加快生物膜表面水流，較強(qiáng)的水力剪切力致使生物膜的脫落加快從而形成較多污泥絮體，肖羽堂等對曝氣富氧生物膜處理受污染河水研究表明，要保證較高的COD、氨氮去除率必須定期排泥，但在河道原位治理中，脫落的生物膜絮體易隨水流帶走，較難收集排除，容易導(dǎo)致新的污染。
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