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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。

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，性價(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)。

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 二等獎(jiǎng)
無(wú)