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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 廢水資源化處理關(guān)鍵過(guò)程產(chǎn)物在線檢測(cè)儀
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循熒光光譜儀器設(shè)計(jì)原理，采用了微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)和處理技術(shù)。設(shè)計(jì)研發(fā)廢水資源化處理關(guān)鍵過(guò)程產(chǎn)物在線檢測(cè)儀，實(shí)現(xiàn)厭氧反應(yīng)器中反應(yīng)過(guò)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(cè)，從而完成對(duì)廢水處理厭氧降解過(guò)程的實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)其參數(shù)控制提供技術(shù)依據(jù)以及判斷基礎(chǔ)，進(jìn)一步提高廢水資源化的水平。
- 詳細(xì)介紹：
- 我國(guó)水資源的現(xiàn)狀，一方面表現(xiàn)為我國(guó)是一個(gè)缺水國(guó)家，人均水資源只有世界平均水平的 1/4。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，由于水污染的處理技術(shù)、人們對(duì)水污染的認(rèn)識(shí)以及財(cái)政資金不能完全到位，造成了全國(guó)目前大約有一半的城市缺水的現(xiàn)狀。 針對(duì)普遍存在的水污染的現(xiàn)狀，近年來(lái)，我國(guó)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(guó)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(lái)越大。全國(guó)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，2008年我國(guó)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(xiàn)報(bào)道，我國(guó)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(gè)側(cè)面上說(shuō)明了我國(guó)水污染的現(xiàn)狀?？傊?，我國(guó)的水資源狀況不容樂(lè)觀，污染相對(duì)比較普遍，但對(duì)廢水的處理滯后，同時(shí)水資源利用率較低。針對(duì)上述現(xiàn)象，需要對(duì)提高廢水處理效率，并對(duì)大量廢水進(jìn)行有效的資源化，這符合我國(guó)現(xiàn)有的國(guó)情和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。 在污水處理方面，國(guó)外走在了前列，從上個(gè)世紀(jì)六十年代開(kāi)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(guò)程中的主要有濕式氧化法[5]等處理方法。在國(guó)內(nèi)，污水處理的技術(shù)起步較晚，上述處理方法，在國(guó)內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的污水處理中很少采用，這主要是因?yàn)樘幚碣M(fèi)用較高，使得國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)很少選擇這種方式處理。目前我國(guó)廢水現(xiàn)狀是對(duì)于高濃度有機(jī)廢水中的處理，處理效率還沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的水平。因此，解決我國(guó)水污染的主要目標(biāo)是控制有機(jī)物污染。有機(jī)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(fèi)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(guò)多的動(dòng)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(duì)某些有機(jī)物有較好的降解能力。廢水厭氧處理主要是在沒(méi)有氧氣存在的條件下，通過(guò)厭氧降解反應(yīng)器內(nèi)部的微生物對(duì)廢水中的有機(jī)化合物進(jìn)行厭氧降解消化，達(dá)到污水處理的效果。在廢水厭氧降解過(guò)程中，產(chǎn)生的甲烷等可利用的資源，這也正是進(jìn)行廢水資源化的一個(gè)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(shí)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(duì)我國(guó)當(dāng)前水資源和水環(huán)境現(xiàn)狀,需要從水資源的合理開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)入手，于此同時(shí)學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)內(nèi)外水資源利用和保護(hù)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，推行廢水資源化，提高水的循環(huán)和綜合利用程度，實(shí)現(xiàn)水資源的重復(fù)利用。這是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展極其重要的基礎(chǔ),也是實(shí)施區(qū)域可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的保證。針對(duì)廢水處理厭氧降解過(guò)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(cè)，采用熒光光譜技術(shù)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)是可行的。通過(guò)對(duì)三種物質(zhì)在厭氧降解過(guò)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(guò)程中厭氧反應(yīng)器內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)從而實(shí)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(cè)量，提高反應(yīng)器的反應(yīng)效率，進(jìn)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(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)
- 設(shè)計(jì)目的：研制廢水資源化處理關(guān)鍵過(guò)程產(chǎn)物在線檢測(cè)儀，目的在于實(shí)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(cè)量，提高反應(yīng)器的反應(yīng)效率，進(jìn)一步提高廢水資源化水平。基本思路：本系統(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(cè)模塊以及熒光探測(cè)模塊等模塊組成。激發(fā)光發(fā)出的光通過(guò)激發(fā)光單色儀獲得對(duì)應(yīng)物質(zhì)的相應(yīng)波長(zhǎng)范圍的光，通過(guò)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(jìn)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置調(diào)整激發(fā)光單色儀；被測(cè)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(hào)檢測(cè)電路得到反映被測(cè)水樣中厭氧處理器中熒光物質(zhì)的電信號(hào)；然后由數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行采樣，將采樣值傳輸至上位機(jī)；上位機(jī)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析等操作。創(chuàng)新點(diǎn)：將熒光光譜技術(shù)拓展應(yīng)用于廢水處理厭氧降解過(guò)程中，在線監(jiān)測(cè)生物反應(yīng)器的運(yùn)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(cè)儀體積、造價(jià)、速度等因素。2在線監(jiān)測(cè)儀研制過(guò)程中各主要部件(如光源、光電探測(cè)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(hào)的探測(cè)，以及后續(xù)光電轉(zhuǎn)換電路及微弱電信號(hào)的處理、去噪及采集的實(shí)現(xiàn)。3系統(tǒng)控制軟件(光源和探測(cè)器同步控制、機(jī)械部分的轉(zhuǎn)動(dòng)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(cè)量范圍：0.1-20mg/L（可擴(kuò)展）;分辨率：0.1mg/L;精度：2%;測(cè)量間隔：2min
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品的科學(xué)性先進(jìn)性： 傳統(tǒng)方法中，對(duì)厭氧反應(yīng)器的檢測(cè)，需要經(jīng)過(guò)取樣、樣品預(yù)處理以及實(shí)驗(yàn)室常規(guī)儀器的檢測(cè)等步驟，這在很大程度上大大降低了檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，另一個(gè)方面，經(jīng)過(guò)上述過(guò)程，中間摻雜了許多人為因素，這對(duì)測(cè)量的重復(fù)性的影響很大。針對(duì)廢水處理厭氧降解過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)著三種物質(zhì)濃度的在線測(cè)量，實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)厭氧反應(yīng)器的反應(yīng)狀態(tài)，可提高廢水處理效率，以進(jìn)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(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)儀器在過(guò)程檢測(cè)中的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)反應(yīng)過(guò)程的實(shí)時(shí)檢測(cè)，這在過(guò)程檢測(cè)和控制上都有著顯著的改善。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
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(shí)物、產(chǎn)品，實(shí)物演示。
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)
- 適用范圍： 污水處理廠、啤酒生產(chǎn)中發(fā)酵過(guò)程中等等。社會(huì)效益： （1）為廢水處理過(guò)程檢測(cè)提供可靠技術(shù)依據(jù)。 （2）提高廢水處理效率，最大限度實(shí)現(xiàn)廢水資源化。 （3）替代進(jìn)口，節(jié)約外匯。經(jīng)濟(jì)效益： 類設(shè)備主要應(yīng)用于廢水處理過(guò)程中，保守估計(jì)市場(chǎng)為每年50套。該系列設(shè)備以每套均價(jià)10 萬(wàn)元，年銷售50套計(jì)算，銷售收入500萬(wàn)元,經(jīng)濟(jì)效益可觀。
同類課題研究水平概述
- 1、當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究水平概述： 對(duì)于高濃度有機(jī)廢水中的綜合治理在我國(guó)一直未得到根本解決，特別是難生物降解的高濃度有機(jī)廢水的治理更為困難。國(guó)外從20世紀(jì)60年代開(kāi)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(fèi)用較高（通常為15～30元/t，甚至更高），國(guó)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(jī)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(guó)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(jì)、高效，一直以來(lái)在有機(jī)廢水的二級(jí)和深度處理中占有重要的地位，是廢水達(dá)標(biāo)排放的重要保障。生化法目前是國(guó)內(nèi)大多數(shù)高濃度有機(jī)廢水處理工程實(shí)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(jì)的滿足我國(guó)目前“分散治理、達(dá)標(biāo)排放”所要求的較低排放濃度。 2、發(fā)展趨勢(shì)： 為了提高污水處理的效率，需要對(duì)降解過(guò)程的主要指標(biāo)進(jìn)行表征。目前，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法都需要取樣后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定需要時(shí)間長(zhǎng)、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(cè)，能對(duì)降解過(guò)程進(jìn)行非接觸、不消耗試劑、直接、在線、實(shí)時(shí)表征，是污染物降解監(jiān)測(cè)中潛力巨大的監(jiān)測(cè)手段。 3、知識(shí)產(chǎn)權(quán)狀況分析： 通過(guò)查詢中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，并未發(fā)現(xiàn)有對(duì)厭氧降解過(guò)程在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。所申請(qǐng)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(jī)廢物厭氧消化處理設(shè)備及處理方法(200810114652.2)、一種立式無(wú)攪拌有機(jī)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(shí)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。
