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成果簡介：  基于厭氧生物濾床（AF）的基本運(yùn)行特征，引入低能耗氣水混合動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)載體微流化，加強(qiáng)底物傳質(zhì)過程，顯著提高厭氧生物代謝效率。 以載體類型、載體裝填量、水力條件三因素交叉研究，探索出易于厭氧生物膜形成、高厭氧污泥濃度且載體微流化的高效厭氧反應(yīng)模式。

本項(xiàng)目具有自主知識產(chǎn)權(quán)，是一套適合于處理城市污水及回用（從城市污水到雜用 水、景觀用水、綠化、洗車等直到實(shí)驗(yàn)室分析配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的純水）的集裝式膜生物反 應(yīng)器成套技術(shù)裝備。同時(shí)本裝置還適用于在本裝置的一個(gè)階段內(nèi)實(shí)現(xiàn)受污染水源地的飲 用水的供應(yīng)的系列產(chǎn)品。 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)： 1）針對不同城市污水水質(zhì)可以選擇不同的膜材質(zhì)。 2）針對不同廢水規(guī)模可以加工大型或中型的集裝式膜生物反應(yīng)器。 3）不同處理程度的集裝式膜生物反應(yīng)器可以適用于同種廢水而不同用戶需求的回 用水質(zhì)。 4）開發(fā)的自控技術(shù)，可以達(dá)到無人監(jiān)管、在線檢測的水平，使人工費(fèi)降低及自動(dòng) 控制達(dá)到較高的水平。 應(yīng)用領(lǐng)域：城市污水深度處理及回用

1. 項(xiàng)目概述常用的水處理技術(shù)有物理吸附法、化學(xué)氧化法和生物氧化法三類。其中以生物膜方式進(jìn)行的生物處理過程能有效去除原水中可生物降解有機(jī)物、氨氮和鐵錳等污染物，使出水更安全可靠，在當(dāng)前的水處理工程中得到了最為廣泛的應(yīng)用，然而該方法主要適用于CODcr為100乃至200以上的“高”污染水，而對CODcr處于100以下的低營養(yǎng)度廢水處理效率低下，故并不適用于低濃度生活污水、工業(yè)中水和富營養(yǎng)化地表飲用水的處理。綜合利用生物膜，物理過濾和化學(xué)反應(yīng)、沉積等過程處理污染水源的人工濕地凈化技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)有效、運(yùn)行穩(wěn)定的新型生態(tài)工程，近年來已成為備受關(guān)注的焦點(diǎn)。但該項(xiàng)技術(shù)占地大，處理時(shí)間長，對水質(zhì)變化的適應(yīng)性差，季節(jié)性差異顯著，且生物量后續(xù)處理困難，極易形成滯后累積污染，無法大規(guī)模高效率應(yīng)用于水質(zhì)的處理。本項(xiàng)目針對為150以下的低濃度廢水或富營養(yǎng)化地表水，將固定床生物膜處理、人工濕地生物預(yù)處理和微氧水處理技術(shù)引入富營養(yǎng)化飲用水源預(yù)處理過程，充分發(fā)揮其物理吸附、生物膜處理和植物效應(yīng)的多級復(fù)合處理功能，結(jié)合多單元連續(xù)操作方式提高系統(tǒng)處理效率和可操作性，開發(fā)具有良好的水質(zhì)適應(yīng)性、耐候性，低能耗且無二次污染的高效生物復(fù)合床凈化技術(shù)。項(xiàng)目成果形成自主的知識產(chǎn)權(quán)。具有廣闊的工程應(yīng)用前景。2. 技術(shù)優(yōu)勢（1）基于多孔介質(zhì)填料固定床的生物膜強(qiáng)化水處理體系；（2）基于小風(fēng)量曝氣的高效微氧水處理系統(tǒng)；（3）單元化和模塊化的生物復(fù)合床系統(tǒng)。以富營養(yǎng)化水源地的劣V類水（CODcr為50至100）為例，采用新型生物復(fù)合床技術(shù)，綜合采用物理吸附與截留、微生物降解、植物吸附與吸收等手段，其出水可穩(wěn)定保持在Ⅲ類乃至更優(yōu)水平。

以太湖藍(lán)藻為原料，熱解制得藍(lán)藻生物炭，并進(jìn)行α-Fe2O3 負(fù)載，制備了 藍(lán)藻生物炭復(fù)合材料。在鋅鎳合金電鍍廢水處理中，藍(lán)藻生物炭復(fù)合材料既可 以吸附廢水中的重金屬，同時(shí)能夠催化發(fā)生類芬頓反應(yīng)生成·OH、·O2-，這些 228229 自由基可以打破鋅鎳合金電鍍廢水中由于添加絡(luò)合劑而產(chǎn)生的絡(luò)合態(tài)重金屬，破絡(luò)后的金屬離子可以被更容易的去除。由于吸附和類芬頓的協(xié)同效應(yīng)，可以有效的去除廢水中的重金屬，去除率可達(dá) 98.8%，同時(shí)可以去除 50%的 COD。在四次循環(huán)利用后，仍具有良好的效果。

針對農(nóng)業(yè)廢棄物及污水廠剩余污泥產(chǎn)生量大、資源化利用效率低等問題，該 成果通過反復(fù)分離純化，從實(shí)際堆肥體系獲得了可分別高效降解木質(zhì)纖維素、脂 肪、蛋白質(zhì)和淀粉等的 6 個(gè)純菌株，并保藏于中國典型微生物保藏中心（武漢）； 在此基礎(chǔ)上，通過科學(xué)復(fù)配，獲得了一種有機(jī)固體廢棄物好氧堆肥用復(fù)合微生物 菌劑，該菌劑有效解決了單一菌株轉(zhuǎn)化效率低，堆體升溫慢，堆肥周期長，無害 化程度不夠的現(xiàn)實(shí)問題，而且操作簡單，投加成本可控，二次污染小，得肥率高， 堆肥產(chǎn)品肥效優(yōu)，具有極大的實(shí)用價(jià)值。

以工業(yè)發(fā)酵檸檬酸的廢棄玉米渣（含菌絲體）和食用菌工廠化栽培產(chǎn)生的大 量菌根、菌渣為原料，采用高效生物轉(zhuǎn)化和膜譜分離技術(shù)制備新一代植物源氨糖 產(chǎn)品，具有高純度、無甲殼致敏源、無腥味、無重金屬污染的特點(diǎn)，能夠促進(jìn)關(guān) 節(jié)軟骨恢復(fù)、緩解骨關(guān)節(jié)痛、輔助治療骨關(guān)節(jié)炎，是重要的醫(yī)藥和功能食品原料。 項(xiàng)目申報(bào)專利 13 件，其中授權(quán)發(fā)明專利 3 件，授權(quán)實(shí)用新型專利 2 件；獲得省高新技術(shù)產(chǎn)品 5 個(gè)；獲國家星火計(jì)劃 1 項(xiàng)、江蘇省重大成果轉(zhuǎn)化 A 類項(xiàng)目 1 項(xiàng)、國際科技合作計(jì)劃（中以合作項(xiàng)目）1 項(xiàng)、江蘇省重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目 1 項(xiàng)江蘇省綠色制造清潔生產(chǎn)及工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目 1 項(xiàng)；獲具有國際先進(jìn)水平的省級鑒定成果 2 項(xiàng)；獲中國發(fā)明創(chuàng)業(yè)銀獎(jiǎng) 1 項(xiàng)。項(xiàng)目實(shí)施應(yīng)用單位建立了新型氨糖柔性生產(chǎn)線，生產(chǎn)的產(chǎn)品總量占國內(nèi)生產(chǎn)總量的 20%以上，近三年來新增銷售 11.3億元，新增利潤 1.22 億元，稅收 5088 萬元，出口創(chuàng)匯 5947 萬美元。項(xiàng)目解決了原料幾丁質(zhì)含量低、提取效率低、精制工藝難等瓶頸問題，提升了氨糖產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平和綜合效益。 

本實(shí)用新型公開了一種基于陰極電勢調(diào)控的生物電化學(xué)耦合上流式厭氧生物反應(yīng)裝置。該裝置中，上流式厭氧生物反應(yīng)器污泥層中設(shè)置環(huán)形電極，生物電極系統(tǒng)為所述的上流式厭氧生物反應(yīng)器筒體內(nèi)陰極附近的微生物提供能量較高的電子用于污染物的降解。參比電極通過緊固螺栓固定于生物陰極附近，并通過導(dǎo)線與在線檢測儀和計(jì)算機(jī)連接，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測耦合反應(yīng)器生物陰極的陰極電勢。可根據(jù)不同污染物降解所需的吉布斯自由能通過能斯特方程計(jì)算反應(yīng)所需的電勢差，并通過調(diào)節(jié)生物電化學(xué)系統(tǒng)的外加電壓將陰極電勢控制在略低于所需電勢差的范圍內(nèi)，達(dá)到低能耗，高效率地降解氯代硝基苯等難降解有機(jī)污染物的目的。

1 成果簡介利用生物方法進(jìn)行污水處理，已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展。但是，在活性污泥法的應(yīng)用中，仍然存在以下主要缺點(diǎn)：曝氣池占地面積很大，曝氣后氣體排放造成二次污染；曝氣過程中活性污泥、空氣和污水三相混合不均勻，氧傳遞速率較慢，氧氣利用率不高，使得曝氣效率低；剩余污泥排放量大。本研究室基于多年來對環(huán)流反應(yīng)器流體力學(xué)特性和工程應(yīng)用的研究，提出了采用多級環(huán)流裝置作為活性污泥曝氣的新方式，并經(jīng)過 10 多年的基礎(chǔ)、應(yīng)用以及工業(yè)化研究，形成了一套高效的活性污泥的處理污水的新工藝—多級環(huán)流曝氣工藝。該工藝可改善氧的傳質(zhì)，增加氧的利用率，從而減少動(dòng)力消耗；該工藝還可減少生物處理過程中剩余污泥的產(chǎn)量，減輕處理污泥的負(fù)擔(dān)；同時(shí)，該工藝的生物處理構(gòu)筑物占地面積顯著減小，可節(jié)約投資。該工藝已經(jīng)完成了 20 噸/天的工業(yè)中試，通過了專家鑒定；并在處理印 染污水等方面已經(jīng)建成了工業(yè)應(yīng)用裝置，目前運(yùn)行良好。 在多級環(huán)流曝氣工藝的基礎(chǔ)上，針對含有中低濃度難降解有機(jī)物的污水，本研究室又開發(fā)了厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣污水生物處理技術(shù)，以提高難降解有機(jī)物的處理效率。通過在多級環(huán)流塔內(nèi)的懸浮污泥中添加具有特殊孔隙結(jié)構(gòu)和尺度的載體材料，利用氧的傳遞阻力在載體內(nèi)部形成厭氧菌生存的環(huán)境，構(gòu)成專性厭氧菌生長區(qū)。通過被動(dòng)擴(kuò)散和流體的沖刷作用，有機(jī)物可以擴(kuò)散進(jìn)入載體內(nèi)部，并被厭氧菌降解，同時(shí)載體內(nèi)部的厭氧降解產(chǎn)物也可進(jìn)入流化床主體，實(shí)現(xiàn)厭氧生物降解和好氧生物降解的耦合。該工藝具有高效的好氧降解過程和厭氧降解過程， 且將厭氧和好像過程結(jié)合在一個(gè)裝置中進(jìn)行，高度集成化，設(shè)備投資小、處理效率高、占地面積小。該工藝已經(jīng)在含酚廢水、 PTA 廢水、煉油廢水方面已經(jīng)開展了大量的工藝開發(fā)和工業(yè)模擬實(shí)驗(yàn)，取得了理想的處理效果。2 技術(shù)指標(biāo)（ 1） 多級環(huán)流曝氣：溶解氧濃度可達(dá)到 6mg/L 以上，較廊道式曝氣池，占地面積可減小 80% 以上，處理時(shí)間可縮短 50%以上。 （ 2） 厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣： COD 的容積負(fù)荷可達(dá)到 7g/L?d 以上，對 COD 濃度小于2500 mg/L 的含酚廢水、 PTA 廢水等廢水， COD 去除率達(dá)到 95％以上。3 應(yīng)用說明該技術(shù)主要針對各類石化、化工及其他含有難降解有機(jī)物廢水的處理，小規(guī)模現(xiàn)場集成式污水處理（如機(jī)場、遠(yuǎn)郊住宅小區(qū)等）以及污水的點(diǎn)源治理。 多級環(huán)流曝氣應(yīng)用包括兩種方式：① 以環(huán)流曝氣塔式設(shè)備替換現(xiàn)有的曝氣池、初沉池；② 在現(xiàn)有的深度在 4m 以上的廊道式曝氣池進(jìn)行改造。多級環(huán)流曝氣塔為新型塔式曝氣處理設(shè)備為專利設(shè)備，具有處理效率高，占地面積小等顯著優(yōu)勢。 20 噸/天的工業(yè)中試結(jié)果（乙烯綜合廢水， COD 約為 1000 mg/L，）顯示，和該廠現(xiàn)有的廊道式曝氣池相比，占地面積可減小 80% 以上，處理時(shí)間可縮短 50%以上， 出口廢水穩(wěn) COD 定在 60 mg/L 以內(nèi)，特別適合于土地資源緊張、處理效率要求高的生產(chǎn)、生活部門。多級環(huán)流曝氣塔頂部還有集成的泥水分離器，可將出水中的污泥分離，在污泥沉降良好的情況下，可直接排放，不需要初沉和二沉設(shè)備，使設(shè)備投資、能耗以及占地面積大幅度降低；即使對沉降性能不佳的污泥，也可達(dá)到初沉的作用，節(jié)省初沉設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用。 通過對現(xiàn)有的深度在 4m 以上的廊道式曝氣池進(jìn)行改造，也可實(shí)現(xiàn)多級環(huán)流曝氣，方法是在曝氣池內(nèi)改造曝氣系統(tǒng)，加裝多級導(dǎo)流筒內(nèi)構(gòu)件。其改造簡單，投資小，但對廢水處理的效果有顯著的提高。采用多級環(huán)流曝氣后，曝氣池內(nèi)的溶解氧濃度提高 50% （可達(dá)到 6 mg/L以上）以上，懸浮污泥濃度提高 30%以上，在達(dá)到相同處理效果的前提下，水力停留時(shí)間可減小 50%以上，處理負(fù)荷提高 50%以上，特別適合于對現(xiàn)有裝置增容的技術(shù)改造。由于溶解氧濃度高，剩余污泥的產(chǎn)量也顯著降低。 厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣工藝，通過在多級環(huán)流曝氣塔中添加高孔隙率的聚合物填料，在填料內(nèi)部形成的缺氧環(huán)境，可發(fā)生水解-酸化反應(yīng)，通過水解-酸化將難降解有機(jī)物降解為揮發(fā)性脂肪酸，進(jìn)一步由裝置中主體的懸浮污泥進(jìn)行好氧代謝，實(shí)現(xiàn)了厭氧—好氧生物降解的耦合，提高了難降解有機(jī)物的降解效率。工業(yè)模擬裝置的研究表明，對 COD 濃度達(dá)到 3500mg/L 的含酚廢水，采用厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣工藝， 24h 內(nèi) COD 可降解至 100 mg/L 以下；對 COD 濃度達(dá)到 2500 mg/L 的 PTA 廢水，采用厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣工藝， 16 h 內(nèi) COD可降解至 100 mg/L 以下；對 COD 達(dá)到 2000 mg/L， BOD/COD<0.1 的煉油廢水，采用厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣工藝， 24 h 內(nèi) COD 可降解至 60 mg/L 以下。上述處理效果，均優(yōu)于傳統(tǒng)的 A/O 或者 A/A/O 續(xù)批式聯(lián)合工藝，占地面積低于這些工藝的 1/8。4 合作方式商談。

通過多年集中攻關(guān)，針對性地解決了生物質(zhì)氣化轉(zhuǎn)化效率低、焦油、粉塵污染等問題。開發(fā)了較空氣氣化、 氧氣氣化等技術(shù)具有明顯優(yōu)勢的秸稈等氧氣—水蒸氣聯(lián)合氣化裝置及工藝，大幅促進(jìn)了氫氣、碳?xì)浠衔锏纳伞Ｕ麄€(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)富氫燃?xì)獯笠?guī)模生產(chǎn)、余熱利用、基于焦油完全轉(zhuǎn)化利用的污染物零排放。目前整套技術(shù)已經(jīng)在研發(fā)建設(shè)的秸稈處理量 1t/天氣化系統(tǒng)上完成調(diào)試，正在進(jìn)行系統(tǒng)大型化、集成化、工程化研究。

近年來，隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，聚合物基納米復(fù)合材料由于其優(yōu)異的力學(xué)性能和功能性在材料領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，如何實(shí)現(xiàn)聚合物基納米復(fù)合材料的高效、大規(guī)模、綠色環(huán)保、可持續(xù)且高度可控的制備仍然是一個(gè)世界難題。然而，對微生物輔助復(fù)合材料制備過程的探索有望為該問題提供一種全新的解決方案。