本科技发明是针对深度污水处理所存在的处理工艺复杂，生物曝气能耗大、效率偏低，污水处理中双膜工艺成本偏高，占地面积较大，操作费用高等一系列问题，采用微纳米曝气与纳滤净化系统相结合的污水处理技术，使含有高COD的有机废水经过处理后达到国家有关污水标准，并且为国家“十二五”计划提出的工业低能耗环保高效的目标提供可行性技术方案。

1、本作品的使用无泡曝气同好氧菌共同对污水进行曝气，是新一代的高效节能环保技术。无泡曝气生物反应器主要由自制聚偏氟乙烯微滤中空纤维丝与好氧菌组成。其中中空纤维膜既对生物膜供氧，又是生物膜附着的载体。在水处理中，常规曝气的能耗占整个流程装置中的约90%以上。与常规曝气相比，无泡曝气的最大优点就是大大降低了能耗。采用中空纤维膜进行微纳米气泡曝气还具有如下优点：（1）由于曝气不产生气泡或者产生的纳米气泡不可见氧直接以分子状态扩散进入生物膜，几乎百分之百地被吸收，传质效率可高达100％，因此溶解氧不再是限制微生物生长的决定因素。（2）由于生物膜生长在中空纤维膜的外表面，所以在供氧过程中，生物膜不会受到气体摩擦，不易脱落。（3）曝气过程不产生气泡，避免了传统曝气时污水中易挥发性物质如甲苯、苯酚随气泡进入大气而对环境造成的污染，同时不会由于表面活性剂的存在而产生泡沫。（4）曝气过程中气液两相分离，溶液的混合与供氧互不干扰，因此可以各自独立设计，反应器的形式更加灵活多变。（5）中空纤维膜的比表面积高，为氧的传递和生物膜的生长提供了巨大的表面积，有利于反应器向小型化发展。（6）反应器中气液两相分离，气体压力不受容器内混合、状态的影响，因此，可以通过调节气体压力的办法来控制氧的供应。对于一般废水，通过供氧控制，在保证生物膜生长需氧的同时，可以避免因过量曝气而使污水中O2浓度过高，大幅度降低运行费用。（7）总之，使用无泡曝气能使能耗大大降低，减少运行费用。 可以看到，无泡曝气比普通曝气性能好，但发展还不够成熟，不能广泛用于工业生产中。于是，我们要研究无泡曝气并将其应用于污水处理中，为今后发展无泡曝气处理污水工业提出可能并指引方向。
2、使用纳滤膜进行污水深度处理：
纳滤膜技术的特点决定了其在污水深度处理方面具有独特的作用，2010年在《Nature》杂志上关于污水处理方面Yale大学的水处理专家提出了用纳滤膜过程取代目前先进的双膜工艺的设想，与用超滤和反渗透过滤组成的双膜工艺相比，纳滤同时在兼有超滤与反渗透组成的双膜工艺所达到的工艺水平的同时，又能克服双膜工艺的不足。主要表现在在于操作压力低，产水质量高于超滤膜，节约能源，减小空间使用，性价比优势明显。反渗透膜处理水之前对水的要求很高，需要超滤预先处理，截留有机物，胶体、蛋白质、部分菌类等；同时反渗透操作需要很大的压力，能源消耗大；再者，能耗低，膜通量高，易清洗，技术装备简单，投资少等优点，大大的提高纳滤膜在污水处理中的可应用性，具有很高的经济效益，但是，目前市场上所售的纳滤膜材料均比超滤与反渗透材料成本高，并且处于国外技术垄断状态，所以，制备低压、高通量、抗污染纳滤膜材料是目前科研的方向以及市场需求所向。本作品采用了自制的高通量抗污染Pluronic F127共混聚醚砜纳滤膜组件，在性能和实际应用上都得到了水处理专家的广泛好评。此纳滤膜最高通量在0.2MPa下可达到18.1±0.1 L/m2h，其操作压力远低于目前市场上普通纳滤膜（0.6～1.0MPa）,并且通量高于普通纳滤膜材料的3～4倍。其抗污染性能通过对蛋白质、海藻酸钠和腐植酸等污染物的考察，充分证明其高效抗污染性能。进一步的实验证实其具有优良的抗氧化性能。 使用本作品中的纳滤膜对污水进行深度处理，能有效去除水中的无机和有机污染物等有害物质，而且对现实的工业实践具有现实意义。既节约了操作成本，又提高了生产效率，为国家提出的节能高效环保减排的工业改革提供有效的技术支持。
3、自行设计实现连续处理：本作品自制了可使生物曝气与分离系统实现连续性的缓冲器，从而填补了目前大型污水处理厂和化工厂无法实现污水深度处理连续操作的空白。与此同时，应用化工仪表以及电工学知识，作品加入了可以实现自动化的连续控制系统，达到污水循环处理，为进一步工业应用提供可实现的依据。

第十二届“挑战杯”作品 二等奖
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