基本信息
- 项目名称：
- 一种生物膜处理污水的方法及其设备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目是一种改进的生物膜技术，用于河涌等生活废水的治理，能够在传统的技术上节约运行成本，提高对化学需氧量和氨氮的去除效果。
- 详细介绍：
- 随着我国经济的快速发展，城市基础设施发展跟不上人口的增加，大量的生活污水未经处理直接排入附近水体。许多城镇河涌接纳大量污水，远远超过其自净能力，严重的有机污染导致水中溶解氧快速消耗，河水由于厌氧呈现黑臭状态，严重影响了城镇居民的生产生活和区域水环境质量，甚至阻碍城市的发展，迫切需要发展有效的治理技术控制污染，修复受破坏的河流生态系统。 生物膜技术由于可在单位空间上固定富集大量具有降解功能的微生物，比较有利于流动水环境中有机物、氨氮等可生物降解污染物的去除，已成为采用较多且有效的污染河流原位生物治理技术之一。但已有的河流生物膜原位处理技术工艺，主要是借鉴污水处理中的接触氧化工艺，生物膜及载体完全淹没于水下，这样的处理方式在河水有机物浓度较高时，易受水中低溶解氧的制约，出现厌氧状态，再有就是，大量形成及脱落的生物膜很难收集带走，容易导致新的有机污染。针对这两个问题，本发明致力于研究一种新型悬挂毛细传质生物膜技术，利用介质的毛细作用将可溶性有机物、氨氮转移到水上的生物膜，利用空气中的氧将其氧化，提高污染物的去除效率。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 已有的河流生物膜原位处理技术工艺，主要是借鉴污水处理中的接触氧化工艺，生物膜及载体完全淹没于水下，这样的处理方式在河水有机物浓度较高时，易受水中低溶解氧的制约，出现厌氧状态，再有就是，大量形成及脱落的生物膜很难收集带走，容易导致新的有机污染。针对这两个问题，本发明致力于研究一种新型悬挂毛细传质生物膜技术，利用介质的毛细作用将可溶性有机物、氨氮转移到水上的生物膜，利用空气中的氧将其氧化，提高污染物的去除效率。 （一）具体研究开发内容和要重点解决的技术关键问题 （1） 毛细传质介质和生物膜载体材料的筛选， （2） 毛细传质生物膜单元的构建方式（载体与毛细传质介质结合方式）研究 （3） 挂膜方式比较研究 （4） 悬挂生物膜污染物去除能力研究 （5） 处理装置辅助设施的设计开发 拟解决的技术难点： 本项目所研究的悬挂生物膜对污染物去除速率最主要的限制在于水及污染物的传质速度，这主要与传质材料的传递性能有关，因此本技术拟解决的技术难点主要有两个： （1）具较强毛细作用及耐腐蚀特性且价廉易得介质材料的筛选。 （2）可有效进行水分及污染物传递的毛细传质生物膜单元的构建方式。 （二）项目的特色和创新之处 主要创新点： 首次提出利用毛细作用将有机污染严重的河涌水污染物转移到水上，利用悬挂生物膜原位处理的方式，摆脱水中溶解氧较低的限制，使得原位生物膜技术可以用于有机污染较严重的河涌治理
科学性、先进性
- 本发明在已有生物膜原位治理技术基础上，尝试研究将生物膜载体悬挂在水面以上，利用毛细作用将水中部分可溶性污染物转移到载体上培养富集微生物，载体表面形成生物膜暴露于空气中，氧传递速度快，完全可满足高浓度污染物好氧生物降解，再通过与水下生物膜技术联合应用，可实现有机污染严重河涌高效且低成本的原位治理。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年9月22日经中华人民共和国国家知识产权局接收 2011年3月18日获得华南农业大学丁颖杯二等奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 专利
作品可展示的形式
- 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本发明将原位生物膜技术通过毛细传质技术，转移到水面之上，具有有机负荷高，供氧成本低，构建管理容易，管理灵活等优点。解决了目前生物膜技术低溶解氧限制的问题，可以应用于河流的原位处理，尤其是高污染的河段。运行和制备成本低，可持续的进行污水进化，净化效果持续有效。无需曝气装置的加入，运用于住宅区具有零噪声的优点。造价成本低，适用于农村和城镇分散式生活污水的处理，从源头控制污染源，改善河道水质。推广于河涌治理可以有效消除有机污染河涌的黑臭，提高河流水环境质量，改善河流周边居民的生活环境，改善广州市的河涌环境，为广州市的碧水工程贡献一份力量，还人民以清洁的河水和亲水的心。使用这种毛细传质的生物膜技术不需要人工曝气，通过自然复氧减少的曝气成本和运行维护费用，装置放置在河边自动运行，管理方便，节约人力。在河道周边可以建设一些亲水工程，让市民游览，欣赏景观之余可以了解我们技术的基本情况，增加对环境污染和治理的认识。
同类课题研究水平概述
- 河流原位治理生物膜技术主要措施是在污染河道中放置或填充能附着大量微生物生长的填料，微生物在表面不断生长逐渐形成生物膜，流过生物膜表面的污染物吸附降解，河水被净化。已有的净化河流的生物法有砾间接触氧化法、沟渠内接触氧化法、生物栅法等。砾间接触氧化法通过在河道内人工填充砾石，使河水与生物膜的接触面积提高数十倍以上，强化自然状态下的河流中的沉淀、吸附和氧化分解。20世纪90年代，日本和韩国有许多受污染的河流采用砾间接触氧化法净化河道水质，最有代表性的是日本野川和韩国的良才川。沟渠内接触氧化法是在单一排水功能的河道内填充各种材质、形状大小的接触材料，如卵石、木炭、废陶、石灰石以及波板纤维或塑料材质的填料等，提高生物膜面积，强化河流的自净作用，日本研究人员曾将沸石粒覆盖的无纺布作为载体投加到污染河流中，无纺布表面富集的硝化细菌对氨氮的削减量达到50mg/L/d，强化氨氮的硝化作用。在国内，上海污染黑臭河流的治理中，黄民生等曾研究应用挂膜的生物栅技术处理河水中有机污染物；金腊华等研究尝试利用混凝土生态膜和悬浮生物膜对广州的污染河涌水进行处理，这些研究表明，利用受污染河水中土著微生物完全可以进行自然挂膜，生长成熟的生物膜对河水中COD、氨氮等具较好的去除效果。但这些河流原位治理生物膜技术主要借鉴污水处理的接触氧化工艺，生物膜淹没于水下，靠河水流动自然复氧提供生物降解所需溶解氧，比较适用于有机污染较轻的河流，当水中有机物浓度较高时，自然复氧往往不能满足溶解氧的需求，必须强化供氧才能有效的对污染物进行去除，特别是氨氮。目前生物膜原位治理技术强化供氧主要是引入人工曝气装置，而且采用较大的曝气强度才能对污染物等有较高的去除效率，如操家顺等研究表明只有在充分曝气，水中溶解氧达到4mg/L时，COD等才具有70%以上的去除率，中度和微曝气时去除率都在50%以下。但人工曝气装置的动力消耗，以及日常操作、维护管理等极大地增加了投资成本和管理难度，而且机械曝气加快生物膜表面水流，较强的水力剪切力致使生物膜的脱落加快从而形成较多污泥絮体，肖羽堂等对曝气富氧生物膜处理受污染河水研究表明，要保证较高的COD、氨氮去除率必须定期排泥，但在河道原位治理中，脱落的生物膜絮体易随水流带走，较难收集排除，容易导致新的污染。
