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成果簡介：  基于厭氧生物濾床（AF）的基本運行特征，引入低能耗氣水混合動力，實現(xiàn)載體微流化，加強底物傳質(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模式。

本項目具有自主知識產(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、洗車等直到實驗室分析配制標準溶液的純水）的集裝式膜生物反 應器成套技術(shù)裝備。同時本裝置還適用于在本裝置的一個階段內(nèi)實現(xiàn)受污染水源地的飲 用水的供應的系列產(chǎn)品。 技術(shù)創(chuàng)新點： 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器。 3）不同處理程度的集裝式膜生物反應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)，可以達到無人監(jiān)管、在線檢測的水平，使人工費降低及自動 控制達到較高的水平。 應用領域：城市污水深度處理及回用

1. 項目概述常用的水處理技術(shù)有物理吸附法、化學氧化法和生物氧化法三類。其中以生物膜方式進行的生物處理過程能有效去除原水中可生物降解有機物、氨氮和鐵錳等污染物，使出水更安全可靠，在當前的水處理工程中得到了最為廣泛的應用，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，物理過濾和化學反應、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)濟有效、運行穩(wěn)定的新型生態(tài)工程，近年來已成為備受關注的焦點。但該項技術(shù)占地大，處理時間長，對水質(zhì)變化的適應性差，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)模高效率應用于水質(zhì)的處理。本項目針對為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、人工濕地生物預處理和微氧水處理技術(shù)引入富營養(yǎng)化飲用水源預處理過程，充分發(fā)揮其物理吸附、生物膜處理和植物效應的多級復合處理功能，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)適應性、耐候性，低能耗且無二次污染的高效生物復合床凈化技術(shù)。項目成果形成自主的知識產(chǎn)權(quán)。具有廣闊的工程應用前景。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化水處理體系；（2）基于小風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。

以太湖藍藻為原料，熱解制得藍藻生物炭，并進行α-Fe2O3 負載，制備了 藍藻生物炭復合材料。在鋅鎳合金電鍍廢水處理中，藍藻生物炭復合材料既可 以吸附廢水中的重金屬，同時能夠催化發(fā)生類芬頓反應生成·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合劑而產(chǎn)生的絡合態(tài)重金屬，破絡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，可以有效的去除廢水中的重金屬，去除率可達 98.8%，同時可以去除 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 成果通過反復分離純化，從實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 個純菌株，并保藏于中國典型微生物保藏中心（武漢）； 在此基礎上，通過科學復配，獲得了一種有機固體廢棄物好氧堆肥用復合微生物 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)，具有極大的實用價值。

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，能夠促進關 節(jié)軟骨恢復、緩解骨關節(jié)痛、輔助治療骨關節(jié)炎，是重要的醫(yī)藥和功能食品原料。 項目申報專利 13 件，其中授權(quán)發(fā)明專利 3 件，授權(quán)實用新型專利 2 件；獲得省高新技術(shù)產(chǎn)品 5 個；獲國家星火計劃 1 項、江蘇省重大成果轉(zhuǎn)化 A 類項目 1 項、國際科技合作計劃（中以合作項目）1 項、江蘇省重點技術(shù)創(chuàng)新計劃項目 1 項江蘇省綠色制造清潔生產(chǎn)及工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟項目 1 項；獲具有國際先進水平的省級鑒定成果 2 項；獲中國發(fā)明創(chuàng)業(yè)銀獎 1 項。項目實施應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。 

本實用新型公開了一種基于陰極電勢調(diào)控的生物電化學耦合上流式厭氧生物反應裝置。該裝置中，上流式厭氧生物反應器污泥層中設置環(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，并通過導線與在線檢測儀和計算機連接，用于實時監(jiān)測耦合反應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算反應所需的電勢差，并通過調(diào)節(jié)生物電化學系統(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)，達到低能耗，高效率地降解氯代硝基苯等難降解有機污染物的目的。

1 成果簡介利用生物方法進行污水處理，已經(jīng)經(jīng)歷了一個多世紀的發(fā)展。但是，在活性污泥法的應用中，仍然存在以下主要缺點：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)流反應器流體力學特性和工程應用的研究，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、應用以及工業(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，減輕處理污泥的負擔；同時，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)應用裝置，目前運行良好。 在多級環(huán)流曝氣工藝的基礎上，針對含有中低濃度難降解有機物的污水，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)。通過被動擴散和流體的沖刷作用，有機物可以擴散進入載體內(nèi)部，并被厭氧菌降解，同時載體內(nèi)部的厭氧降解產(chǎn)物也可進入流化床主體，實現(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)合在一個裝置中進行，高度集成化，設備投資小、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)模擬實驗，取得了理想的處理效果。2 技術(shù)指標（ 1） 多級環(huán)流曝氣：溶解氧濃度可達到 6mg/L 以上，較廊道式曝氣池，占地面積可減小 80% 以上，處理時間可縮短 50%以上。 （ 2） 厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣： COD 的容積負荷可達到 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 去除率達到 95％以上。3 應用說明該技術(shù)主要針對各類石化、化工及其他含有難降解有機物廢水的處理，小規(guī)模現(xiàn)場集成式污水處理（如機場、遠郊住宅小區(qū)等）以及污水的點源治理。 多級環(huán)流曝氣應用包括兩種方式：① 以環(huán)流曝氣塔式設備替換現(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行改造。多級環(huán)流曝氣塔為新型塔式曝氣處理設備為專利設備，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備，使設備投資、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，也可達到初沉的作用，節(jié)省初沉設備和運行費用。 通過對現(xiàn)有的深度在 4m 以上的廊道式曝氣池進行改造，也可實現(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% （可達到 6 mg/L以上）以上，懸浮污泥濃度提高 30%以上，在達到相同處理效果的前提下，水力停留時間可減小 50%以上，處理負荷提高 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，通過水解-酸化將難降解有機物降解為揮發(fā)性脂肪酸，進一步由裝置中主體的懸浮污泥進行好氧代謝，實現(xiàn)了厭氧—好氧生物降解的耦合，提高了難降解有機物的降解效率。工業(yè)模擬裝置的研究表明，對 COD 濃度達到 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，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，大幅促進了氫氣、碳氫化合物的生成。整個系統(tǒng)實現(xiàn)了高品質(zhì)富氫燃氣大規(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)建設的秸稈處理量 1t/天氣化系統(tǒng)上完成調(diào)試，正在進行系統(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，聚合物基納米復合材料由于其優(yōu)異的力學性能和功能性在材料領域發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，如何實現(xiàn)聚合物基納米復合材料的高效、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世界難題。然而，對微生物輔助復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。