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科技成果展示|人造生物膜-替代活性污泥法的净水新技术

访问量:398   发布时间:2023-11-17 15:53:47 字号+  字号-

成果简介

污泥围城是我国亟待解决的重大环境问题,其主要来源于活性污泥法处理污水过程中产生的大量剩余污泥。以人造生物膜(ABF)替代活性污泥法处理畜禽及水产养殖污水、工业废水等不同类型污水,都显示了快速启动、高效降解污染物、除臭和资源回用,无剩余污泥产生的性能。

人造生物膜是以生态学原理为指导、微生物学与现代生物技术结合、自主研发的科技成果,也是国内、外多项专利的产品形式。根据污染物性质,选择针对性应用菌株和适宜载体,经特殊固定化方法制备成膜片型、颗粒型、微囊型、泡沫块型和漂浮悬挂式装置等多种剂型,这些剂型产品均具有在水体中不流失、安全、高效、长效、抗逆性强,无剩余污泥产生等特点,可单独或配合使用。

人造生物膜可在新建污水厂使用,也便于污水处理厂改造升级,可充分利用原有设施,节省投资和人力,缩短工期;人造生物膜与净水设备结合成为高效、无污泥产生的新型净化装备,特别适用于农村小型、分散污水处理的场景;在畜禽、水产养殖污水处理和污染水环境原位修复中效果良好,应用范围广泛。

《人造生物膜-强化污水处理及污泥减量新技术》是经湖北省科技厅组织的专家鉴定为国际先进水平的创新成果,先后入选科技部、环保部、住建部、水利部四部联合发布的《节水治污水生态修复先进适用技术指导目录》、科技惠民计划项目等,现正在推广应用中。

技术领域

属于生物环保技术及产品,可替代现行国、内外污水处理主流技术-活性污泥法,应用于不同类型污水处理及源头污泥减量,革新传统污水处理工艺,节能减排,根除污泥围城后患。

成果背景

污泥围城是我国普遍存在的、亟待解决的重大环境问题,污水处理过程中剩余污泥是其主要来源,处置不当会造成二次污染。现行的污泥处理、处置都是污泥产生之后的方法,包括厌氧消化、焚烧、制造建材、肥料等,存在投资大、效率低、能耗高、成本高等问题和二次污染的隐患。从源头上大幅度削减污泥产量具有重要意义和实用价值,推广应用必将产生巨大社会、经济和生态效益。

《人造生物膜-替代活性污泥法的净水新技术》是在以上基础上自主研发的创新科技成果。

《人造生物膜-强化污水处理及污泥减量新技术》获得科技部创新基金和《3551人才计划》项目资助,《规模化养猪场高浓度有机污水处理集成技术及示范》也是武汉市科技局农业攻关计划项目;曾通过湖北省科技厅组织的专家鉴定,认定达到国际先进水平;先后获得武汉市科技进步奖、海内外华人华侨创新创业华创杯奖等多项奖励,现在已进入推广应用和产业化阶段。

成果类型

1、与本项目相关专利

(1)《一种人造生物膜及制备方法》,发明专利。

(2)《高磷高氨氮污水除磷脱氮及资源回收方法》,发明专利。

(3)《一种控制鱼虾塘中亚硝酸盐的生态学方法》,发明专利。

(4)《Artificial Bio-membrane and the Method for Manufacturing the Same》,美国专利。

(5)《人造生物膜漂浮悬挂式装置》实用新型专利。

2、与本项目相关专有技术

(1)以人造生物膜构建的无剩余污泥的净化系统。

(2)养猪污水处理新工艺。

(3)一种以人造生物膜构建生态河床的方法。

(4)一体化污水处理设备人造生物膜升级版。

(5)水产养殖水体净化及尾水处理新模式。

(6)一种遏制藻华制剂的制备方法。

3、成果鉴定及技术认定

(1)《人造生物膜长效净水剂的研制》湖北省科技厅组织专家鉴定为国际先进   水平(2004年);

(2)《人造生物膜-强化污水处理及污泥减量新技术》湖北省科技厅组织专家鉴定为国际先进水平(2013年)。

(3)《人造生物膜-养猪污水处理新工艺》已由湖北省生态环保厅推荐申报生态 环保部《国家先进污染防治技术》(2022.6)。

(4)《人造生物膜-强化污水处理及污泥减量专利技术推广应用及产业化》《一带一路生态环境治理技术及产品推荐目录》中华环保联合会(2022.4)。

(5)科技部、环保部、水利部、住建部推荐的《节水治污水生态修复先进适用技术指导目录》(2015年11月)。

(6)《人造生物膜-强化污水处理及污泥减量新技术》2017年入选中国环保产业协会水污染治理专业委员会和环保部对外合作中心合编的:《“十三五”水污染治理实用技术》。

(7)《人造生物膜-强化污水处理及污泥减量专利技术》科技部科技惠民计划推  荐先进科技成果(2012年)。

4、产品认定

(1)武汉市自主创新产品证书;

(2)中国环境科学学会认定环境友好型技术产品证书。

5、发表论文14篇(略)

成果介绍

1、技术原理

活性污泥法问世已逾百年,开生物净水技术的先河,但是大量剩余污泥带来的后患必须消除。

人造生物膜的研究和应用实践证明,微生物生存状态与在污水处理过程中污泥产量直接有关。微生物在自然界存在的方式有悬浮状态和附着状态,活性污泥法是利用培养大量悬浮状态的活性污泥微生物,通过它们新陈代谢活动降解污染物,繁殖自身达到污水净化的同时也产生了大量剩余污泥;天然生物膜是微生物附着状态,广泛存在于自然界中,在水体自净过程中也有重要作用,但天然生物膜的形成取决于载体的存在和性质,附着的微生物种类和性能不为人所控制,不排除病原微生物的存在,其在污水处理过程中约可减少污泥产量25%左右。

人造生物膜是以高效应用菌株为基础,采用特殊固定化方法制备而成,克服了一般微生物制剂存在的缺陷,在性能上超越了天然生物膜。人造生物膜这种形态的微生物环保产品,可以按污染物的性质和特点,选择针对性强的应用菌株,高密度、高强度的固定在适宜载体上,为其高效、长效奠定了基础;同时使膜内、外通透,保持良好的物质交流,实现污染物降解和微生物的自主更新,而非无限制的增殖;实验室和不同类型污水处理试验和工程应用实践,都证明了人造生物膜从源头削减污泥产量,具有替代活性污泥法的净化性能。

2、技术路线

(1)高效应用菌株选育:已拥有可供应用的高效菌株和储备。

(2)适宜载体的选择:载体必须具备与应用菌株良好的相容性、安全性、资源充足和经济性等条件。

(3)有效的多重固定化方法:克服常用固定化方法中用材的不稳定性,不被微生物降解或其它生物吞噬,要求保持其稳定、长效性。

(4)验证效果:通过实验室、小试、中试,或结合工程应用,对人造生物膜进行净化性能验证的同时,考核其源头削减污泥产量效果。

3、技术优势

人造生物膜最大的优势是在处理污水过程中,无需培养活性污泥细胞,启动快,效率高,不产生剩余污泥,实现源头污泥减量,发展新的污水处理工艺。其特点和性能如下:      

(1)在水体中不流失、高效、长效,最早应用的产品已逾12年。

(2)剂型多样(图1),可根据需要选择单独或配合使用,还可按污染物性质选择针对性的应用菌株制备人造生物膜。选用的应用菌株涵盖淡水、海水和半咸水,适应静止和流动水体、应用范围广泛。

(3)人造生物膜内的微生物对有生物毒性的物质和不良环境因素均有较强的耐受性,可用于医、药等难度大的废水处理。

(4)使用灵活,便于升级改造。除可用于新建工程,也可用于提标改造,充分利用原有的污水处理设施,节省基建投资和人工,缩短工期,降低运行成本。

(5)延伸多种技术和产品。如以人造生物膜装备污水处理一体化设备,推出高效无剩余污泥的升级换代产品;应用人造生物膜构建生态河床,不仅可适应水体流动、水位的变化,还可以适应通海河道潮汐的冲击、水位和盐度的变化。

4、阶段成果

(1)验证了人造生物膜替代活性污泥处理不同污水的性能和长效性(表1)。

表1. 不同类型污水处理过程中污泥减量效果

(2)综合比较证明人造生物膜优于天然生物膜和活性污泥法(表2)。

表2.人造生物膜与天然生物膜和活性污泥法的综合比较

成果亮点

1、人造生物膜替代活性污泥法,高效净水的同时无剩余污泥产生是本项技术最大亮点,将翻开污水处理工艺的新篇章,从源头上消除剩余污泥引发的环境问题,降低污水处理的投资与运行成本。

2、有效期长:膜片型应用最长者已逾12年。

3、工艺流程简洁,减少了污泥相关的设备、能耗、药剂、运输和处理费用,管理简便,节省人力。

4、适应范围广泛:包括新建和改造工程,以及农村分散、小型污水处理场景,对有生物毒性的医、药生产废水处理,以及污染水环境原位生态修复,覆盖淡、海水和流动水体原位生态修复。

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