基本信息
- 项目名称：
- 污水处理工艺中的新型泥水分离装置
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品为一种应用于污水生物处理工艺中的新型泥水分离装置：使用含孔道的普通基材（如无纺布）作为载体，利用微生物的附着性能，使微生物附着在基材表面形成一层动态的生物过滤层。泥水混合物通过基材时由于微生物滤饼层微细孔道的截留作用，将活性污泥截留在反应池内，处理后的污水透过孔隙排出，从而实现泥水快速有效的分离。
- 详细介绍：
- 随着人口的增加和经济、社会的快速发展，水资源短缺和水污染成为当今人类社会面临的亟待解决的难题，如何经济、高效地处理生活污水和工业废水成为水处理领域的研究热点。 生物处理工艺在污水处理领域应用最为广泛也最为经济，该工艺通过适应污水条件的微生物代谢达到净化污水的目的。传统的污水生物处理工艺有多种运行方式，如活性污泥法、厌氧-缺氧-好氧法等，在污水处理工艺中，微生物菌体、细菌代谢产物、不可降解的有机物以及无机物统称为活性污泥。在污水中的污染物质降解完毕之后必须将活性污泥与净化后的污水有效分离才能最终达到污水净化的目的，因此泥水分离是污水生物处理中最后的也是至关重要的单元，二次沉淀池是这些工艺中典型的泥水分离装置。 序批式活性污泥法是一种新型的污水处理工艺，按时序分为五个阶段：进水、反应、沉淀、滗水、待机，可在一个反应池中实现脱氮除磷。该工艺不设二次沉淀池，但为实现泥水分离，同样需要较长的沉淀时间。如果污泥沉降性能差，就会大大延长反应周期，增加运行成本，而且为了实现泥水分离，在该工艺中，必须使用造价昂贵、结构复杂的滗水器。 本作品的目标是突破现有的通过沉淀实现固液分离的技术思路，将空气污染净化过程中的布袋除尘过滤技术思想引入到污水处理工艺中，并且将固液分离和污水生物净化合为同一单元。 本作品为一种应用于污水生物处理工艺中的新型泥水分离装置：使用含孔道的普通基材（如无纺布）作为载体，利用微生物的附着性能，使微生物附着在基材表面形成一层动态的生物过滤层。泥水混合物通过基材时由于微生物滤饼层微细孔道的截留作用，将活性污泥截留在反应池内，处理后的污水透过孔隙排出，从而实现泥水快速有效的分离。 作品的独到之处主要体现在： 1、将空气污染净化中的布袋除尘技术的基本原理和技术路线引入到污水处理工艺中，利用多孔基材上附着的微生物层达到泥水分离的目的，不需专门的沉淀或滗水时间，且分离效果好。 2、装置运行过程中可通过增加生物处理曝气量等方法实现微生物过滤层的动态化，实现自动控制，维持固液分离系统的稳定。 本作品作为新型泥水分离装置可实现批量化生产，现场安装，并且已在某长江大桥施工营地污水处理工程中完成中试试验，与传统的二次沉淀池和滗水器相比，该装置可明显降低投资和运行成本，而且处理效果更好。 与传统的泥水分离方法相比，该作品在以下几方面有独特的优越之处： 1、经济性 以某长江大桥施工营地污水处理工程中试试验为例，该工程处理规模为200吨/天，新型泥水分离装置价格为5670元，若采用二次沉淀池则需成本15000元，若采用滗水器则成本为40000元左右。可见，新型泥水分离装置可以明显节约建设成本。 2、便捷性 建设二次沉淀池需经过土方开挖、现场施工、养护等复杂过程，建设工期长、成本高、流程复杂，整个建造过程需7天-10天左右；序批式活性污泥法虽不需建二次沉淀池，但滗水器一般需要进口，安装困难，整个安装过程需3天左右，且滗水器运行复杂、容易损坏。 与二次沉淀池和滗水器相比，新型泥水分离装置可预先工业化加工生产，现场进行简单的组件拼装连接即可投入使用，操作简单，运行方便。以某长江大桥施工营地污水处理中试试验为例，新型泥水分离装置现场安装只需1天即可完成。 3、高效性 传统二次沉淀池和滗水器出水悬浮物浓度（SS）分别为30mg/L和20 mg/L，新型泥水分离装置出水悬浮物浓度为10mg/L。传统的二次沉淀池和滗水器的沉淀时间约为2小时和1小时，采用新型的泥水分离装置不需要专门的沉淀时间，可连续出水，处理效率更高。
作品图片
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
- 目的和思路：采用新型泥水分离装置，改进传统污水处理工艺中的固液分离单元，节省工程造价、降低运行成本、稳定出水水质。 创新点： 1、突破传统的依靠沉淀实现泥水分离的思路，将空气污染净化中的布袋除尘技术的技术路线引入到污水处理工艺中，利用多孔基材上附着的微生物层达到泥水分离的目的，不需专门的沉淀或滗水时间，处理效率高且分离效果好。 2、可通过增加生物处理曝气量等方法实现微生物过滤层的动态化，自动控制，维持固液分离系统的稳定。 技术关键： 1、微生物过滤层形成控制技术 根据微生物生长机理，建立合适的微生物生长模型，使微生物在无纺布上生长到适宜的厚度，形成动态过滤层。 2、微生物强化培养技术 控制曝气量、水力停留时间等条件，使微生物处于最佳状态从而快速增殖。 3、自动控制技术 建立自控模型，对出水通量在线检测，将结果输入PLC控制器，根据既设参数调节曝气量，使出水通量控制在合理的范围之内，维持固液分离系统的稳定。 主要技术指标：实验室试验以及现场中试结果表明，与活性污泥曝气池合建的新型泥水分离装置，当进水水质为：CODCr≤300，BOD5 ≤185，TN≤35，SS≤200时，出水水质为CODCr≤60，BOD5 ≤10，TN≤8，SS≤10，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准，单位为mg/L。
科学性、先进性
- 科学性： ①文献查阅。参考膜过滤技术和布袋除尘技术的文献资料，进行作品可行性研究。 ②试验研究。自行设计污水处理反应器，模拟试验，确定相关技术参数，为工程应用提供依据。 ③现场中试。在某施工营地进行了生活污水处理中试试验，现场取样检测结果表明，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。 先进性： ①处理效果好。传统二次沉淀池和滗水器出水悬浮物浓度（SS）为30mg/L和20 mg/L，该作品出水悬浮物浓度为10mg/L。 ②处理效率高。传统的二次沉淀池和滗水器的沉淀时间约为2小时和1小时，该作品不需专门的沉淀时间，可连续出水。 ③节约工程造价和运行成本。以某10万吨/天的城市生活污水处理厂为例，假设用新型泥水分离装置取代传统泥水分离工艺，工程造价可节省800万元左右，运行成本可节约2000-3000元/天。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 待定
作品可展示的形式
- 实物、展板、图片、现场演示
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
- 使用说明：该作品应用于污水处理工程中可预先加工生产，现场组件拼装后即可投入使用。 技术优势： 1、经济性：假设现有一适用于50万人口的生活污水处理厂，若用新型泥水分离装置取代传统泥水分离工艺，可节约工程造价800万元左右，节约运行成本2000-3000元/天。 2、便捷性：该作品可预先加工生产，操作简单，以某施工营地污水处理中试试验为例，现场安装仅1天即可完成。 3、高效性：与传统方法相比，新型泥水分离装置出水效果更优，经实验室研究和中试试验测定，出水水质达到国家一级标准。 适应范围和应用前景： 实验室研究和现场中试结果表明，本作品作为新型泥水分离装置可以有效改进现有的污水处理中的泥水分离单元，具有处理效果好、建设成本低、工艺稳定性强等优点，符合国家节能减排的政策要求，特别是在农村集镇、施工营地、部队营房、高速公路服务区等分散式污水处理场合，这种投资省、施工方便、维护要求低的技术更具有广阔的应用前景。
同类课题研究水平概述
- 在污水生物处理反应器中，微生物菌体、细菌代谢产物、不可降解的有机物以及无机物多呈絮状，统称为活性污泥絮体。生物处理反应完毕之后，必须将活性污泥与净化后的污水有效分离（简称泥水分离）才能最终达到污水净化的目的。目前国内外正在使用和研究的泥水分离技术主要有以下几种：二次沉淀池、滗水器、多孔填料。 二次沉淀池是一种传统的泥水分离装置，其工作原理是泥水混合液经过1-2小时的自然沉降，活性污泥絮体沉淀于反应池底部，上清液通过出水堰自流出池体，完成泥水分离过程。该泥水分离装置的优点是污水处理量大，工艺简单，适用于大型工程，缺点是需要长时间沉淀，因此需要较大的池体体积和建设成本。以适用于50万人口的县城、日处理量为10万吨的污水处理厂为例，二次沉淀池池体造价可达720万元，占地面积为1500m2，因此如何降低二次沉淀池的建设成本和建造面积是国内外的研究热点，但目前尚未取得突破性进展。 滗水器是应用于传统序批式污水处理工艺中的泥水分离装置，其基本原理是经过一定时间的自然沉降活性污泥沉淀于池底之后，通过自动控制系统控制滗水器在液面表面移动，上清液经滗水器流出反应池。使用该装置可省去二次沉淀池，但是该装置价格昂贵、使用寿命短，应用于3万吨/天的滗水器价格为3—5万元（不含自动控制设备）。目前国内外许多厂家和研究机构均致力于开发价格低廉、操作方便滗水器。 使用多孔填料作为泥水分离装置的原理是利用多孔介质的过滤性能，截留泥水混合液中的颗粒物质实现泥水分离。该装置泥水分离效果好，但一定周期内的反冲洗及高价的过滤材料限制了其在污水处理的广泛应用。探究适宜的操作条件、研制新型防堵塞填料是目前该领域的研究热点，现已有多层滤料以及新型填料的问世，使该技术有了一定程度的发展。 布袋除尘技术是一种空气净化工艺，其原理是含尘气体通过布袋时在布袋孔隙间累积形成滤饼层截留粉尘颗粒，实现“气—固”分离，该技术在空气污染净化中已得到广泛应用。但是将空气污染中的布袋除尘的技术思路引入到污水处理领域，使用含孔道的普通基材（如无纺布）作为载体，利用微生物的附着性能，使微生物附着在基材表面形成一层动态的生物过滤层实现泥水分离的固液分离技术，国内外目前均尚见到相关报道。
