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項(xiàng)目成果/簡介:本項(xiàng)目以污水處理廠存在能源消耗高，二次污染等問題，針對污水體量龐大，復(fù)雜多變量，多相體系的數(shù)據(jù)信息滯后，強(qiáng)耦合，非線性等問題，采取學(xué)科交叉方式與物理學(xué)院、智能學(xué)院合作開發(fā)新型水質(zhì)傳感器，開發(fā)信息處理系統(tǒng)，多變量耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，深度學(xué)習(xí)和算法，構(gòu)建污水處理智能控制關(guān)鍵技術(shù)，儀器和設(shè)備。為污水廠的智能節(jié)能減排創(chuàng)造提供技術(shù)支持。應(yīng)用范圍:該技術(shù)主要應(yīng)用于給水處理系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)的智能控制。效益分析:項(xiàng)目的研究已經(jīng)進(jìn)行了多年， 2017 年投資 1500 萬元在南開大學(xué)津南校區(qū)建立了 1000 噸/日污水處理廠， 為傳感器的應(yīng)用和示范創(chuàng)造十分有利的條件。

本發(fā)明是一種溫和條件下利用含釩、鉬多金屬氧酸鹽催化劑降解污水中苯酚。苯酚是造紙、煉焦、煉油、塑料、農(nóng)藥、醫(yī)藥合成等行業(yè)生產(chǎn)的原料或中間體。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，未經(jīng)處理的含酚廢水對人類的生存環(huán)境已經(jīng)造成了嚴(yán)重的威脅。研究與開發(fā)高效、低成本的新型污水處理技術(shù)，特別是研究降解苯酚的高效降解技術(shù)，已成為環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)前沿和熱點(diǎn)問題。本發(fā)明設(shè)計(jì)提供的一種用于濕法氧化降解苯酚的多金屬氧酸鹽催化劑，(CTA)3+x [PVxMo12-xO40]（x = 1~3）。多酸催化劑具有合成方法簡單、催化降解高效(環(huán)境溫度下（15°C）空氣氧化降解苯酚，反應(yīng)60 min，苯酚去除率達(dá)到70% 以上，COD去除率達(dá)到70%，TOC去除率達(dá)到70%，苯酚完全礦化。0 °C 苯酚60 min 降解率達(dá)到60%以上)、可重復(fù)利用和催化反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。克服了濕法催化氧化技術(shù)對設(shè)備、催化條件高要求的缺點(diǎn)。且在催化劑合成過程中合成條件溫和（常壓）、合成時(shí)間短、易操作。降解產(chǎn)物為簡單無機(jī)離子，不對環(huán)境造成二次污染。 利用一種溫和條件下利用含釩、鉬多金屬氧酸鹽催化劑降解污水中苯酚的應(yīng)用，可以解決很多技術(shù)問題： 1、利用多金屬氧酸鹽的組成和結(jié)構(gòu)的多樣性，合成強(qiáng)氧化性的化合物，作為催化濕法氧化催化劑，降低濕法氧化的反應(yīng)條件，提高實(shí)用性，降低成本； 2、調(diào)節(jié)反荷離子的種類，合成多金屬氧酸鹽固體催化劑，在水相反應(yīng)中不溶脫，且易于分離重復(fù)使用，大大降低了催化劑使用成本； 3、多金屬氧酸鹽降解水中污染物苯酚反應(yīng)條件溫和，在常溫常壓條件下通入空氣就可達(dá)到苯酚的有效降解，節(jié)約大量能源； 4、雜多酸膠束催化體系的引入使苯酚降解的體系同時(shí)具有液膜法和高級氧化法的雙重功效，不僅提高了催化效果而且催化條件溫和。 此項(xiàng)目主要依托國家自然科學(xué)基金和吉林省環(huán)保局項(xiàng)目。 含釩多金屬氧酸鹽(CTA)3+x [PVxMo12-xO40]（x = 1~3）在催化空氣氧化降解苯酚污水中，在室溫、空氣壓力條件下，苯酚污水降解率達(dá)到90%到100%，并且苯酚分子被完全礦化為簡單的無機(jī)離子，如CO32-和HCO3-。

本項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室分析配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的純水）的集裝式膜生物反 應(yīng)器成套技術(shù)裝備。同時(shí)本裝置還適用于在本裝置的一個(gè)階段內(nèi)實(shí)現(xiàn)受污染水源地的飲 用水的供應(yīng)的系列產(chǎn)品。 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)： 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(yīng)器。 3）不同處理程度的集裝式膜生物反應(yīng)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(dá)到無人監(jiān)管、在線檢測的水平，使人工費(fèi)降低及自動 控制達(dá)到較高的水平。 應(yīng)用領(lǐng)域：城市污水深度處理及回用

本發(fā)明公開了一種雙向流內(nèi)循環(huán)式PS高級氧化反應(yīng)器及污水處理方法,包括反應(yīng)器,其內(nèi)設(shè)兩個(gè)位置上下交錯(cuò) 且同心的內(nèi)筒和外筒;內(nèi)筒的上端開口,內(nèi)筒的下端與反應(yīng)器罐體底連接;外筒上端與反應(yīng)器罐體頂連接,外筒的下端開口;反應(yīng)器罐體底部設(shè)有無動力自吸回流系 統(tǒng)和傘狀錐形布水器;一條由反應(yīng)器罐體頂部伸向底部的催化劑加藥管,其下端對應(yīng)連通傘狀錐形布藥器,傘狀錐形布藥器位于反應(yīng)器布水混合區(qū)域之內(nèi);還包括圓 環(huán)形布水擋板,進(jìn)水混合裝置,二次加藥裝置等.本反應(yīng)器結(jié)構(gòu)高徑比小,反應(yīng)空間利用充分,容積負(fù)荷率高,動力消耗小,無動力回流系統(tǒng)使未反應(yīng)完的污染物和 藥劑重復(fù)處理,提高了藥劑利用率,降低了藥劑消耗和能量消耗,降低成本。

1 成果簡介利用生物方法進(jìn)行污水處理，已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展。但是，在活性污泥法的應(yīng)用中，仍然存在以下主要缺點(diǎn)：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(yīng)器流體力學(xué)特性和工程應(yīng)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(chǔ)、應(yīng)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(fù)擔(dān)；同時(shí)，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(yīng)用裝置，目前運(yùn)行良好。 在多級環(huán)流曝氣工藝的基礎(chǔ)上，針對含有中低濃度難降解有機(jī)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(jī)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(kuò)散和流體的沖刷作用，有機(jī)物可以擴(kuò)散進(jìn)入載體內(nèi)部，并被厭氧菌降解，同時(shí)載體內(nèi)部的厭氧降解產(chǎn)物也可進(jìn)入流化床主體，實(shí)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(gè)裝置中進(jìn)行，高度集成化，設(shè)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(shí)驗(yàn)，取得了理想的處理效果。2 技術(shù)指標(biāo)（ 1） 多級環(huán)流曝氣：溶解氧濃度可達(dá)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(shí)間可縮短 50%以上。 （ 2） 厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣： COD 的容積負(fù)荷可達(dá)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(dá)到 95％以上。3 應(yīng)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(jī)物廢水的處理，小規(guī)模現(xiàn)場集成式污水處理（如機(jī)場、遠(yuǎn)郊住宅小區(qū)等）以及污水的點(diǎn)源治理。 多級環(huán)流曝氣應(yīng)用包括兩種方式：① 以環(huán)流曝氣塔式設(shè)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(jìn)行改造。多級環(huán)流曝氣塔為新型塔式曝氣處理設(shè)備為專利設(shè)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(shí)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(shè)備，使設(shè)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(dá)到初沉的作用，節(jié)省初沉設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用。 通過對現(xiàn)有的深度在 4m 以上的廊道式曝氣池進(jìn)行改造，也可實(shí)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(dǎo)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(dá)到 6 mg/L以上）以上，懸浮污泥濃度提高 30%以上，在達(dá)到相同處理效果的前提下，水力停留時(shí)間可減小 50%以上，處理負(fù)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(yīng)，通過水解-酸化將難降解有機(jī)物降解為揮發(fā)性脂肪酸，進(jìn)一步由裝置中主體的懸浮污泥進(jìn)行好氧代謝，實(shí)現(xiàn)了厭氧—好氧生物降解的耦合，提高了難降解有機(jī)物的降解效率。工業(yè)模擬裝置的研究表明，對 COD 濃度達(dá)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(dá)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(dá)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。

將城市污水處理廠的脫水污泥利用中水調(diào)制到適當(dāng)濃度，然后對污泥進(jìn)行熱堿預(yù)處理，使污泥細(xì)胞破壁，充分釋碳。在中溫條件下進(jìn)行堿性厭氧發(fā)酵生產(chǎn)VFAs（揮發(fā)性脂肪酸），發(fā)酵后污泥在利用木屑和氯化鎂聯(lián)合調(diào)理后通過板框壓濾機(jī)進(jìn)行高干脫水實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液的回收并去除發(fā)酵液中部分的氮和磷。回收得到的 富含 VFAs 的發(fā)酵液添加到城市污水處理廠的生物處理單元，作為補(bǔ)充碳源，強(qiáng)化污水的生物脫氮除磷，從而達(dá)到去除污染物的目的。具體技術(shù)內(nèi)容包括污泥預(yù)處理、污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸、污泥深度脫水以及有機(jī) 酸強(qiáng)化污水脫氮除磷技術(shù)。

該研究采用污水處理廠改造前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對傳統(tǒng)活性污泥法和膜生物反應(yīng)器（MBR）兩種污水處理工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的嚴(yán)格配對比較研究，對比分析污水處理廠采用兩種工藝時(shí)的成本能耗、凈利潤和技術(shù)效率，采用敏感性分析評價(jià)計(jì)算結(jié)果的可靠性，為污水處理工藝的選擇和應(yīng)用提供技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的理性參考。

本發(fā)明公開了一種基于排陣型濕地微生物燃料電池供電的電芬頓污水處理系統(tǒng)及處理方法。系統(tǒng)包括：用于對污水進(jìn)行預(yù)處理的納米鐵碳微電解反應(yīng)區(qū)；用于對納米鐵碳微電解反應(yīng)區(qū)出水進(jìn)行處理的電芬頓系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)；用于對電芬頓系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)出水進(jìn)行處理并對其進(jìn)行供電的排陣型濕地微生物燃料電池；其中，所述的排陣型濕地微生物燃料電池為多個(gè)濕地微生物燃料電池相連形成的濕地微生物燃料電池組；濕地微生物燃料電池組的陰極、陽極分別通過導(dǎo)線與電芬頓系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)的對應(yīng)的陽極、陰極連接。本發(fā)明還提供了污水處理方法。本發(fā)明通過整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)合作用強(qiáng)化降解效果，無需外加能源，也無需投加藥劑，是一種節(jié)能環(huán)保的水處理技術(shù)。