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本項(xiàng)目以污水處理廠(chǎng)存在能源消耗高，二次污染等問(wèn)題，針對(duì)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(xiàn)性等問(wèn)題，采取學(xué)科交叉方式與物理學(xué)院、智能學(xué)院合作開(kāi)發(fā)新型水質(zhì)傳感器，開(kāi)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(chǎng)的智能節(jié)能減排創(chuàng)造提供技術(shù)支持。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:本項(xiàng)目以污水處理廠(chǎng)存在能源消耗高，二次污染等問(wèn)題，針對(duì)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(xiàn)性等問(wèn)題，采取學(xué)科交叉方式與物理學(xué)院、智能學(xué)院合作開(kāi)發(fā)新型水質(zhì)傳感器，開(kāi)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(chǎng)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(wàn)元在南開(kāi)大學(xué)津南校區(qū)建立了 1000 噸/日污水處理廠(chǎng)， 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(duì)人類(lèi)的生存環(huán)境已經(jīng)造成了嚴(yán)重的威脅。研究與開(kāi)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(wèn)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(jiǎn)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(duì)設(shè)備、催化條件高要求的缺點(diǎn)。且在催化劑合成過(guò)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(jiǎn)單無(wú)機(jī)離子，不對(duì)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(wèn)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(lèi)，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(jí)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(guó)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(jiǎn)單的無(wú)機(jī)離子，如CO32-和HCO3-。

本項(xiàng)目具有自主知識(shí)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(guān)用水、綠化、洗車(chē)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(duì)不同城市污水水質(zhì)可以選擇不同的膜材質(zhì)。 2）針對(duì)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(hù)需求的回 用水質(zhì)。 4）開(kāi)發(fā)的自控技術(shù)，可以達(dá)到無(wú)人監(jiān)管、在線(xiàn)檢測(cè)的水平，使人工費(fèi)降低及自動(dòng) 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

1. 項(xiàng)目概述常用的水處理技術(shù)有物理吸附法、化學(xué)氧化法和生物氧化法三類(lèi)。其中以生物膜方式進(jìn)行的生物處理過(guò)程能有效去除原水中可生物降解有機(jī)物、氨氮和鐵錳等污染物，使出水更安全可靠，在當(dāng)前的水處理工程中得到了最為廣泛的應(yīng)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(duì)CODcr處于100以下的低營(yíng)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(yíng)養(yǎng)化地表飲用水的處理。綜合利用生物膜，物理過(guò)濾和化學(xué)反應(yīng)、沉積等過(guò)程處理污染水源的人工濕地凈化技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)有效、運(yùn)行穩(wěn)定的新型生態(tài)工程，近年來(lái)已成為備受關(guān)注的焦點(diǎn)。但該項(xiàng)技術(shù)占地大，處理時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)水質(zhì)變化的適應(yīng)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(wú)法大規(guī)模高效率應(yīng)用于水質(zhì)的處理。本項(xiàng)目針對(duì)為150以下的低濃度廢水或富營(yíng)養(yǎng)化地表水，將固定床生物膜處理、人工濕地生物預(yù)處理和微氧水處理技術(shù)引入富營(yíng)養(yǎng)化飲用水源預(yù)處理過(guò)程，充分發(fā)揮其物理吸附、生物膜處理和植物效應(yīng)的多級(jí)復(fù)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(kāi)發(fā)具有良好的水質(zhì)適應(yīng)性、耐候性，低能耗且無(wú)二次污染的高效生物復(fù)合床凈化技術(shù)。項(xiàng)目成果形成自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。具有廣闊的工程應(yīng)用前景。2. 技術(shù)優(yōu)勢(shì)（1）基于多孔介質(zhì)填料固定床的生物膜強(qiáng)化水處理體系；（2）基于小風(fēng)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(fù)合床系統(tǒng)。以富營(yíng)養(yǎng)化水源地的劣V類(lèi)水（CODcr為50至100）為例，采用新型生物復(fù)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(lèi)乃至更優(yōu)水平。

本發(fā)明公開(kāi)了一種雙向流內(nèi)循環(huán)式PS高級(jí)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(kāi)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(kāi)口;反應(yīng)器罐體底部設(shè)有無(wú)動(dòng)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(duì)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(dòng)力消耗小,無(wú)動(dòng)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(jiǎn)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(guò)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(lái)對(duì)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(jí)環(huán)流裝置作為活性污泥曝氣的新方式，并經(jīng)過(guò) 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(jí)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(dòng)力消耗；該工藝還可減少生物處理過(guò)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(guò)了專(zhuān)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(jí)環(huán)流曝氣工藝的基礎(chǔ)上，針對(duì)含有中低濃度難降解有機(jī)物的污水，本研究室又開(kāi)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(guò)在多級(jí)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(zhuān)性厭氧菌生長(zhǎng)區(qū)。通過(guò)被動(dòng)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(guò)程和厭氧降解過(guò)程， 且將厭氧和好像過(guò)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(kāi)展了大量的工藝開(kāi)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(jí)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(duì) 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(shuō)明該技術(shù)主要針對(duì)各類(lèi)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(chǎng)集成式污水處理（如機(jī)場(chǎng)、遠(yuǎn)郊住宅小區(qū)等）以及污水的點(diǎn)源治理。 多級(jí)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(jí)環(huán)流曝氣塔為新型塔式曝氣處理設(shè)備為專(zhuān)利設(shè)備，具有處理效率高，占地面積小等顯著優(yōu)勢(shì)。 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(chǎng)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?xún)?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(mén)。多級(jí)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(duì)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(guò)對(duì)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(jí)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(jí)導(dǎo)流筒內(nèi)構(gòu)件。其改造簡(jiǎn)單，投資小，但對(duì)廢水處理的效果有顯著的提高。采用多級(jí)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(duì)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(guò)在多級(jí)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(guò)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(duì) 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(duì) 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(duì) 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(chǎng)的脫水污泥利用中水調(diào)制到適當(dāng)濃度，然后對(duì)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(guò)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(chǎng)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(chǎng)改造前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)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(duì)比較研究，對(duì)比分析污水處理廠(chǎng)采用兩種工藝時(shí)的成本能耗、凈利潤(rùn)和技術(shù)效率，采用敏感性分析評(píng)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(kāi)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(duì)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(duì)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(duì)電芬頓系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)出水進(jìn)行處理并對(duì)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(yáng)極分別通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與電芬頓系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)的對(duì)應(yīng)的陽(yáng)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(guò)整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)合作用強(qiáng)化降解效果，無(wú)需外加能源，也無(wú)需投加藥劑，是一種節(jié)能環(huán)保的水處理技術(shù)。