《×××××》項目總結(jié)分析報告

1、項目總結(jié)報告作者：日期：2動態(tài)生物膜通量提升關(guān)鍵技術(shù)研究項目總結(jié)報告一、項目概況項目名稱：動態(tài)生物膜通量提升關(guān)鍵技術(shù)研究立項時間： 2013 年 6 月項目編號： BY2013073-09項目負責人：傅大放合作企業(yè)：江蘇百納環(huán)境工程有限公司經(jīng)費情況：項目經(jīng)費來源預(yù)算經(jīng)費單位：萬元合計2013 年2014 年2015 年備注合計2008070501.省撥款3030002.部門、地方配套00003.承擔單位自籌1705070504.其他來源0000主要研究內(nèi)容：1. 利用 CFD 技術(shù)，模擬動態(tài)生物膜形成、運行、反洗時的流場分布并考察對其過濾性能的影響，量化錯流流速等操作參數(shù)；2. 通過正交試驗優(yōu)

2、化參數(shù)，結(jié)合 CFD 流場模擬和傳統(tǒng)過濾模型，建立有效的錯流過濾模型，進而控制污泥絮體沉積，提高過濾通量，延長過濾周期；- 1 -3. 測試不同流場下膜污染情況， 揭示流場條件與動態(tài)膜污染的關(guān)系；4. 進行動態(tài)生物膜耦合生化工藝研究，提供全流程設(shè)計參數(shù)。二、項目實施情況主要工作：項目研究工作主要體現(xiàn)在以下六個方面：（1）自適應(yīng)動態(tài)膜組件的設(shè)計及初步運行根據(jù)自生動態(tài)膜特殊的過濾過程，設(shè)計了一種具有自適應(yīng)性的特殊構(gòu)型膜管。 經(jīng)比較， 該自適應(yīng)膜組件出水水質(zhì)優(yōu)、 成膜時間短、穩(wěn)定運行時間長、 反洗效果佳， 在各方面均優(yōu)于常規(guī)的動態(tài)膜組件。（2）動態(tài)生物膜過濾過程的計算流體力學(xué)模擬與解析利用 Flue

3、nt 軟件對內(nèi)置式動態(tài)膜生物反應(yīng)器和外置式動態(tài)膜組件進行了 CFD 三維模擬， 分別用測速儀、 PIV 儀對模擬結(jié)果進行了驗證，并分析比較了內(nèi)置 /外置膜組件的流場分布， 發(fā)現(xiàn)外置式膜組件內(nèi)流場分布均勻，流線規(guī)整且較為簡單，無擾流、漩渦，有利于動態(tài)生物膜過濾過程的穩(wěn)定運行。（3）外置式管式動態(tài)膜系統(tǒng)的高通量穩(wěn)定運行根據(jù) CFD 模擬結(jié)果對動態(tài)膜組件及配套裝置進行了優(yōu)化，并進行了為期一年的中試實驗，以考察動態(tài)膜組件在120L/m2h 通量運行時的特性。在中試實驗基礎(chǔ)上，總結(jié)了適用于自適應(yīng)性微管式膜組件的使用方法。（4）膜污染發(fā)展過程解析- 2 -利用多種測定方法分析了不同時刻動態(tài)膜污染層的結(jié)構(gòu)參

4、數(shù)及 EPS 含量，并結(jié)合膜阻力變化情況進行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，動態(tài)膜的阻力與濾餅層厚度明顯相關(guān)， 而緊固態(tài) EPS 中的多糖與膜阻力相關(guān)性明顯。（5）動態(tài)膜生物反應(yīng)器內(nèi)微生物群落多樣性分析采用 Miseq 高通量測序技術(shù)對自生動態(tài)膜生物反應(yīng)器內(nèi)粒徑為4250 m 的樣品 A 和 150200 m 的樣品 B 進行了測序，并對其微生物多樣性和菌屬組成進行了分析，發(fā)現(xiàn)動態(tài)膜生物反應(yīng)器中有較高的生物多樣性。不同粒徑的活性污泥具有相同的優(yōu)勢菌門。（ 6）動態(tài)膜生物反應(yīng)器耦合稻殼碳源強化脫氮利用預(yù)處理后的稻殼與懸浮球填料組合形成組合式生物碳強化脫氮填料。分析投加填料后系統(tǒng)對各項污染物指標的去除率變化

5、，發(fā)現(xiàn)投加填料后， 系統(tǒng)的 TN 去除效果增加了 4%，而其余指標去除率變化不大。該項目申請發(fā)明專利 1 項，實用新型專利 6 項，其中已授權(quán)發(fā)明專利 1 項。該項目發(fā)布學(xué)術(shù)論文 4 篇，其中 SCI 檢索 2 篇，中文核心期刊 2 篇?？萍紝Ｖ?1 部。校企聯(lián)合研發(fā)團隊由項目負責人組織，定時溝通交流，充分發(fā)揮雙方各自優(yōu)勢，嚴格按照項目計劃時間表開展工作，認真落實各階段工作，做到專人負責，定期檢查，扎實有效的完成了本項目各階段的計劃目標。- 3 -培養(yǎng)博士研究生1 名，碩士研究生2 名。項目經(jīng)費按照預(yù)售執(zhí)行，做到?？顚Ｓ?。三、項目技術(shù)情況研究方案和技術(shù)路線：本項目采用理論研究、仿真與實驗相結(jié)合

6、、由淺入深、循序漸進的技術(shù)路線，如下圖所示。- 4 -資計算流體力學(xué)模擬技術(shù)的原理、方法及應(yīng)用料調(diào)動態(tài)生物膜過濾模型、膜基材污染控制理論研微生物 EPS分析與控制、微生物與流場的關(guān)系模動態(tài)生物膜形成、運行和反洗 CFD模型的建立型研動態(tài)生物膜錯流過濾模型的建立究AAO+動態(tài)生物膜工藝系統(tǒng)建立與性能分析小試試驗、驗證 CFD模型實對污泥顆粒、錯流流速等參數(shù)進行正交試驗驗研不同流場微生物的差異、對 EPS的影響究動態(tài)生物膜耦合生化工藝研究樣新型超高通量動態(tài)膜組件的設(shè)計與制作機不少于 6個月的現(xiàn)場中試制作長期跟蹤，監(jiān)測組件及系統(tǒng)性能成撰寫報告 , 發(fā)表論文果整理申請專利，申請鑒定基于以上的總體研究思

7、路，本項目擬采取的具體技術(shù)方案如下：（ 1）動態(tài)生物膜過濾過程的計算流體力學(xué)模擬反應(yīng)器- 5 -全場流態(tài)量化流速測速實驗校正CFD模擬設(shè)計并制作基本的反應(yīng)器。采用計算機商用軟件進行計算流體力學(xué)模擬。主要步驟有： 建立簡化模型、利用GAMBIT 軟件對模型進行網(wǎng)格化并確定邊界條件、導(dǎo)入 FLUENT 軟件進行計算，得到初步模型。采用 PIV 系統(tǒng)對反應(yīng)器內(nèi)的流態(tài)進行量化測速，并對CFD 模擬結(jié)果進行不斷校正。根據(jù)校正后的 CFD 模型得到全場流態(tài)， 反饋反應(yīng)器的設(shè)計并加以改進。（ 2）關(guān)鍵參數(shù)組合優(yōu)化及通量預(yù)測模型建立CFD模型參數(shù)優(yōu)化實驗過濾模型預(yù)測模型最佳操作參數(shù)設(shè)計正交試驗， 初步分析污泥

8、顆粒分布、污泥濃度、錯流流速、出水壓差等關(guān)鍵參數(shù)對動態(tài)生物膜過濾性能的影響；結(jié)合 CFD流場模擬、 傳統(tǒng)過濾模型及最優(yōu)參數(shù)組合，建立錯流過濾模型。通過模型量化各種操作參數(shù)對工藝系統(tǒng)的影響，進而制定最佳- 6 -操作參數(shù)。（ 3）流場對微生物種群分布、EPS分泌的影響及膜污染控制研究主要方法如示意圖所示。EPS來源分析微生物群落測定膜污染理論膜污染物理、應(yīng)用 PCR-DGGE 、克隆測序等技術(shù)對生化區(qū)污泥及膜區(qū)污泥微生物種群分布進行測定；跟蹤測定生化反應(yīng)區(qū)、膜過濾區(qū)微生物胞外聚合物（EPS）的分泌量、種類；結(jié)合膜基材料表面化學(xué)性質(zhì)，定量分析對膜污染的影響，揭示不同流場、微生物種群、EPS分泌同膜

9、污染的關(guān)系，得出膜污染控制的物理、生物方法。（ 4）動態(tài)生物膜耦合生化工藝強化脫氮研究經(jīng)優(yōu)化的組件理論研究小試試驗中試研究理論分析動態(tài)生物膜耦合生化工藝強化脫氮的可行性及方法；- 7 -進行強化脫氮小試試驗；在小試基礎(chǔ)上，進行中試研究。其中，膜組件采用優(yōu)化設(shè)計的新型組件，操作參數(shù)、膜污染控制方法等同時進行中試驗證。解決的關(guān)鍵技術(shù)：（ 1）CFD模擬初始條件和邊界條件的確定；（ 2）多相流模型的準確選擇；（ 3）CFD模型的試驗驗證與修正。（ 4）正交試驗分析污泥顆粒分布、污泥濃度、錯流流速、出水壓差等關(guān)鍵參數(shù)對動態(tài)生物膜過濾性能的影響；（ 5）建立動態(tài)生物膜的錯流過濾模型；（ 6）通過模型選取

10、最佳操作參數(shù)。（ 7）不同流場微生物種群的測定及統(tǒng)計；（ 8）不同流場對微生物 EPS分泌的影響；（ 9）微生物種群、 EPS分泌同膜污染的關(guān)系。（ 10）強化膜區(qū)微生物脫氮的特性；（ 11）研究耦合運行條件的篩選、聯(lián)動方式的優(yōu)化；取得的突破性進展及創(chuàng)新點：（ 1）獨特的膜元件結(jié)構(gòu)及全過程 CFD模擬根據(jù)動態(tài)生物膜工藝的特殊過程，構(gòu)建了獨特的超高通量“可變彈性階梯管式動態(tài)膜元件” ，并用計算流體力學(xué)技術(shù)對動態(tài)生物膜的形成、運行和反洗進行全過程模擬。（2）結(jié)合 CFD流場模擬、傳統(tǒng)過濾模型及最優(yōu)參數(shù)組合，建- 8 -立錯流過濾模型結(jié)合 CFD流場模擬、傳統(tǒng)過濾模型及最優(yōu)參數(shù)組合，建立錯流過濾模型

11、，通過研究污泥絮體沉積情況，精確的描述過濾過程中膜通量下降的基本機理，并且通過該模型研究各種操作參數(shù)對工藝系統(tǒng)的影響，進而制定最佳操作參數(shù)。同時可獲得生活污水水質(zhì)的動態(tài)生物膜過濾通量預(yù)測模型。（3）揭示流場對微生物種群、EPS分泌的影響及與膜污染的關(guān)系考察不同流場對微生物種群的影響，為進一步優(yōu)化系統(tǒng)性能提供理論依據(jù)；實時跟蹤測定生化反應(yīng)區(qū)、膜過濾區(qū)微生物胞外聚合物（ EPS）的分泌量、種類的區(qū)別，結(jié)合膜基材料表面化學(xué)性質(zhì)，定量分析對膜污染的影響。進而揭示不同流場、微生物種群、 EPS 分泌同膜污染的關(guān)系，為進一步延長膜運行周期提供理論基礎(chǔ)。四、合同任務(wù)指標完成情況完成以下研究內(nèi)容：（ 1）高通

12、量動態(tài)膜組件的設(shè)計及初步運行。（ 2）流體力學(xué) CFD 錯流模型建立與解析。（ 3）高通量穩(wěn)定運行中試實驗。（ 4）膜污染過程解析（包括污染層結(jié)構(gòu)及EPS）。（ 5）微生物種群解析及耦合強化脫氮全流程實驗。完成以下指標：（ 1）在原產(chǎn)品基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，形成超高通量、耐污染新產(chǎn)- 9 -品 1 項，實現(xiàn) 120L/m2h 的運行通量，單周期運行時間大于8 小時。（2）在中試裝置基礎(chǔ)上，完成產(chǎn)品樣機及配套裝置1 套。研究報告 1 份。申請專利 7 件。發(fā)表學(xué)術(shù)論文 4 篇，其中 SCI 檢索 2 篇，中文核心期刊 2 篇。五、項目績效分析自適應(yīng)動態(tài)膜組件屬于污水處理工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，其可替代常規(guī)的二沉池，具有占地面積小、運行控制簡單、出水穩(wěn)定達標等優(yōu)點。相較于MBR ，其運行成本降低達80%以上，具備絕對的技術(shù)優(yōu)勢，十分有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。預(yù)計到 2020 年，自適應(yīng)動態(tài)膜組件有望實現(xiàn)國內(nèi)動態(tài)膜市場占主導(dǎo)地位，并具有顯著的經(jīng)濟效率和社