《×××××》項目總結(jié)報告

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1、《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)化參數(shù)，結(jié)合CFD流場模擬和傳統(tǒng)過濾模型，

2、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；-10-3.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Fluent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

3、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-10-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

4、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42~50μm的樣品A和150~200μm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，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

5、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?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。-10-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，做到專款專用。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、由淺入深、循序漸進的技術(shù)路線，如下圖所示。-10-基于以上的總體研究思路，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)

6、模擬反應(yīng)器測速實驗CFD模擬全場流態(tài)量化流速校正-10-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)測模型建立預(yù)測模型CFD模型參數(shù)優(yōu)化實驗過濾模型最佳操作參數(shù)設(shè)計正交試驗，初步分析污泥顆粒分布、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；結(jié)合CFD流場模擬、傳

7、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，進而制定最佳操作參數(shù)。-10-（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。膜污染物理、生物控制方法EPS來源分析微生物群落測定膜污染理論應(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