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1、序号： 编码： 第十一届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书 作品名称： 一种生物膜处理污水的方法及其设备 学校全称： 华南农业大学 申报者姓名 （集体名称）： 张珺蓉 类别：自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类 说 明1申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端
2、正、清楚，此申报书可复制。4序号、编码由第十一届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛组委会填写。5学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上（文章版面尺寸14.522cm），附于申报书后，论文不超8000字，调查报告不超15000字。6作品申报书须按要求由各校竞赛组织协调机构统一寄送。7其他参赛事宜请向本校竞赛组织协调机构咨询。A1申报者情况（个人项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写，申报者情况栏内必须填写个人作品的第一作者（承担申报作品60%以上的工作者）；2本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认。姓 名张珺蓉性别女出
3、生年月1986年3月申报者情况学校全称华南农业大学专 业环境工程现学历硕士年级08级学制3年入学时间2008年9月作品全称一种生物膜处理污水的方法及其设备毕业论文题目以城市污水为水源的富营养化河湖除氮磷抑藻的“水下草坪”构建技术研究通讯地址广州市天河区五山华南农业大学资源环境学院708邮政编码510640单位电话13560225605常住地通讯地址广州市越秀区共和路11号301邮政编码510600住宅电话61335904合作者情况姓 名性别年龄学历所在单位黄新颖女28硕士华南农业大学资源环境学院吕丹丹男27硕士华南农业大学资源环境学院资 格 认定学校学籍管理部门意见 是否为2009年7月1日前
4、正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的各类高等院校中国学生（含专科生、本科生和研究生）。是 否若是，其学号为：2008212013 （部门盖章） 2011年3月 21 日院系负责人或导师意见 本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果 是 否 负责人签名： 2011年3 月 21日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认；3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书；4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称一种生物膜处理污水的方法及其设备作品
5、分类（ E ）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标随着我国经济的快速发展，城市基础设施发展跟不上人口的增加，大量的生活污水未经处理直接排入附近水体。许多城镇河涌接纳大量污水，远远超过其自净能力，严重的有机污染导致水中溶解氧快速消耗，河水由于厌氧呈现黑臭状态，严重影响了城镇居民的生产生活和
6、区域水环境质量，甚至阻碍城市的发展，迫切需要发展有效的治理技术控制污染，修复受破坏的河流生态系统。生物膜技术由于可在单位空间上固定富集大量具有降解功能的微生物，比较有利于流动水环境中有机物、氨氮等可生物降解污染物的去除，已成为采用较多且有效的污染河流原位生物治理技术之一。但已有的河流生物膜原位处理技术工艺，主要是借鉴污水处理中的接触氧化工艺，生物膜及载体完全淹没于水下，这样的处理方式在河水有机物浓度较高时，易受水中低溶解氧的制约，出现厌氧状态，再有就是，大量形成及脱落的生物膜很难收集带走，容易导致新的有机污染。针对这两个问题，本发明致力于研究一种新型悬挂毛细传质生物膜技术，利用介质的毛细作用将
7、可溶性有机物、氨氮转移到水上的生物膜，利用空气中的氧将其氧化，提高污染物的去除效率。（一）具体研究开发内容和要重点解决的技术关键问题（1）毛细传质介质和生物膜载体材料的筛选，随着对穿着舒适（快速吸排水及汗）的要求提高，目前已有许多具有较强毛细吸水性能织物材料被开发应用，因此本研究主要考虑从这些具有导湿功能的织物材料中选择毛细传质介质，将从毛细吸水作用强度和抗菌（耐久性）性两方面进行比较和筛选；生物膜载体主要选择在接触氧化工艺中常用、质量较轻的颗粒和片状载体，重点考察它们在悬挂状态、水及污染物通过毛细作用传导时的挂膜特性。（2）毛细传质生物膜单元的构建方式（载体与毛细传质介质结合方式）研究，由于
8、筛选的织物介质具有抗菌性，可能会影响到载体上生物膜生长，因此颗粒载体与织物介质的结合方式考虑两种：一是颗粒载体直接粘合在织物介质表面，二是颗粒粘合在无纺布表面，通过与无纺布缝合，毛细介质贴敷在颗粒载体上；对于片状载体，则是选择毛细介质包裹贴敷在其两面。主要通过比较挂膜量、污染物去除效果等优选结合方式。（3） 挂膜方式比较研究，本部分主要侧重研究生物膜单元两种挂膜方式：悬挂状态自然挂膜和淹没式人工曝气条件预先挂膜，比较这两种方式形成生物膜在悬挂状态下的污染物去除特性。 （4）悬挂生物膜污染物去除能力研究，主要研究毛细传质生物膜单元的有机物（COD）和氨氮的去除能力，以及研究确定单位水面面积上污染
9、物去除率达到最大的最优单元数。（5）处理装置辅助设施的设计开发，主要是漂浮框和传质介质支撑架材料的优选和处理装置规模设置。拟解决的技术难点：本项目所研究的悬挂生物膜对污染物去除速率最主要的限制在于水及污染物的传质速度，这主要与传质材料的传递性能有关，因此本技术拟解决的技术难点主要有两个：（1）具较强毛细作用及耐腐蚀特性且价廉易得介质材料的筛选。（2）可有效进行水分及污染物传递的毛细传质生物膜单元的构建方式。（二）项目的特色和创新之处主要创新点：首次提出利用毛细作用将有机污染严重的河涌水污染物转移到水上，利用悬挂生物膜原位处理的方式，摆脱水中溶解氧较低的限制，使得原位生物膜技术可以用于有机污染较
10、严重的河涌治理。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）由于对有机物等良好的降解效果，生物膜法也被应用于受生活污水等污染的河流治理中。河流原位治理生物膜技术主要措施是在污染河道中放置或填充能附着大量微生物生长的填料，微生物在表面不断生长逐渐形成生物膜，流过生物膜表面的污染物吸附降解，河水被净化。已有的净化河流的生物法有砾间接触氧化法、沟渠内接触氧化法、生物栅法等。砾间接触氧化法通过在河道内人工填充砾石，使河水与生物膜的接触面积提高数十倍以上，强化自然状态下的河流中的沉淀、吸附和氧化分解。20世纪90年代，日本
11、和韩国有许多受污染的河流采用砾间接触氧化法净化河道水质，最有代表性的是日本野川和韩国的良才川。沟渠内接触氧化法是在单一排水功能的河道内填充各种材质、形状大小的接触材料，如卵石、木炭、废陶、石灰石以及波板纤维或塑料材质的填料等，提高生物膜面积，强化河流的自净作用，日本研究人员曾将沸石粒覆盖的无纺布作为载体投加到污染河流中，无纺布表面富集的硝化细菌对氨氮的削减量达到50mg/L/d，强化氨氮的硝化作用。在国内，上海污染黑臭河流的治理中，黄民生等曾研究应用挂膜的生物栅技术处理河水中有机污染物；金腊华等研究尝试利用混凝土生态膜和悬浮生物膜对广州的污染河涌水进行处理，这些研究表明，利用受污染河水中土著微
12、生物完全可以进行自然挂膜，生长成熟的生物膜对河水中COD、氨氮等具较好的去除效果。但这些河流原位治理生物膜技术主要借鉴污水处理的接触氧化工艺，生物膜淹没于水下，靠河水流动自然复氧提供生物降解所需溶解氧，比较适用于有机污染较轻的河流，当水中有机物浓度较高时，自然复氧往往不能满足溶解氧的需求，必须强化供氧才能有效的对污染物进行去除，特别是氨氮。目前生物膜原位治理技术强化供氧主要是引入人工曝气装置，而且采用较大的曝气强度才能对污染物等有较高的去除效率，如操家顺等研究表明只有在充分曝气，水中溶解氧达到4mg/L时，COD等才具有70%以上的去除率，中度和微曝气时去除率都在50%以下。但人工曝气装置的动
13、力消耗，以及日常操作、维护管理等极大地增加了投资成本和管理难度，而且机械曝气加快生物膜表面水流，较强的水力剪切力致使生物膜的脱落加快从而形成较多污泥絮体，肖羽堂等对曝气富氧生物膜处理受污染河水研究表明，要保证较高的COD、氨氮去除率必须定期排泥，但在河道原位治理中，脱落的生物膜絮体易随水流带走，较难收集排除，容易导致新的污染。因此，利用生物膜技术原位治理有机污染严重的河水，低成本的强化供氧及实现脱落生物膜的简便收集是关键。本发明针对这一问题，在已有生物膜原位治理技术基础上，尝试研究将生物膜载体悬挂在水面以上，利用毛细作用将水中部分可溶性污染物转移到载体上培养富集微生物，载体表面形成生物膜暴露于
14、空气中，氧传递速度快，完全可满足高浓度污染物好氧生物降解，再通过与水下生物膜技术联合应用，可实现有机污染严重河涌高效且低成本的原位治理。作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果2010年9月22日经中华人民共和国国家知识产权局接收2011年3月18日获得华南农业大学丁颖杯二等奖作品所处阶 段（B ）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D （自填）技术转让方式作品可展示的形 式 实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测本发明将原位生物膜技术通过毛细传质技术，转移到水面之上，具有有机负荷高，供氧成本低，构建管理容易，管理灵活等优点。解决了目前生物膜技术低溶解氧限制的问题，可以应用于河流的原位处理，尤其是高污染的河段。运行和制备成本低，可持续的进行污水进化，净化效果持续有效。无需曝气装置的加入，运用于住宅区具有零噪声的优点。造价成本低，适用于农村和城镇分散式生活污水的处理，从源头控制污染源，改善河道水质。
