同济大学:第489期:第02版:同济报

“基于膜分离的废水深度处理和资源化关键技术”获上海市科技进步一等奖 成果已广泛应用于全国22 个工程


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  本报讯近日,上海市2017 年 度科学技术奖大会举行,我校夏四 清教授牵头的“基于膜分离的废水 深度处理和资源化关键技术与工 程应用”获得科技进步一等奖。校 科学技术管理部有关负责人介绍, 该项成果已经广泛应用于上海、江 苏、宁夏、浙江等地22 个污水处 理、垃圾焚烧发电等工程项目,产 生巨大的经济、社会和环境效益。
  膜分离技术是目前广泛应用 于饮用水和污水处理的一项新技 术。所谓膜分离技术是指在分子水 平上不同粒径分子的混合物在通 过不同孔径的膜时,实现选择性分 离的技术。根据孔径大小膜材料可 以分为:微滤膜( MF)、超滤膜 ( UF)、纳滤膜( NF)、反渗透膜 ( RO)等,膜分离采用错流过滤或 死端过滤(又称全量过滤)方式。夏 四清说,根据膜材料孔径大小,可 以实现不同的分离功能,微滤膜 MF的孔径为0.02~10 微米,可截留 悬浮物、胶体;超滤膜 UF孔径为 1~20 纳米,可截留铁锈、细菌等;纳 滤膜 NF孔径为1 纳米左右,可截 留有机物和色素、部分盐;反渗透 膜 RO 孔径0.1~1 纳米,截留盐及 小分子有机物。
  夏四清介绍,沉淀法无法满足 城镇污水处理新的排放标准,随着 污水深度处理需求增加,膜生物反 应器( MBR)技术近年来发展迅速, 但降低 MBR 运行能耗、解决膜污 染,对于科学工作者来说是一个科 研永远在路上的话题。夏四清说, 焚烧垃圾发电是近年来世界各国 变害为宝的一种竞相开展的建设 活动,它既可以产生电能,又解决 垃圾围城问题。但垃圾焚烧厂会产 生渗沥液,且污染物浓度极高、成 份复杂、难降解,只能通过强化生 物处理功能和多种膜耦合工艺处 理才能保证焚烧厂垃圾渗沥液的 达标从而保证主体工程正常生产。 水资源成为新建工业企业或扩大 生产的瓶颈,污水高标准回用既可 提高企业产能,又可减少对环境的 影响。但由于企业排放废水污染因 子差异大,需要开发特殊前处理的 多种膜分离技术才能达到高标准 废水资源化要求。
  十多年来,夏四清带领的团队 在国家水专项、863 计划等课题资 助下,开发出基于膜分离的废水深 度处理和资源化技术,取得了多项 创新性成果,其中包括优化了倒置 A/ A/ O( A:厌氧/ 缺氧, O:好氧) + MBR 工艺并采用 Swi ng(摇动)优 化 MBR 系统微生物功能节约曝气 量;发明了侧向配水 MBR、多级多 点回流反硝化 MBR 技术降低能 耗;全球首次将微矩阵基因芯片 ( Mi croarray)技术用于 MBR 内微 生物研究,发现了优势菌群;揭示 了微生物群感猝灭减缓 MBR 膜污 染机理,采用猝灭群感效应控制膜 污染;研发出微滤膜—超滤膜—反 渗透膜—混床组合工艺处理雨污 混合废水并实现装备化,出水达到 超纯水标准。“比如膜表面聚集的 菌群会出现某一类菌群汇聚而占 据优势地位的现象,我们既可以采 取瞬间杀灭以减轻其对膜孔堵塞, 从而减缓膜污染、也可利用它的高 效降解作用实现其对污染物的去 除,从而服务于净化目的。”夏四清 说,这些成果应用于株洲、无锡新 城等8 个城市污水深度处理工程, 总投资7.9 亿元,三年新增产值7.9 亿元,处理污水量2.85 亿吨。
  课题组还研发出基于超滤膜、 纳滤膜、反渗透膜多种膜组合工艺 的“ UASB(上流式厌氧污泥床)+ 多段 A/ O 强化”前处理技术,用于 处理处理垃圾焚烧厂渗沥液。中温 厌氧微生物分解有机污染并将难 降解污染物转变为小分子;两级前 置反硝化/ 硝化组合工艺实现高 氨氮渗沥液脱氮, MBR 出水杂用、 纳滤膜+ 反渗透膜产水用于循环 冷却水,确保主体工程生产。“成果 在 COD(化学需氧量)、 BOD(生化 需氧量)和氨氮浓度等多项水质指 标极高的情况下实现垃圾渗沥液 达标排放,并使超滤、纳滤膜的使 用寿命从传统的1.5~2.5 年延长到 3 年以上,保证了主体工程的正常 生产”,夏四清介绍,这项成果应用 于昆山鹿城、临海、温州等10 家垃 圾发电厂,每天焚烧垃圾9050 吨, 总投资26.37 亿元,三年新增产值 19.26 亿元,新增利润10.63 亿元。
  课题组还发明了基于超滤膜 ( UF)和反渗透膜( RO)组合技术的 特殊行业废水资源化技术,对含有 复杂污染因子的煤化工废水,首次 采用自行研发专利集成技术去除 特殊污染物,采用高效药剂软化工 艺防止膜污堵。针对含酸、含氟废 水首次研发了特殊化学工艺除氟、 低浓度氨氮特殊氧化去除技术,经 预处理后进入膜组合工艺使废水 达到资源化回用标准。该组合技术 已在无锡德宝公司、宁夏宝丰能源 公司等4 个废水资源化工程,总投 资4.92 亿元,三年新增产值3.36 亿 元,生产高质量回用水6829 万吨。
  上述成果应用于22 个工程,环 境效益包括三年减排 COD 23.1 万 吨、 BOD 8.5 万吨、氨氮1.8 万吨、 总氮9801 吨等。课题组获发明专利 20 项、实用新型专利10 项;发表论 文102 篇,其中 SCI 论文56 篇;培 养博士17 名,硕士20 名。(程国政)

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