《×××××》项目总结分析报告

《×××××》项目总结报告

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《动态生物膜通量提升关键技术研究》项目总结报告

一、项目概况

项目名称：动态生物膜通量提升关键技术研究

立项时间：2013年6月

项目编号：BY2013073-09

项目负责人：傅大放

合作企业：江苏百纳环境工程有限公司

经费情况：

项目经费来源预算经费单位：万元

合计2013年2014年2015年备注合计200 80 70 50

1.省拨款30 30 0 0

2.部门、地方配套0 0 0 0

3.承担单位自筹170 50 70 50

4.其他来源0 0 0 0

主要研究内容：

1. 利用CFD 技术，模拟动态生物膜形成、运行、反洗时的流场分布并考察对其过滤性能的影响，量化错流流速等操作参数；

2. 通过正交试验优化参数，结合CFD 流场模拟和传统过滤模型，建立有效的错流过滤模型，进而控制污泥絮体沉积，提高过滤通量，延长过滤周期；

3. 测试不同流场下膜污染情况，揭示流场条件与动态膜污染的关系；

4. 进行动态生物膜耦合生化工艺研究，提供全流程设计参数。

二、项目实施情况

主要工作：

项目研究工作主要体现在以下六个方面：

（1）自适应动态膜组件的设计及初步运行

根据自生动态膜特殊的过滤过程，设计了一种具有自适应性的特殊构型膜管。经比较，该自适应膜组件出水水质优、成膜时间短、稳定运行时间长、反洗效果佳，在各方面均优于常规的动态膜组件。

（2）动态生物膜过滤过程的计算流体力学模拟与解析

利用Fluent软件对内置式动态膜生物反应器和外置式动态膜组件进行了CFD三维模拟，分别用测速仪、PIV仪对模拟结果进行了验证，并分析比较了内置/外置膜组件的流场分布，发现外置式膜组件内流场分布均匀，流线规整且较为简单，无扰流、漩涡，有利于动态生物膜过滤过程的稳定运行。

（3）外置式管式动态膜系统的高通量稳定运行

根据CFD模拟结果对动态膜组件及配套装置进行了优化，并进行了为期一年的中试实验，以考察动态膜组件在120L/m2h通量运行时的特性。在中试实验基础上，总结了适用于自适应性微管式膜组件的使用方法。

（4）膜污染发展过程解析

利用多种测定方法分析了不同时刻动态膜污染层的结构参数及EPS含量，并结合膜阻力变化情况进行相关性分析。结果表明，动态膜的阻力与滤饼层厚度明显相关，而紧固态EPS中的多糖与膜阻力相关性明显。

（5）动态膜生物反应器内微生物群落多样性分析

采用Miseq高通量测序技术对自生动态膜生物反应器内粒径为42~50μm的样品A和150~200μm的样品B进行了测序，并对其微生物多样性和菌属组成进行了分析，发现动态膜生物反应器中有较高的生物多样性。不同粒径的活性污泥具有相同的优势菌门。

（6）动态膜生物反应器耦合稻壳碳源强化脱氮

利用预处理后的稻壳与悬浮球填料组合形成组合式生物碳强化脱氮填料。分析投加填料后系统对各项污染物指标的去除率变化，发现投加填料后，系统的TN去除效果增加了4%，而其余指标去除率变化不大。

该项目申请发明专利1项，实用新型专利6项，其中已授权发明专利1项。

该项目发布学术论文4篇，其中SCI检索2篇，中文核心期刊2篇。科技专著1部。

校企联合研发团队由项目负责人组织，定时沟通交流，充分发挥双方各自优势，严格按照项目计划时间表开展工作，认真落实各阶段工作，做到专人负责，定期检查，扎实有效的完成了本项目各阶段的计划目标。

培养博士研究生1名，硕士研究生2名。

项目经费按照预售执行，做到专款专用。

三、项目技术情况

研究方案和技术路线：

本项目采用理论研究、仿真与实验相结合、由浅入深、循序渐进的技术路线，如下图所示。

资料调研

模型研究

实验研究

样机制作

成果整理计算流体力学模拟技术的原理、方法及应用动态生物膜过滤模型、膜基材污染控制理论

动态生物膜形成、运行和反洗CFD模型的建立AAO+动态生物膜工艺系统建立与性能分析

小试试验、验证CFD模型

对污泥颗粒、错流流速等参数进行正交试验

新型超高通量动态膜组件的设计与制作

不少于6个月的现场中试

长期跟踪，监测组件及系统性能

撰写报告,发表论文

申请专利，申请鉴定

微生物EPS分析与控制、微生物与流场的关系动态生物膜耦合生化工艺研究

动态生物膜错流过滤模型的建立不同流场微生物的差异、对EPS的影响

基于以上的总体研究思路，本项目拟采取的具体技术方案如下：

（1）动态生物膜过滤过程的计算流体力学模拟

反应器

全场流态

设计并制作基本的反应器。

采用计算机商用软件进行计算流体力学模拟。主要步骤有：建立简化模型、利用GAMBIT 软件对模型进行网格化并确定边界条件、导入FLUENT 软件进行计算，得到初步模型。

采用PIV 系统对反应器内的流态进行量化测速，并对CFD 模拟结果进行不断校正。

根据校正后的CFD 模型得到全场流态，反馈反应器的设计并加以改进。

（2）关键参数组合优化及通量预测模型建立

设计正交试验，初步分析污泥颗粒分布、污泥浓度、错流流速、出水压差等关键参数对动态生物膜过滤性能的影响；

结合CFD 流场模拟、传统过滤模型及最优参数组合，建立错流过滤模型。

通过模型量化各种操作参数对工艺系统的影响，进而制定最佳

预测模型

CFD 模型

参数优化实验

过滤模型

最佳操作参数