成果簡介

污泥圍城是我國亟待解決的重大環(huán)境問題，其主要來源于活性污泥法處理污水過程中產(chǎn)生的大量剩余污泥。以人造生物膜（ABF）替代活性污泥法處理畜禽及水產(chǎn)養(yǎng)殖污水、工業(yè)廢水等不同類型污水，都顯示了快速啟動、高效降解污染物、除臭和資源回用，無剩余污泥產(chǎn)生的性能。

人造生物膜是以生態(tài)學(xué)原理為指導(dǎo)、微生物學(xué)與現(xiàn)代生物技術(shù)結(jié)合、自主研發(fā)的科技成果，也是國內(nèi)、外多項專利的產(chǎn)品形式。根據(jù)污染物性質(zhì)，選擇針對性應(yīng)用菌株和適宜載體，經(jīng)特殊固定化方法制備成膜片型、顆粒型、微囊型、泡沫塊型和漂浮懸掛式裝置等多種劑型，這些劑型產(chǎn)品均具有在水體中不流失、安全、高效、長效、抗逆性強(qiáng)，無剩余污泥產(chǎn)生等特點(diǎn)，可單獨(dú)或配合使用。

人造生物膜可在新建污水廠使用，也便于污水處理廠改造升級，可充分利用原有設(shè)施，節(jié)省投資和人力，縮短工期；人造生物膜與凈水設(shè)備結(jié)合成為高效、無污泥產(chǎn)生的新型凈化裝備，特別適用于農(nóng)村小型、分散污水處理的場景；在畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖污水處理和污染水環(huán)境原位修復(fù)中效果良好，應(yīng)用范圍廣泛。

《人造生物膜-強(qiáng)化污水處理及污泥減量新技術(shù)》是經(jīng)湖北省科技廳組織的專家鑒定為國際先進(jìn)水平的創(chuàng)新成果，先后入選科技部、環(huán)保部、住建部、水利部四部聯(lián)合發(fā)布的《節(jié)水治污水生態(tài)修復(fù)先進(jìn)適用技術(shù)指導(dǎo)目錄》、科技惠民計劃項目等，現(xiàn)正在推廣應(yīng)用中。

技術(shù)領(lǐng)域

屬于生物環(huán)保技術(shù)及產(chǎn)品，可替代現(xiàn)行國、內(nèi)外污水處理主流技術(shù)-活性污泥法，應(yīng)用于不同類型污水處理及源頭污泥減量，革新傳統(tǒng)污水處理工藝，節(jié)能減排，根除污泥圍城后患。

成果背景

污泥圍城是我國普遍存在的、亟待解決的重大環(huán)境問題，污水處理過程中剩余污泥是其主要來源，處置不當(dāng)會造成二次污染?，F(xiàn)行的污泥處理、處置都是污泥產(chǎn)生之后的方法，包括厭氧消化、焚燒、制造建材、肥料等，存在投資大、效率低、能耗高、成本高等問題和二次污染的隱患。從源頭上大幅度削減污泥產(chǎn)量具有重要意義和實用價值，推廣應(yīng)用必將產(chǎn)生巨大社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

《人造生物膜-替代活性污泥法的凈水新技術(shù)》是在以上基礎(chǔ)上自主研發(fā)的創(chuàng)新科技成果。

《人造生物膜-強(qiáng)化污水處理及污泥減量新技術(shù)》獲得科技部創(chuàng)新基金和《3551人才計劃》項目資助，《規(guī)?；B(yǎng)豬場高濃度有機(jī)污水處理集成技術(shù)及示范》也是武漢市科技局農(nóng)業(yè)攻關(guān)計劃項目；曾通過湖北省科技廳組織的專家鑒定，認(rèn)定達(dá)到國際先進(jìn)水平；先后獲得武漢市科技進(jìn)步獎、海內(nèi)外華人華僑創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)華創(chuàng)杯獎等多項獎勵，現(xiàn)在已進(jìn)入推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化階段。

成果類型

1、與本項目相關(guān)專利

（1）《一種人造生物膜及制備方法》，發(fā)明專利。

（2）《高磷高氨氮污水除磷脫氮及資源回收方法》，發(fā)明專利。

（3）《一種控制魚蝦塘中亞硝酸鹽的生態(tài)學(xué)方法》，發(fā)明專利。

（4）《Artificial Bio-membrane and the Method for Manufacturing the Same》，美國專利。

（5）《人造生物膜漂浮懸掛式裝置》實用新型專利。

2、與本項目相關(guān)專有技術(shù)

（1）以人造生物膜構(gòu)建的無剩余污泥的凈化系統(tǒng)。

（2）養(yǎng)豬污水處理新工藝。

（3）一種以人造生物膜構(gòu)建生態(tài)河床的方法。

（4）一體化污水處理設(shè)備人造生物膜升級版。

（5）水產(chǎn)養(yǎng)殖水體凈化及尾水處理新模式。

（6）一種遏制藻華制劑的制備方法。

3、成果鑒定及技術(shù)認(rèn)定

（1）《人造生物膜長效凈水劑的研制》湖北省科技廳組織專家鑒定為國際先進(jìn)   水平（2004年）；

（2）《人造生物膜-強(qiáng)化污水處理及污泥減量新技術(shù)》湖北省科技廳組織專家鑒定為國際先進(jìn)水平（2013年）。

（3）《人造生物膜-養(yǎng)豬污水處理新工藝》已由湖北省生態(tài)環(huán)保廳推薦申報生態(tài) 環(huán)保部《國家先進(jìn)污染防治技術(shù)》(2022.6)。

（4）《人造生物膜-強(qiáng)化污水處理及污泥減量專利技術(shù)推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化》《一帶一路生態(tài)環(huán)境治理技術(shù)及產(chǎn)品推薦目錄》中華環(huán)保聯(lián)合會（2022.4）。

（5）科技部、環(huán)保部、水利部、住建部推薦的《節(jié)水治污水生態(tài)修復(fù)先進(jìn)適用技術(shù)指導(dǎo)目錄》(2015年11月)。

（6）《人造生物膜-強(qiáng)化污水處理及污泥減量新技術(shù)》2017年入選中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會水污染治理專業(yè)委員會和環(huán)保部對外合作中心合編的：《“十三五”水污染治理實用技術(shù)》。

（7）《人造生物膜-強(qiáng)化污水處理及污泥減量專利技術(shù)》科技部科技惠民計劃推  薦先進(jìn)科技成果(2012年)。

4、產(chǎn)品認(rèn)定

（1）武漢市自主創(chuàng)新產(chǎn)品證書；

（2）中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會認(rèn)定環(huán)境友好型技術(shù)產(chǎn)品證書。

5、發(fā)表論文14篇（略）

成果介紹

1、技術(shù)原理

活性污泥法問世已逾百年，開生物凈水技術(shù)的先河，但是大量剩余污泥帶來的后患必須消除。

人造生物膜的研究和應(yīng)用實踐證明，微生物生存狀態(tài)與在污水處理過程中污泥產(chǎn)量直接有關(guān)。微生物在自然界存在的方式有懸浮狀態(tài)和附著狀態(tài)，活性污泥法是利用培養(yǎng)大量懸浮狀態(tài)的活性污泥微生物，通過它們新陳代謝活動降解污染物，繁殖自身達(dá)到污水凈化的同時也產(chǎn)生了大量剩余污泥；天然生物膜是微生物附著狀態(tài)，廣泛存在于自然界中，在水體自凈過程中也有重要作用，但天然生物膜的形成取決于載體的存在和性質(zhì)，附著的微生物種類和性能不為人所控制，不排除病原微生物的存在，其在污水處理過程中約可減少污泥產(chǎn)量25%左右。

人造生物膜是以高效應(yīng)用菌株為基礎(chǔ)，采用特殊固定化方法制備而成，克服了一般微生物制劑存在的缺陷，在性能上超越了天然生物膜。人造生物膜這種形態(tài)的微生物環(huán)保產(chǎn)品，可以按污染物的性質(zhì)和特點(diǎn)，選擇針對性強(qiáng)的應(yīng)用菌株，高密度、高強(qiáng)度的固定在適宜載體上，為其高效、長效奠定了基礎(chǔ)；同時使膜內(nèi)、外通透，保持良好的物質(zhì)交流，實現(xiàn)污染物降解和微生物的自主更新，而非無限制的增殖；實驗室和不同類型污水處理試驗和工程應(yīng)用實踐，都證明了人造生物膜從源頭削減污泥產(chǎn)量，具有替代活性污泥法的凈化性能。

2、技術(shù)路線

（1）高效應(yīng)用菌株選育：已擁有可供應(yīng)用的高效菌株和儲備。

（2）適宜載體的選擇：載體必須具備與應(yīng)用菌株良好的相容性、安全性、資源充足和經(jīng)濟(jì)性等條件。

（3）有效的多重固定化方法：克服常用固定化方法中用材的不穩(wěn)定性，不被微生物降解或其它生物吞噬，要求保持其穩(wěn)定、長效性。

（4）驗證效果：通過實驗室、小試、中試，或結(jié)合工程應(yīng)用，對人造生物膜進(jìn)行凈化性能驗證的同時，考核其源頭削減污泥產(chǎn)量效果。

3、技術(shù)優(yōu)勢

人造生物膜最大的優(yōu)勢是在處理污水過程中，無需培養(yǎng)活性污泥細(xì)胞，啟動快，效率高，不產(chǎn)生剩余污泥，實現(xiàn)源頭污泥減量，發(fā)展新的污水處理工藝。其特點(diǎn)和性能如下：      

（1）在水體中不流失、高效、長效，最早應(yīng)用的產(chǎn)品已逾12年。

（2）劑型多樣（圖1），可根據(jù)需要選擇單獨(dú)或配合使用，還可按污染物性質(zhì)選擇針對性的應(yīng)用菌株制備人造生物膜。選用的應(yīng)用菌株涵蓋淡水、海水和半咸水，適應(yīng)靜止和流動水體、應(yīng)用范圍廣泛。

（3）人造生物膜內(nèi)的微生物對有生物毒性的物質(zhì)和不良環(huán)境因素均有較強(qiáng)的耐受性，可用于醫(yī)、藥等難度大的廢水處理。

（4）使用靈活，便于升級改造。除可用于新建工程，也可用于提標(biāo)改造，充分利用原有的污水處理設(shè)施，節(jié)省基建投資和人工，縮短工期，降低運(yùn)行成本。

（5）延伸多種技術(shù)和產(chǎn)品。如以人造生物膜裝備污水處理一體化設(shè)備，推出高效無剩余污泥的升級換代產(chǎn)品；應(yīng)用人造生物膜構(gòu)建生態(tài)河床，不僅可適應(yīng)水體流動、水位的變化，還可以適應(yīng)通海河道潮汐的沖擊、水位和鹽度的變化。

4、階段成果

（1）驗證了人造生物膜替代活性污泥處理不同污水的性能和長效性（表1）。

表1. 不同類型污水處理過程中污泥減量效果

（2）綜合比較證明人造生物膜優(yōu)于天然生物膜和活性污泥法（表2）。

表2.人造生物膜與天然生物膜和活性污泥法的綜合比較

成果亮點(diǎn)

1、人造生物膜替代活性污泥法，高效凈水的同時無剩余污泥產(chǎn)生是本項技術(shù)最大亮點(diǎn)，將翻開污水處理工藝的新篇章，從源頭上消除剩余污泥引發(fā)的環(huán)境問題，降低污水處理的投資與運(yùn)行成本。

2、有效期長：膜片型應(yīng)用最長者已逾12年。

3、工藝流程簡潔，減少了污泥相關(guān)的設(shè)備、能耗、藥劑、運(yùn)輸和處理費(fèi)用，管理簡便，節(jié)省人力。

4、適應(yīng)范圍廣泛：包括新建和改造工程，以及農(nóng)村分散、小型污水處理場景，對有生物毒性的醫(yī)、藥生產(chǎn)廢水處理，以及污染水環(huán)境原位生態(tài)修復(fù)，覆蓋淡、海水和流動水體原位生態(tài)修復(fù)。

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