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863 计划厌氧技术:小反应器里大产业
2006年3月3日 7:57  来源:科技日报  

    作为国家863计划“高效厌氧生物反应器研制与应用”项目的负责人,王凯军“超越”了师父。

    虽然他很不赞成这个说法,但在“十五”期间,由他牵头的这个项目产生的成果的确达到了国际先进水平。在项目示范工程中,反应器的有机负荷,即每立方米容积每天处理的有机物达到了40公斤,超过了他的老师、厌氧(UASB)技术发明人G.lettingga的技术。

    不可不争的市场

    厌氧,就是“讨厌氧”。利用厌氧微生物让含有有机污染物的污泥在不需要氧气的情况下分解成甲烷、和二氧化碳和无机泥。这一技术的高端产品一直为国外所把持。

    1996年,沈阳华润雪花啤酒厂首次将荷兰一家公司的IC?反应器技术引入国内,用于啤酒废水的处理,反应器的有机负荷达到25—30公斤,COD去除率稳定在80%。

    1997年,深圳金威啤酒厂首次引进荷兰Biothane公司的BIOBEDEGSB反应器。其后,IC和EGSB反应器在我国中高浓度废水处理领域内的市场应用逐年增长。

    国内一些研究者还对生产性规模的EGSB反应器的启动与运行特性进行了研究,但是稳定运行的平均有机负荷仅在10公斤左右,与国际先进水平尚有较大差距,无法获得大规模的生产性应用。

    在Biothane、Paques等国外公司的高效厌氧反应器在中国市场份额大规模扩大的情形下,目前国内只有济南十方环保等少数几家公司在主要从事新一代高效厌氧反应器的推广应用,同时也面临着国外这些公司的强势竞争。所以,研制和开发能够适应中国国情的、拥有自主知识产权的新型高效厌氧反应器,迫在眉睫。

    鉴于此,“‘十五’期间,由北京市环境保护科学研究院、清华大学环境科学与工程系、西安交通大学和济南十方环保有限公司共同承担了国家863计划的‘高效厌氧生物反应器研制与应用’课题。课题于2003年1月正式立项启动,历经3年,于2005年12月15日通过“863”专家组验收。”王凯军说。

    三年打赢翻身仗

    “我们当时提出建立厌氧悬浮床反应器的理论基础,是考虑到国内目前尚不具有足量高品质颗粒污泥的现实。”王凯军说,“课题组在悬浮床理论基础上,以多种反应器形式、多种颗粒污泥循环培养方式最终形成了厌氧悬浮颗粒污泥悬浮床,申请了发明专利。”

    研究人员发现,实验室规模的厌氧复合循环颗粒污泥悬浮床反应器,在中温(30℃—35℃)条件下,实现了悬浮床反应器长期高效稳定运行,证实厌氧悬浮床反应器的可行性,最高有机负荷达到40公斤以上,COD去除率保持在85%%左右。“我们还对悬浮床反应器的功能和特性进行了全面系统的研究,考察了有机容积负荷、污泥负荷、水力负荷以及污泥活性对反应器运行稳定性的影响。”北京环境科学研究院工程师常丽春说。

    同时,他们还发现,在实验室条件下,当温度为10℃左右时,厌氧悬浮床反应器的有机负荷能够基本稳定在10公斤左右,对COD的去除率仍能保持在85%以上。“这一研究成果对于进一步扩大厌氧反应器的应用范围和适用条件具有重要的实际意义。”常丽春说。

    经过三年的研究开发,课题研制和开发了厌氧复合循环颗粒污泥悬浮床反应器和生物膜颗粒悬浮床反应器,建立了厌氧颗粒污泥(生物膜颗粒)性能研究与评价指标体系,开展了厌氧复合循环颗粒污泥悬浮床反应器流态、动力学及动态模拟、反应器功能扩展等方面的研究,并进行了应用示范。课题在厌氧悬浮床理论、厌氧悬浮床反应器流态、动力学、功能扩展等方面取得了创新性成果,示范工程已运行一年以上,厌氧悬浮床反应器负荷稳定在30—40公斤,最高负荷达52公斤,负荷指标达国际厌氧生物反应器先进水平。

    课题还申请国家发明专利5项,形成了高效厌氧生物反应器的专业化研究队伍,所取得的成果具有较良好的社会和经济效益。

    把成果推向市场

    “参与本课题的主要企业是济南十方环保有限公司。课题启动以来,公司积极参与课题研究工作,配合课题开展了厌氧生物处理理论与工艺的多方面研究。”常丽春说。

    为保证课题的顺利实施,课题一直在积极寻找合适项目。进一步完善现有的改造示范工程,总结高效厌氧生物反应器的运行经验,并且进一步完善了颗粒污泥基地,建立了10多个颗粒污泥产业化基地。

    “示范工程实施过程中,通过对多处工程的比选分析,最终在山东省沂水大地玉米有限公司污水处理工程和山东省沂水县鲁洲集团污水处理工程中成功进行。在示范工程实施点比选过程中,也在多个工程中进行了一定阶段的研究,这些研究工作都为生产实践进行了理论分析。”王凯军说。 

    那段时间,课题组的研究人员都到示范工程基地去工作。常丽春在那里呆了一个月,“我是呆的时间最短的。” 

    有段时间,他们住在县城招待所,早晨5点钟起来,坐农用三轮车赶到基地去,忙时,一天也顾不上吃饭。 

    课题实施中与多家用户保持良好的信息交流,目前正在与多家用户联系采集生产性颗粒污泥样品,用以验证目前颗粒污泥评价指标体系的研究成果,以进一步完善与修正。  

    “通过在示范工程中一年多的实践、验证,解决其工程放大应用问题,使我国在新型厌氧生物反应器领域中达到了国际领先水平,确实实现了跨越式发展,达到一个崭新的水平和高度。”王凯军说,“付出再多也值得。” 

    一个反应器就是一个产业链 

    废水的生物处理技术是我国水污染控制最主要的有效手段之一,高效厌氧反应器特别适合于高浓度有机工业废水的处理,甚至可以有效处理某些含氮或含硫有机废水。

    该课题在充分分析和研究国内外现有高效厌氧反应器如UASB、EGSB、IC等的基础上,研制开发出具有自主知识产权的工程化应用的第三代高效厌氧生物反应器──厌氧复合循环颗粒污泥悬浮床反应器及厌氧复合循环悬浮床生物膜反应器,使我国在新型厌氧生物反应器领域内实现跨越式发展,满足了我国大量中、高浓度有机废水和生物难降解废水处理的迫切需要。

    据介绍,项目实施过程中,将通过技术进步,积极参与市场竞争,逐渐提高市场份额,可望达到30%%—50%%以上的市场占有率,产值超过1亿元,社会产值达到5—10亿元/年。其中,新开发研制的产品的产值逐渐达到总产值的50%%以上。

    课题的实施推进了颗粒污泥生产基地的建设。根据国内厌氧反应器的建设和分布情况,山东的诸城、滨州、沂水和成武等地形成产量为50000m3/年的颗粒污泥生产基地,可以覆盖山东、河北、河南、江苏等省市,形成产值为1000万元/年。另外,以河北廊坊、秦皇岛、沈阳和吉林等地的项目为基础,具有年产35000m3/年生产能力的颗粒污泥生产基地,以及东北、河北地区另一个颗粒污泥基地,供应河北、辽宁、吉林等省市和地区。而在南方则以海南和广州等地的厌氧工程为基础,建立一个30000m3/年的颗粒污泥生产基地,从而初步解决我国颗粒污泥床反应器的发展基础问题。 

    王凯军说,厌氧生物处理技术在实现治污的同时,还能产生可再生能源沼气,与好氧生物技术相比,其可以减少温室气体排放。厌氧生物处理技术应用于处理工业高浓度废水达标排放和规模化畜禽养殖场污染治理,可以有效减少面源点源污染。厌氧生物处理技术实现农业可持续发展的生态工程,沼气综合利用减少农药化肥20%%,降低农药残留1个百分点。

    ■专项备忘 

    “水污染控制与治理工程”是“十五”期间经国家科教领导小组批准,科技部组织实施的国家12个重大科技专项之一。为保证重大专项实施好,在专项启动时,在领域办的领导和21世纪议程管理中心的组织配合下,专项总体专家组多次调研,从复杂的水环境问题中敏锐地抓住了国家在水污染治理中亟待解决的湖泊、城市水环境、饮用水、污水设备成套化以及物化与生物新技术等五大问题,明确的提出了专项在上述各方面将实现的目标。同时充分考虑专项实施的综合性和复杂性,提出了“研发先进技术,支撑重大工程,创建运作模式,带动机制转变,实现跨越发展。”的总体思路。也正是在这一思路的指导下,总体专家组围绕不同的研究内容,设计不同的操作机制,比如应用工程项目的业主制、城市水环境质量改善的政府责任制、饮用水企业的创新主体作用制、污水设备巨型企业的成长制等,极大的调动了各方的积极性,产生了巨大反响,在环保领域充分体现了科技第一生产力的作用。

    该专项共设立52项课题,1600多名科研单位的研究人员和来自50多家企业的工程技术人员全力投入到专项研究中,培养研究生113人。专项鼓励企业要积极投入到科技的研发过程中,通过与科研人员的交流学习,努力提升企业的技术层次和技术水平,充实和提高企业的自主创新能力,为企业真正成为技术创新主体打下坚实的基础。

 
 [关键词]:厌氧技术 水处理 污染控制  发表评论    【推荐】 【打印
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