本发明公开了一种好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置。它包括相连接的单质硫沉淀区、好氧沼气生物脱硫段、厌氧沼气生物脱硫段和喷淋系统。单质硫沉淀区设有倒锥形排硫斗和排硫管；好氧沼气生物脱硫段设有盘形曝气器、溶解氧探头、锥形集气器、环形挡气斜板、导气管、营养液输入筒和营养液输出筒；厌氧沼气生物脱硫段设有盘形布气器、生物填料层和沼气收集管；喷淋系统设有进水箱、蠕动泵和盘形喷淋器。本装置的优点有：①好氧沼气生物脱硫段环形挡气斜板和锥形集气器的设计以及厌氧沼气生物脱硫段与空气的完全隔绝，保证了沼气生物脱硫的安全进行；②沼气中硫化氢气体经好氧、厌氧脱硫细菌的共同作用下，可使净化后沼气达标利用；③形成单质硫，可回收部分处理费用。

1 成果简介本项目在研发过程中得到了教育部留学人员归国基金、教育部博士点基金、自然科学基金、国家科技支撑计划的部分支持，经过主持单位和协作单位的联合攻关，经过 8 年的时间研究完成的。通过实验室小试，开发出可将污泥停留时间和水力停留时间分离的新型多孔微生物载体，研究了好氧-厌氧耦合污泥减量化的机理。采用设计的新型载体构建了中试装置，进行现场中试和实际应用，取得了一系列突破性的进展和成果，并成功的将该项目应用在生活污水、河道污水和工业废水的治理中，在项目研究过程中共申请国家发明专利 6 项（其中5 项已授权），实用新型 1 项，发表论文 30 余篇，翻译教材 2 部。 该项目在实施过程中，主要取得如下几个方面的技术突破： （ 1）研究了好氧-厌氧耦合体系在处理废水的同时对污泥减量化的作用机理，开发出好氧-厌氧多次反复耦合原位污泥减量技术。 （ 2）对多孔载体的结构及对剩余污泥的截流效果进行了全面研究。设计了一种空隙率高、对污泥截流效果好的多孔载体。 （ 3）开发出以天然高分子为助凝剂的铁盐混凝除磷技术。 （ 4）实现了该技术的实际推广应用，分别应用于处理城市生活污水、农村的生活污水、工业废水和河道污染治理中。在高碑店污水处理厂进行的运行两年的 103/d 的中试实验结果表明，运行效果稳定，在水力停留时间为 12h 时，出水 COD 保持在 60mg/L 以下，出水 SS 在 30mg/L以下，两年不需要排泥。在广东肇庆处理 5m3/d 的高浓度发酵制药废水（ COD 2000~3000 mg/L），运行近一年的实验结果表明，在水力停留时间为 27h 时，出水 COD 保持在 100 mg/L 以下，出水 SS 在 50mg/L 以下。 在以上中试试验研究的基础上，我们将该技术推广应用于青岛即墨市两个社会主义新农村的生活污水处理（日处理量 150~180 吨），上海浦东区金家村农村生活污水处理（适于不同地理特点的 170 套反应器，服务人口 2120 人），佛山市石角涌河道截污工程（日处理量 1000~3000吨）和河北威远生物化工有限公司的农药废水处理项目（日处理量 780 吨）。应用结果表明该技术可以有效地去除废水中的有机物及氮，同时实现原污泥减量化，而且对于用常规方法不能去除的有机物（如苯、苯酚等）也可以有效地去除。新型多孔微生物载体技术在污水处理过程中不需要对剩余污泥进行处理，运行管理简单，运行成本低，具有广阔的应用前景。2 技术指标生活污水经过处理后达到《城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918-2002》一级B 排放标准；处理生活污水的过程中剩余污泥减量 60~75%；处理河道污水的过程中剩余污泥减量 70~85%；多孔微生物载体的使用寿命在 10 年以上；工业污水由于种类较多，排放标准不一，需要根据具体的情况进行确定。3 应用说明本技术主要是应用于新建或者现有污水处理厂污泥减量、废水处理方面。该技术利用多孔载体和定点曝气技术，在反应器中实现了沿载体轴向、反应器水流和高度方向的多层次好氧-厌氧反复耦合环境，从而在同一个反应器中实现好氧-厌氧微生物反应的耦合。实验室采用人工废水的小试研究结果表明，该类耦合体系的 COD 去除率大于 90%，而与传统废水处理工艺相比，剩余污泥的产率可以减少 90%以上。 对该类耦合体系实现污泥减量的机理研究表明，好氧区增殖的污泥进入下游的厌氧区后发生死亡溶解释放出胞内蛋白质等组分，进一步被降解成小分子物质，这些物质流入下游好氧区被污泥再次利用，强化了污泥的隐性增殖；而微型动物的稳定存在强化了捕食效应。整个过程伴随着 CO2、 N2 的释放，使得进水中有机物以气体形式脱离体系，从而实现了废水的净化处理和剩余污泥的原位减量。 为了进一步将污泥停留时间和水力停留时间分离以实现污泥减量效果，本研究设计开发了新型的多孔微生物载体。采用设计的新型载体构建了中试装置，进行现场中试和实际应用，取得了一系列突破性的进展和成果，验证了新型载体的实际应用效果，并进而成功地将该技术应用在生活污水、河道污水和工业废水的治理中，在处理生活污水的过程中可以使污泥减量 60~75%，处理河道污水的过程中可以使污泥减量 70~85%。4 效益分析城市污水处理厂污泥安全处置工作有其艰巨性和复杂性，特别对于污水处理规模较小，污泥厌氧发酵无法实施的地方，污泥减量化污水处理技术的应用将成为必要的选择。通过该技术的实施，可以大量的减少剩余污泥的产量，减少填埋用地，节约土地资源，避免了对环境的二次污染。同时，由于污水处理厂对污泥处理量的减少，运行费用随之降低，而且运行管理简单，对促进我国水处理事业的发展有积极的影响。 该技术既可以用于生活污水的处理也可以用于工业废水的处理，适用范围比较广，而且在处理污水的同时可以大量的减少剩余污泥的产量。不仅可以减少污水处理设备的投资，而且可以节省运行费用， 适于中小规模的生活污水处理及有机工业污水处理。5 合作方式技术转让或合作开发。

产品描述： 厌氧消化仪包括2个5L的向上填充层反应堆，每个反应堆带有进料速度和温度控制设施，可以进行稳定，连续的操作。在过程周期内达到每天7L。 两个反应堆可以顺序操作或平行操作。两个反应堆间有一个缓冲缸，在顺序操作过程中当第二个反应堆低流速时，缓冲缸可以排除来自第一个反应堆的多余流量。通过标准化的蠕动泵设置和控制流向反应堆的流速。每个反应堆的温度由包裹在其外面的电加热垫子控制。每个反应堆内的温度分布维持在±0.5℃。反应堆温度可以在环境温度至55℃间各自设定任一要求值。 从每个反应堆中排出的气体进入测体积的标准收集容器中，通过排水量测量。不变的密封装置确保反应堆中气体的压力在整个测量过程中保持恒定不变。在运行过程中，收集的气体能被消耗完，收集缸内重新注满水，不会破坏液体的密封。液体和气体的取样点位于围绕反应堆的所有策略点上。在处理过程的管道工程中，单通阀和液体密封虹吸管保证了每个反应堆在恒定的体积条件下工作，不会有空气进入或因意外的虹吸活动产生的危险。 该设备安装在一个有着完整排水渠道的真空成型塑料底座上，能处理溢出液体和清洗液的排放。 技术规格： 反应堆：两个一样的反应堆，额定容量5L，填充容量4L，直径150mm 高250mm。 反应物料：25mm直径的生物颗粒。 温度控制：针对每个反应堆：200W带有来自反应堆内的温度传感器的PID控制加热套，可在环境温度至55℃间设定温度值，加热套通过一个设置在85℃的断流器进行恒温保护。 进料泵：两个一样的蠕动泵,使用电位计调节泵速，提供3种不同直径的管子，1.6mm、3.2 mm和4mm，流速在0.2—5.8L/天。 气体收集缸：两个一样的0-5L收集缸，带有标尺刻度。   过程研究： 广泛来讲，厌氧过程可以划分为两个不同阶段，（1）多数分子类物质水解为乙酸；（2）乙酸转换为甲烷和二氧化碳。两个阶段的处理过程通过顺序操作这两个反应堆被验证，第一阶段从最基质产生挥发性酸——发酵酸，第二阶段将挥发性酸转换为甲烷和二氧化碳——甲烷的产生过程。 此外，两阶段过程的以下基本不同之处可以被验证： 1、与产生乙酸过程相比，甲烷的产生水平要低。 2、与产生甲烷过程相比，产生乙酸排出的化学需氧量低。   分类规格： 一个进行废水处理研究的台式厌氧消化仪。 配备有2个5L填充层，向上流的反应堆。 每个反应堆都有气体取样和收集装置。 反应堆可以顺序或同时操作，使用可变速的蠕动泵。 每个反应堆的进料速度可以准确独立的控制，使用200W的加热套可以将温度设定在环境温度和55℃间的任一值。 控制恒温的断流器可设置到110℃。 一份描述测试和实际操作的详细说明书，包含了已证明可行物料（合成废水）的详情。 工业测试性能： 废水处理的研究，包括硬粒，净化中碳和生物气的平衡（COD/BOD） 决定性的最佳操作温度，进料速度和比例 观察PH值的影响和流入营养物的浓度 过程稳定性的研究 控制动力学的检测 100%按比例扩展至工业要求 实际测试演示： 一个厌氧反应堆的准备，加温和适应 验证厌氧消化的多阶段性质 保证碳平衡 研究以下因素对净化性能的影响： 液压装载 进料比例 温度 养分缺乏 流入强度 电力供应： W8-A：220-240v/1ph/50HZ@5A W8-B：120v/1ph/60HZ@10A W8-G：220v/1ph/60HZ@5A   必备附件： Armfield不提供 标准落地式的30-50L塑料进料和产 品缸。 PH测量仪   可选附件： 不提供 在大多数水质量实验室拥有的对PH、 BOD、COD、碱性、挥发酸的总数 和搁置的悬浮体的分析设备。   尺寸： 高度：760mm 宽度：1000mm 长度：500mm   运输规格： 体积：1.0立方米 毛重：150公斤

1 成果简介利用生物方法进行污水处理，已经经历了一个多世纪的发展。但是，在活性污泥法的应用中，仍然存在以下主要缺点：曝气池占地面积很大，曝气后气体排放造成二次污染；曝气过程中活性污泥、空气和污水三相混合不均匀，氧传递速率较慢，氧气利用率不高，使得曝气效率低；剩余污泥排放量大。本研究室基于多年来对环流反应器流体力学特性和工程应用的研究，提出了采用多级环流装置作为活性污泥曝气的新方式，并经过 10 多年的基础、应用以及工业化研究，形成了一套高效的活性污泥的处理污水的新工艺—多级环流曝气工艺。该工艺可改善氧的传质，增加氧的利用率，从而减少动力消耗；该工艺还可减少生物处理过程中剩余污泥的产量，减轻处理污泥的负担；同时，该工艺的生物处理构筑物占地面积显著减小，可节约投资。该工艺已经完成了 20 吨/天的工业中试，通过了专家鉴定；并在处理印 染污水等方面已经建成了工业应用装置，目前运行良好。 在多级环流曝气工艺的基础上，针对含有中低浓度难降解有机物的污水，本研究室又开发了厌氧-好氧耦合环流曝气污水生物处理技术，以提高难降解有机物的处理效率。通过在多级环流塔内的悬浮污泥中添加具有特殊孔隙结构和尺度的载体材料，利用氧的传递阻力在载体内部形成厌氧菌生存的环境，构成专性厌氧菌生长区。通过被动扩散和流体的冲刷作用，有机物可以扩散进入载体内部，并被厌氧菌降解，同时载体内部的厌氧降解产物也可进入流化床主体，实现厌氧生物降解和好氧生物降解的耦合。该工艺具有高效的好氧降解过程和厌氧降解过程， 且将厌氧和好像过程结合在一个装置中进行，高度集成化，设备投资小、处理效率高、占地面积小。该工艺已经在含酚废水、 PTA 废水、炼油废水方面已经开展了大量的工艺开发和工业模拟实验，取得了理想的处理效果。2 技术指标（ 1） 多级环流曝气：溶解氧浓度可达到 6mg/L 以上，较廊道式曝气池，占地面积可减小 80% 以上，处理时间可缩短 50%以上。 （ 2） 厌氧-好氧耦合环流曝气： COD 的容积负荷可达到 7g/L∙d 以上，对 COD 浓度小于2500 mg/L 的含酚废水、 PTA 废水等废水， COD 去除率达到 95％以上。3 应用说明该技术主要针对各类石化、化工及其他含有难降解有机物废水的处理，小规模现场集成式污水处理（如机场、远郊住宅小区等）以及污水的点源治理。 多级环流曝气应用包括两种方式：① 以环流曝气塔式设备替换现有的曝气池、初沉池；② 在现有的深度在 4m 以上的廊道式曝气池进行改造。多级环流曝气塔为新型塔式曝气处理设备为专利设备，具有处理效率高，占地面积小等显著优势。 20 吨/天的工业中试结果（乙烯综合废水， COD 约为 1000 mg/L，）显示，和该厂现有的廊道式曝气池相比，占地面积可减小 80% 以上，处理时间可缩短 50%以上， 出口废水稳 COD 定在 60 mg/L 以内，特别适合于土地资源紧张、处理效率要求高的生产、生活部门。多级环流曝气塔顶部还有集成的泥水分离器，可将出水中的污泥分离，在污泥沉降良好的情况下，可直接排放，不需要初沉和二沉设备，使设备投资、能耗以及占地面积大幅度降低；即使对沉降性能不佳的污泥，也可达到初沉的作用，节省初沉设备和运行费用。 通过对现有的深度在 4m 以上的廊道式曝气池进行改造，也可实现多级环流曝气，方法是在曝气池内改造曝气系统，加装多级导流筒内构件。其改造简单，投资小，但对废水处理的效果有显著的提高。采用多级环流曝气后，曝气池内的溶解氧浓度提高 50% （可达到 6 mg/L以上）以上，悬浮污泥浓度提高 30%以上，在达到相同处理效果的前提下，水力停留时间可减小 50%以上，处理负荷提高 50%以上，特别适合于对现有装置增容的技术改造。由于溶解氧浓度高，剩余污泥的产量也显著降低。 厌氧-好氧耦合环流曝气工艺，通过在多级环流曝气塔中添加高孔隙率的聚合物填料，在填料内部形成的缺氧环境，可发生水解-酸化反应，通过水解-酸化将难降解有机物降解为挥发性脂肪酸，进一步由装置中主体的悬浮污泥进行好氧代谢，实现了厌氧—好氧生物降解的耦合，提高了难降解有机物的降解效率。工业模拟装置的研究表明，对 COD 浓度达到 3500mg/L 的含酚废水，采用厌氧-好氧耦合环流曝气工艺， 24h 内 COD 可降解至 100 mg/L 以下；对 COD 浓度达到 2500 mg/L 的 PTA 废水，采用厌氧-好氧耦合环流曝气工艺， 16 h 内 COD可降解至 100 mg/L 以下；对 COD 达到 2000 mg/L， BOD/COD<0.1 的炼油废水，采用厌氧-好氧耦合环流曝气工艺， 24 h 内 COD 可降解至 60 mg/L 以下。上述处理效果，均优于传统的 A/O 或者 A/A/O 续批式联合工艺，占地面积低于这些工艺的 1/8。4 合作方式商谈。

近期，机电学院姚义清教授课题组在煤厌氧生物制氢研究领域取得重要进展。研究成果以“Hydrogen production via anaerobic digestion of coal modified by white-rot fungi and its application benefits analysis”为题发表在《Renewable&Sustainable Energy Reviews》。

近些年来，我国水环境中的氮素污染问题日益严重，蓝藻爆发、“水华”、 “赤潮”等水体富营养化现象频发，大量高浓度的低碳氮比氨氮废水未能得到妥 善处理，已经严重影响到我国多种行业的正常发展。我国氮素污染问题日益严 重，而传统脱氮工艺流程长，氧耗大，反硝化碳源不足，脱氮效果低。 厌氧氨氧化工艺是是近年来新兴的含氮废水处理技术，是目前最经济、最 简洁的生物脱氮工艺之一，非常适用于低碳氮比废水的处理。厌氧氨氧化技术 与传统生物脱氮技术相比，它无需曝气和碱度补偿，也无需投加有机碳源，从 而节省了大量能源和物料，大幅降低了废水处理成本。较传统脱氮工艺，该技 术可节省 60%以上的能耗，减少 70%的剩余污泥产量。 

在处理高浓度工业废水时，，厌氧折流板反应器（ABR)工艺可以在一个反应器内实现一体化的两相或多相处理过程，但是，一体化反应器内污泥浓度低，两相分离困难，处理效果不稳定等问题一直阻碍着该技术的发展，而本发明通过 在传统ABR反应器增设斜管，通过斜管区的污泥沉淀作用，不仅有效减少了污泥流失，而且在酸化反应器和甲烷反应器斜管区以下形成了悬浮污泥层，污泥浓度得到提高。实现了产酸相和产甲烷相的分离，使得产酸菌和产甲烷菌能在各自的适应的生存环境下生存，能更好的发挥各自的作用，达到高效处理废水的目的。与普通的厌氧折流板反应器相比，设备内污泥浓度提高了约5%-12%，COD去除率提高了约5%-10%，更好的改善了污水的处理效果。

1 成果简介利用水源热泵实现污水厂出水中低品位热能的回收， 并为污泥高温或中温厌氧消化供应热源。污水处理厂产生的污泥经机械浓缩至含固率 12%以上，经过 60℃水解后进入厌氧反应器进行高温厌氧消化，生成沼气（见图 1）。沼气经收集后用于烘干污泥。消化后的污泥通过机械脱水、干化等一系列过程后获得干化污泥，可用作优质肥料原料或覆盖土。该方法及系统可以显著实现污泥的稳定化和减量化，为污泥后续的减量化和资源化处置提供基础，污水厂内部水、热、能的优化配置，污水厂整体能耗降低 20%以上，而整体投资也比传统 的污泥消化+干化节省 20%以上。 图 1 工艺流程图2 应用说明工艺采用了污水源热泵和高固污泥厌氧消化技术，涉及了清华大学的 5 项专利技术。传统污泥消化（含固率 3-5%） +干化工艺相比，它的优点是：消化污泥浓度高，反应器体积可以缩短 40%以上；耗热量减少 40%以上；有机物降解率较高；适合处理有机物含量较低的污泥；处理后污泥的卫生条件好；操作简便，易控制。研究是在 863 课题和科技支撑项目的资助下完成，历史 6 年。目前在我国南方的污水厂已经完成中试（ 图 2）。中试系统实际运行取得的主要参数如下： 进泥 VSS/SS=0.57，停留时间 28d，进泥含固率 12%时，污泥的平均 VSS 去除率达到48.2%；若将所产沼气用于污泥干化，可获得含水率 55%的污泥。  图 2 建成的中试系统3 应用说明有机物含量 40%以上的污泥以及相似有机物料的厌氧消化。4 效益分析系统投资（热泵+污泥消化+干化）大约为 18 万元/吨污泥（ 80%含水率），运行费 110元/吨污泥（ 80%含水率）左右。5 合作方式技术转让或者联合推广。

研究方向：水资源与水污染控制工程与技术、研究方向包括高浓度有 机废水和难降解有机物废水、含高氮高硫废水的厌氧和/或好氧生物 处理、膜生物反应器、水中营养物氮、磷等的处理、微污染水源的生 态修复及微污染水源的饮用水处理。 项目简介： 很多高浓度有机废水（如糖蜜酒精废水、味精废水、抗生素废水、 磺胺制药废水等）同时含有高浓度硫酸盐和高浓度还原性氮（有机氮 和/或氨氮），使得厌氧生物处理复杂化：①硫酸盐还原菌与产甲烷菌 竞争基质（乙酸、H2等），②硫酸盐还原作用的产物硫化氢浓度很高 时，会引起产甲烷菌活性的降低，③有机氮氨化后产生大量氨氮，抑 制厌氧细菌活性，并给后续处理工艺带来脱氮要求。厌氧同时脱氮除 硫新工艺的提出目的就是在厌氧处理同时含高硫酸盐和高还原性氮 有机废水（简称高氮高硫废水）时创造适当条件，在厌氧处理阶段， 把有机氮和氨氮转化为氮气，把硫酸盐转化为单质硫，同时降解部分有机物。这种新工艺能够消除硫化氢对厌氧工艺的影响，同时免除后 续工艺脱氮的负担，从而为高氮高硫废水的处理开辟高效低耗的新途 径。 利用厌氧氨氧化菌与硫酸盐还原菌之间的耦合作用处理高氮高 硫废水。