据中国农业网2014年2月14日讯 随着经济社会的快速发展，水资源的日益匮乏与水污染的不断加剧已成为制约我国社会经济可持续发展的重大“瓶颈”问题。在我国环境标准不断提高、污染物减排日益紧迫的背景下，北京化工大学与北京赛思腾石油技术有限公司、北京市农业科学研究院相联合，开展“生物相容性碳纤维污水处理关键技术及其装备”项目。该项目通过研发新型水处理环保材料及其污水净化装备和技术，对城镇污水处理厂进行升级改造、养殖废水进行高效处理、复杂工业废水进行有效降解、河流湖泊水库微污染水体进行生态修复，可以为污水的高效处理提供新型高效的净化材料和低成本的技术装备，具有显著的经济、社会和环境效益，推广应用前景广阔。 

 

　　1月12日，中国石油和化学工业联合会委托化工行业生产力促进中心在北京化工大学主持召开了该项目的科技成果鉴定会。经专家鉴定，该项目自主研发的生物相容性碳纤维和生物碳纤维双层过滤平板膜属于新型环保材料；通过生物相容性碳纤维与其他工艺有机结合的研究，改进了相关的试验装置，开发了相关一体化装备，应用于城镇污水处理厂升级改造、水产和畜禽养殖废水处理、石化和制药废水处理、受污染河流和湖泊水体水质改善等，均具有显著的处理效果，工程化试验成果可为相关技术的推广应用提供支撑；将所研发的技术在小区景观水体水质净化、农村污水处理、水产养殖水体净化和回用等工程中得到应用，取得了显著的经济、社会和环境效益，在国家水专项所支持的水体污染治理与修复研究中具有广阔的推广应用前景。总体而言，该项目所形成的材料和技术与装备达到了国际先进水平，是国家水处理、水质净化与提标、河湖（太湖与淮河、乌梁素海等）污染治理等领域的最佳选用技术。
　　生物碳纤维双层过滤平板膜是由设置在衬板一侧的生物碳纤维复合材料（比表面积大于1000平方米/克）和设置在生物碳纤维复合材料远离衬板的一侧的过滤膜组成的平板膜组件。该平板膜中的生物活性碳纤维是以聚丙烯腈纤维、粘胶纤维或沥青纤维作为碳纤维原料，经逐渐升温进行预氧化处理，形成预氧丝，并在氮气气氛下，逐渐升温，以水蒸气作为活化剂，进行炭化及活化处理制备而成。在使用前，对上述活性碳纤维经过氧化氢和氨水溶液进行两次表面处理。最终制得由芯层（生物活性碳纤维）和包裹在芯层的外周的外层（丙纶纤维网眼布构成）组成的生物碳纤维双层过滤平板膜。
　　将该材料与其他作为接触氧化池内的填料和膜片相比，具有高孔隙率、高吸附能力、易挂膜等优点，主要体现在以下几点：
　　（1）材料比表面积大于1000平方米/克，其污水净化效果高。生物碳纤维由于其特殊的形态有巨大的比表面积，丰富的微孔及多种官能团，因此具有更高的吸附性，能有效去除废水的颜色、气味、油份、酚等，同时还可去除难降解物质，尤其对氨氮具有很强的净化作用，氨氮去除率大于90%。
　　（2）微生物挂膜快，老化生物膜易脱落。生物碳纤维不易粉化，在震动条件下不会变松动或过分密实，且由于仿生态草的形态使得生物膜挂膜速度快，在配套菌剂的辅助作用下，3天完成微生物挂膜，微生物膜重量达到1.556g干重，平均挂膜效率达0.732g生物膜/g载体。附着在生物膜上的微生物以有机污染物为能量来源通过自身的新陈代谢作用降解水体中的有机污染物，生物膜上的生物相稳定。
　　（3）单位用量少，价格便宜，工程投资远远低于国家标准，经济优势显著。从处理成本而言，处理1gCOD所需成本为0.92元，相比日本生态草（2.4元）和美国阿科曼（1.54元）具有绝对价格优势；从工程投资而言，该材料处理静态水工程投资为200～300元/立方米，处理动态为300～400元/立方米，处理高浓度废水为500～600元/立方米，低于国家发改委对于净化水处理工程持续投资600～900元/立方米的标准，完全满足工程投资要求；此外，经济效益分析也表明使用该项目研发的材料和配套技术进行水处理工程建设，比传统工艺投资节约120万元，碳纤维净水工程投资成本不到1000元/立方米，低于新建水处理工程净水投资成本4000～6000元/立方米的要求，且运行成本只有每日曝气消耗电费和日常维护费用，运行成本低廉。由此可见生物碳纤维污水处理关键技术及其装备从处理效果、投建成本与运行成本上都具有绝对优势。
    （4）生物亲和性与水亲性，生物相容性好，充氧效率高。微生物固定在碳纤维填料上，使微生物的分解功能加强。碳纤维填料对气泡有重复分割作用和阻挡作用，使废水中的溶解氧浓度提高，增强了微生物、有机物和溶解氧三者之间的转换。
    （5）吸附、分离、转化作用强。自然水体中，经太阳光照射后，碳纤维发出超音波，吸引微生物菌群并在其表面形成粘着性活性生物膜。这些微生物以有机污染物为能量来源，通过自身的新陈代谢作用降解水体中的有机污染物。
    （6）稳定性高、质轻、机械强度大和寿命长，且安装维修方便。生物碳纤维的拉伸强度为3.5～4.9GPa，拉伸模量为220～240GPa，碳纤维填料具有很高的强度、抗酸、抗碱性强 ，耐氧化，不易老化等特点；坚固耐用，更换次数少，使用寿命长。特别是安装非常方便，不需要支架。生物碳纤维平板膜组件通过将过滤膜与生物碳纤维复合材料合理地结合在一起，对污水先经过滤膜过滤，再经生物碳纤维复合材料进一步吸附净化，提高了清水的纯度和洁净度并提高了平板膜组件的耐污性和膜通量及使用寿命，且生物碳纤维平板膜组件坚固耐用，寿命在10～15年。
　　将生物相容性碳纤维和生物碳纤维双层平板膜与其他工艺和技术进行有机结合，进行了相关试验装置的改进，研制了一系列的一体化装备，包括了生物碳纤维接触氧化反应器、生物碳纤维＋MBR一体化膜反应器、生物碳纤维原位修复人工浮岛、生物碳纤维A2/O一体化反应器、生物碳纤维SBR反应器、生物碳纤维SBBR反应器、UASB＋生物碳纤维强化人工湿地。
　　生物碳纤维＋膜组件一体化反应器是将高效能的生物碳纤维作为填料的接触氧化池与碳纤维双层平板膜生物反应器串联进行处理废水的一体化反应器。这种反应器具有高强度处理效率，兼有生物接触氧化池和膜生物反应器的优点，而且接触氧化池中挂膜材料采用极具高效性能的生物碳纤维，使得生物接触氧化效果大大提高，能高效去除绝大多数污染物；并且这种一体化反应器运行成本低，生物碳纤维生物接触氧化处理之后出水，使得膜生物反应器负荷压力小，减少膜污染，延长膜更换周期，大大降低污水处理运行成本。
　　将生物碳纤维MBR污水净化技术应用于水产养殖废水和生活污水的处理中，水产养殖水出水水质经消毒后达到了回用标准，生活污水出水的COD、NH3-N和浊度的平均浓度为15mg/L、1.0mg/L、0.15NTU，各项水质指标均达到GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准，生物碳纤维膜工艺的膜清洗周期较长，可达到40天左右，膜污染的情况不是很严重，清洗较容易。
　　除实验室小试和现场中试之外，项目组还将所研发的材料和装备技术在绍兴县兴越小区大山池水质净化工程、汕头市铁洲社区农村污水处理工程、北京昌平常兴庄渔场水质净化利用工程示范和北京通州张家湾鑫淼渔场水质净化与利用工程示范中得到了应用。
    通过工程应用与示范，展现了生物相容性碳纤维及碳纤维双层过滤平板膜和围绕其开展研发的装备和技术在各类型水体净化中的高效的污水处理能力，并拓展了其应用领域，为当前水环境的治理和修复提供了新的思路。
　　生物碳纤维双层平板膜组件中，通过将比表面积大于1000平方米/克 的生物碳纤维作为芯层，使这种生物碳纤维复合材料具有比表面积大、孔径分布合理，吸附性高的特点，其能够改善现有膜污染的现状，同时在芯层外侧设置丙纶纤维网眼布以起到增强作用，使得该生物碳纤维复合材料具有较高的强度，进而使得生物碳纤维平板膜组件坚固耐用。
　　生物碳纤维双层平板膜组件中通过采用改良的生物碳纤维，使该生物碳纤维以及生物碳纤维复合材料具有优异生物相容性，不仅通过自身的吸附作用净化水体，而且能快速吸引微生物菌群，在其表面形成活性生物膜，这些微生物以有机污染物为能量来源，通过自身的新陈代谢作用降解水体中的有机污染物。
　　生物碳纤维双层平板膜组件，将过滤膜与生物活性炭纤维复合材料合理地结合在一起，对污水先经过滤膜过滤，再经生物碳纤维复合材料进一步吸附净化，提高了清水的纯度和洁净度并提高了平板膜组件的耐污性和膜通量及使用寿命。
　　应用范围： 城镇污水处理厂，新建城镇再生水厂，工业、企业污、废水处理与中水回用，居住区污水处理与中水回用，宾馆、学校、医院、风景区等各类公共服务设施的污水处理与中水回用，纯水生产预处理。
　　适用水质：民用建筑、住宅小区及农村生活污水，市政污水，可生化降解的各种有机工业废水，畜牧业、养殖业废水，洗涤废水，医院废水。
　　产品特点：生物碳纤维平板膜组件，将过滤膜与生态碳纤维复合材料合理地结合在一起，对污水先经过滤膜过滤，再经生态碳纤维复合材料进一步吸附净化，提高了清水的纯度和洁净度并提高了平板膜组件的耐污性和膜通量及使用寿命（5年以上）。