一. 材料研发
1.1 生态碳纤维
生态碳纤维材料是一种比表面积大、吸附和脱附性能强、与生物有良好兼容性的新型填料，由腈纶、丙纶和表面修饰后的活性碳纤维复合而成。它具有丰富的微孔结构，孔径分布范围广；比表面积很大，一般都在1000m2/g以上，具有较大的吸附容量；其微孔直接分布于纤维的表面，因而吸附质扩散的路径短、时间短，其吸附和再生的速率快，可在较温和条件下再生。针对其吸附容量大、吸附速率快、脱附速度快、灰分少、处理量大且使用时间长等优点，本单位将其用于水处理领域，其操作安全、由于体积密度小和吸脱层薄，不会造成蓄热和过热现象，也不易发生事故，且节能和经济，可用于大型上水、净水处理，不仅净化效率高，而且处理量大，装置紧凑，占地面积小，设备投资小和效益高。
1.2 生物相容性碳纤维
生物相容性碳纤维（也可简称生物碳纤维）是一种具有良好生物相容性的纤维状的碳材料。这种新材料是在碳纤维的基础上，经过空气氧化或者过氧化氢溶液和氨水对碳纤维进行表面处理和改性，并在空气气氛下在400－600℃对碳纤维进行氧化处理。经处理后，在碳纤维表面生成多种活性含氧官能团，表面能高，与水的润湿性得到改善，接触角变小，表面呈现出优良的亲水性、生物兼容性和生物附着性。生物碳纤维双层过滤平板膜是以该材料作为芯层制得的生物碳纤维复合材料。将这两种材料应用于污水处理中时，由于其比表面积大、孔径分布合理、高吸附和高生物相容性的特点，除吸附作用外，微生物在材料表面附着形成的生物膜，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。
1.3 生物碳纤维双层过滤平板膜
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1000m2/g）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。
1.4微生物挂膜菌剂BABRC-1
碳纤维微生物挂膜菌剂BABRC-1含有异养硝化细菌，好氧反硝化细菌，芽孢杆菌和光合细菌，能够同时处理污染水体中的有机物、氨氮及亚硝氮，并能显著提高碳纤维生物膜反应器的挂膜效率和污染物去除率，用于碳纤维水处理可以提高过滤系统挂膜效率，改善水体环境，降低生产成本。该产品是卓越的活性微生物和酶的混合体，包括杆菌等多种微生物以及脂肪酶、蛋白酶、纤维素酶等生物酶。在使用过程中，可以迅速分解有机物质，并且能够衍生出更多的有用的菌种，减少病原菌和寄生虫的生成。用于碳纤维水处理，可以改善水产养殖的生长环境，降低产品的生产成本。
1.5 微纳米气泡发生装置
目前，我国通常采用的曝气设备，难以产生微纳的细小气泡，溶氧率低、能耗高。而微纳米气泡装置能够生产直径在50微米和数十纳米(nm)的微小气泡，可快速地溶解于水体中，溶氧效率提高。该技术作为一种新型水体曝气技术，在水治理中的市场前景极为广阔。微纳米气泡发生装置主要由发生装置、微纳米头及连接管件组成。通过水泵加压，由曝气头内部的曝气石高速旋转，在离心作用下，使其内部形成负压区，空气通过进气口进入负压区，在容器内部分成周边液体带和中心气体带。由高速旋转的气石出气部将空气均匀切割成直径5～30μm的微纳米气泡。由于气泡细小，不受空气在水中溶解度的影响，不受温度、压力等外部条件限制，可以在污水中长时间停留，具有良好的气浮效果。
二. 装备研制
2.1 生物碳纤维接触氧化反应器
生物碳纤维接触氧化反应器是将生物碳纤维作为填料、将两个反应器串联组成的二级生物接触氧化池。这种反应器改善了传统接触氧化法中由于填料使用寿命短而带来的填料反冲洗与更换的周期短、填料比表面积小、吸附能力差的缺点，不仅可以有效延长反冲洗的周期，而且由于生物碳纤维具有超强的吸附能力、吸附容量大、耐酸碱和高温、强度大等特点，处理效率更高，出水水质更好、耐冲击负荷、便于维护。
2.2 生物碳纤维+膜组件一体化反应器
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。
2.3 生物碳纤维人工浮岛
生物碳纤维人工浮岛是将高效能的生物碳纤维悬挂于人工浮岛下方与之相组合形成的原位修复装备。该装备中，生物碳纤维材料具有高比表面积，吸附性能强，适应微生物生长及高强度等特点，可以完全解决传统的生物浮岛存在的问题。并且，生物纤维材料的性状与水生植物的根系有很好的相似性，利用水生植物和纤维填料附着的生物膜，强化植物与微生物之间的协同作用，提高微生物对水体的净化效果。此外，通过安装2种不同透水能力的基质材料及曝气设备，在人工浮岛基质内部形成不同溶解氧浓度区域，水在流经系统过程中通过填料吸附、微生物降解及植物摄取等实现对氮、磷的有效去除。而且，生物纤维与床体的组合中放置于水中的纤维会受到水的牵引力，减少水体扰动，使得浮岛整体不容易移动，提高浮岛的稳定性和牢固性。
2.4 生物碳纤维A2/O一体化反应器
生物碳纤维A2/O一体化反应器是将碳纤维作为挂膜材料设置于A2/O反应器中的一种一体化反应器。该反应器兼有厌氧、兼性好氧生物处理的优点，可以强化普通A2/O工艺，无论是处理效果上还是运行成本都优于现行的普通A2/O工艺。将该装备和技术应用于制药废水的处理，组合工艺稳定运行期间，总出水中COD、NH3-N、TN、NO3-N和NO2-N的平均浓度分别为239.4mg/L、31.7mg/L、76.0mg/L、31.3mg/L和0.63mg/L。出水水质良好，基本达到了《污水综合排放标准 GB8978-1996》二级排放标准。
2.5 生物碳纤维SBR反应器
生物碳纤维SBR反应器是在SBR反应器中安装生物碳纤维填料，利用原有的活性污泥在填料上进行微生物挂膜，可以解决传统方法工艺设备繁冗、操作维护复杂、污泥膨胀和污泥量减少的问题，并为微生物提供大量栖息表面积和生长环境，促进微生物生化反应，提高反应池耐冲击负荷和减毒作用，提高净化效率。
2.6 生物碳纤维SBBR反应器
生物碳纤维SBBR反应器将生物碳纤维作为填料应用于序批式生物膜反应器中，利用生物碳纤维作为填料形成生物膜，具有明显的优势。填料的存在给微生物提供了一个稳定的生存环境，减少了有毒有害物质及温度、pH变化等对微生物的抑制作用。间歇运行的模式使微生物分布均匀，各类微生物均可不断大生长繁殖，更适合生长速度慢、世代时间长的细菌和较高级如后生动物之类的微生物生长。氧传递效率高，动力消耗少。反应器内填充了一定量的填料，一方面，填料为微生物的生存繁殖提供了场所，另一方面，气体在上升过程中，填料与气泡之间的碰撞摩擦可以切割气泡，增大了气液接触和传质面积，促进氧在液体中的传递。提高了脱氮除磷性能和抗冲击负荷能力。
2.7 UASB+生物碳纤维接触氧化+人工湿地
该装备采用了目前国内处理高浓度有机物废水的主流思路，主要运行工段包括有格栅、沉淀、厌氧、好氧和湿地等几个方面。其中以厌氧、好氧和人工湿地为核心工艺来降低污水有机污染物浓度，此外还包括有格栅以去除大部分不溶颗粒物，自然沉降加固液分离设备以降低原水中的悬浮物，消毒池用以去除污水中蚊蝇虫卵及致病细菌等。该装备考虑污水有机物成分高等特点，在工艺设计上采用了低负荷，长水力停留时间，有利于进一步提高污染物的去除，且具有一定抗水力、有机负荷能力。最后人工湿地通过基质吸附、微生物利用等综合作用，脱氮除磷，且整体工艺采用低负荷、长水力停留时间的运行方式，更有利于难降解污染物的去除。
2.8 离式螺旋微纳米泡增氧泵
离式螺旋微纳米泡增氧泵不但将市场上的提水式曝气机、潜水曝气机、潜水推流设备的优点集为一体，还能够制造出大量的微纳米气泡。该泵将水体底层水吸入泵内制造微纳米气泡后，通过输送管路释放排除，同时该泵的螺旋桨可以搅拌水体流动。该泵通过与深层水交换作用相结合，实现较大水域的纵横向环流，增加该区域底层水体的溶解氧，加快微生物的代谢活动，加速水体中N、P等污染物降解的速率，降低污染物负荷，并通过水体交换作用破坏水中浮游藻类的生活环境，抑制和减少水华藻类的繁殖，从而达到控制水华及缓解水体富营养化程度的作用。
三. 工艺技术
3.1 生物碳纤维接触氧化污水净化工艺技术
将生物碳纤维接触氧化反应器和该污水净化技术应用于城镇污水处理厂水质提标试验中。以该水质为挂膜实验微生物培养的原水水质，加入EM菌剂，在曝气量为400L/h左右的条件下，连续闷曝三天进行挂膜。系统稳定运行后，污水处理厂出水COD基本低于30mg/L，氨氮低于8mg/L的水质，尤其是氨氮最低可达到2.109 mg/L，基本靠近城镇污水处理厂一级A标准中的氨氮指标要求。
3.2 生物碳纤维MBR污水净化工艺技术
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、1.0 mg/L、0.15NTU，各项水质指标均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)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40d左右，膜污染的情况不是很严重，清洗较容易。
3.3 生物碳纤维人工浮岛原位修复工艺技术
将生物碳纤维人工浮岛原位修复技术应用于水产养殖和生活废水的处理中，水产养殖废水出水中硝态氮和亚硝态氮得到了明显的降低，降低了养殖换水率，降低了换水成本，提高了经济效益；生活废水处理出水氨氮去除率达到90%以上，处理效果显著。
3.4 生物碳纤维A2/O污水净化工艺技术
将生物碳纤维A2/O污水净化技术应用于制药废水的处理，组合工艺稳定运行期间，总出水中COD、NH3-N、TN、NO3-N和NO2-N的平均浓度分别为239.4mg/L、31.7mg/L、76.0mg/L、31.3mg/L和0.63mg/L。出水水质良好，基本达到了《污水综合排放标准 GB8978-1996》二级排放标准。
3.5 生物碳纤维SBR污水净化工艺技术
将生物碳纤维SBR污水净化技术应用于石化废水处理中，挂膜后的填料COD、油类、NH3-N和TN的平均去除率分别为95%、90%、92% 和71%，传统SBR系统COD、油类、NH3-N和TN的平均去除率分别是75%-85%、70%-85%、70%-90% 和50%-70%。
3.6 生物碳纤维SBBR污水净化工艺技术
将生物碳纤维SBBR污水净化技术应用于养猪废水的处理中，SBBR系统通过连续15周的运行，系统表现了对养殖废水稳定的去除效果，出水的COD浓度始终处于180.0 mg/L以下，出水TP的浓度在1.02 mg/L -1.44 mg/L之间，出水TN的浓度经历了较小的波动，最终稳定到了28.9 mg/L左右。
3.7 UASB+生物碳纤维强化人工湿地污水净化工艺技术
将UASB+生物碳纤维强化人工湿地技术应用于养猪废水的处理中，经过厌氧-好氧-自然生物处理的联合作用，既能够克服处理能耗大、不耐冲击负荷等问题，又克服了厌氧处理水质不达标的缺陷，且成本低，具有投资少，运行费用低、处理效果好等优点。该技术COD、BOD5、SS、N、P去除率较高，可达到排放标准，特别适合产生高浓度有机废水的厨禽场的废水处理。