基于EPS分析的污泥龄对HMBR中膜污染的影响与作用机理

采用复合式膜生物反应器处理生活污水,基于胞外聚合物(EPS)的分析,研究不同污泥(SRT)对膜污染的影响与作用机理。结果表明:溶解性EPS(S-EPS)和松散附着性EPS(LB-EPS)均随SRT的延长逐渐减少,并在SRT为30 d时到达最低点;继续延长SRT,S-EPS保持稳定而LB-EPS则迅速增高。S-EPS的减少能够降低膜孔阻力(R_p)和滤饼层阻力(R_c);LB-EPS的减少能够改善污泥的絮凝与沉淀性能,进而降低R_c。当SRT由10 d延长到30 d时,R_c和R_p分别降低了19.7%和8.5%,膜组件运行周期延长了23.2%。     

复合式膜生物反应器处理城市污水的运行特性

将常规膜生物反应器(CMBR)和生物膜技术相结合,建立了一套复合式膜生物反应器(HMBR)工艺。采用该工艺处理城市污水,对其运行特性进行了研究。试验结果表明,当水力停留时间(HRT)为10h、污泥停留时间(SRT)为10d时,HMBR能够有效去除有机物,对COD和BOD5的平均去除率分别为95.1%和98.5%,比CMBR分别提高了4.6%和3.8%;HMBR能够有效去除营养物质,对NH4+-N、TN和TP的平均去除率分别为98.8%、50.9%和82.2%,比CMBR分别提高了5.4%、13.8%和0.9%;HMBR表现出了良好的膜污染控制能力,当跨膜压差(TMP)到达20kPa时,HMBR运行了143d而CMBR仅运行了57d。     

投加PAC延缓HDMBR处理印染废水膜污染研究

将动态膜技术与悬浮填料结合构建复合式动态膜生物反应器(HDMBR),采用HDMBR工艺处理印染废水,研究投加粉末活性炭(PAC)前后对印染废水的污泥混合液特性、胞外聚合物分布及其膜污染的影响。投加和未投加PAC反应器分别标为反应器A和B。实验结果表明:反应器A混合液的EPS增加量、LB-EPS积累量、粒径10μm的微粒所占比例、膜通量与Zeta电位降低幅度均小于反应器B,投加PAC改善了污泥混合液的性质,有效地减缓膜污染。由膜表面滤饼的三维荧光光谱(EEM)与红外光谱(FTIR)解析,膜表面主要污染物是蛋白质和多糖。PAC的吸附性能及其在滤饼层"骨架"功能,可减少膜表面污泥滤饼层的形成和沉积,有利于延缓膜污染。     

复合式膜生物反应器处理生活污水

采用以粉末活性炭(PAC)作为填料的复合式膜生物反应器处理小区生活污水.该反应器在不人为排泥,不对膜进行任何处理(不空曝、不清洗)的情况下,连续运行100d.结果表明,系统运行稳定,出水水质优良(COD<25mg/L,NH₄⁺-N<0.6mg/L,无色无味,无SS,没有检测出大肠杆菌).PAC不仅改善了膜生物反应器中的污泥混合液的沉淀性能与可过滤性,同时也改善了膜表面滤饼层的水力特性,从而达到了减小膜过滤阻力,延缓膜污染的目的,而且还降低了运行成本.     

温度对分置式厌氧膜生物反应器处理效果及膜污染的影响

研究了温度对分置式厌氧膜生物反应器(An MBR)废水处理系统处理效果及膜污染的影响。结果表明:与35℃相比,25℃时污泥混合液和滤饼层的EPS都有所积累,且污泥颗粒较小,滤饼层污泥不易被水力冲刷剪切力剥离,膜污染速率较快,不利于对膜污染的控制;滤饼层EPS成分分析表明,蛋白质类是造成膜污染的主要物质,高激发波长类色氨酸是影响膜污染速率的重要因素;在HRT为32 h,温度为35℃时系统COD去除率较高,膜污染速率较低,膜运行周期较长,是较合适的运行温度。     

金属膜生物反应器处理生活污水膜污染的影响因素

采用浸没式平板金属膜生物反应器处理模拟生活污水,考察好氧与缺氧/好氧(anoxic/oxic, A/O) 2种运行模式下ρ(MLSS)和污泥粒径分布对膜过滤性能的影响及膜过滤阻力的组成. 结果表明,对于好氧膜生物反应器,存在一个能获得良好膜过滤性能的ρ(MLSS)范围; 好氧模式下膜过滤阻力主要为滤饼层阻力,且滤饼层能通过在线药洗或机械清洗较好地去除,系统在膜通量为0.80～1.00 　m3/(m2·d)下未进行离线药洗连续运行115 d. A/O模式下膜过滤阻力主要为内部阻力; A/O循环导致污泥破碎解体,产生大量微小粒子,在膜孔内形成吸附和堵塞,使膜过滤性能急剧下降,为维持系统运行,A/O阶段将膜通量从1.00 　m3/(m2·d)降至0.50 　m3/(m2·d),并进行了15次膜清洗.      

波纹微通道湍流促进器减缓SFMBR的膜污染效果分析

主要通过浸没式平板膜生物反应器的膜污染阻力分布和膜表面的污染特性来分析波纹微通道湍流促进器减缓浸没式平板膜生物反应器的膜污染效果.结果表明,波纹微通道湍流促进器有效地降低了总阻力Rt,降低率达到68.01%,其中的Rrf、Rc和Rp+Ra分别降低54.20%、87.98%和84.00%;滤饼层厚度、有机和无机污染成分都减少,且污染层更易去除.综合膜污染阻力分布和膜表面污染物表征结果从扰流作用强化机理、逆扩散机理、絮凝机理和微孔强化过滤机理四个方面分析了波纹微通道湍流促进器减缓浸没式平板膜生物反应器膜污染的效果.     

好氧颗粒污泥MBR工艺处理变电站生活污水性能分析

实验对比研究了好氧颗粒污泥膜生物反应器（AGMBR）和传统絮状污泥膜生物反应器（MBR）处理变电站生活污水过程中的膜污染行为及净水性能。以变电站生活污水作为进水,经60 d可以成功培养出好氧颗粒污泥。与传统絮状污泥相比,好氧颗粒污泥能够有效减缓膜污染,尤其是不可逆膜污染。AGMBR水力反洗频率仅为传统MBR的33.3%,30 d连续运行的膜孔阻力仅为传统MBR的69.3%。进一步分析发现,AGMBR反应器中EPS含量显著低于传统MBR,而且EPS中多糖组分含量也远低于传统MBR（仅为MBR的46%）。净水性能对比结果表明,AGMBR对TN和TP有着优异的去除性能,30 d运行平均去除率比传统MBR分别高出37.8%和40.5%。     

自养菌和异养菌胞外聚合物对活性污泥絮凝特性的影响

为探讨自养菌和异养菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的差异及其对活性污泥表面及絮凝特性的影响,研究了有机负荷为0、0.30和0.74 kg·kg-1·d-1时,污泥松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(tightly bound EPS,TBEPS)的组分含量、形态、表面特性以及絮凝性能的差异,并就LB-EPS与TB-EPS对污泥絮凝特性影响的作用机理进行了探讨.结果表明,有机负荷越高,多糖含量越高,EPS总量及蛋白质含量越低.由三维荧光光谱测定结果可知,类富里酸物质为异养菌而非自养菌的代谢产物,且有机负荷越高,TB-EPS中的类富里酸荧光峰强度越大.自养和异养污泥的絮凝机理不同,自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体,LB-EPS与TB-EPS对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小;异养活性污泥絮体形态在TB-EPS提取后发生明显改变,TB-EPS在异养活性污泥絮体聚集时发挥着主要作用.包裹着LB-EPS的污泥表面负电荷多且疏水性差,不利于异养污泥生物絮凝.有机负荷越高,污泥表面Zeta电位负电性越强,相对疏水性(relative hydrophobity,RH)越小,污泥稳定性越差.     

SMBR系统活性污泥性质对膜污染特征的影响

采用浸没式膜生物反应器(Submerged membrane bioreactor,SMBR),在曝气量300 L·h-1、膜通量15 L·m-2·h-1、抽吸/间歇时间为8 min/2 min的工况下,在缺氧区采用不同搅拌强度运行,研究了活性污泥特性及其对滤饼层特征的影响.试验结果表明,搅拌强度对系统主要水质指标的去除没有明显的影响.但随着搅拌强度的突然增加,会导致活性污泥上清液胶体态物质升高,胞外聚合物由(28.94±9.61)mg·g-1(以VSS计,下同)增加到(52.57±7.98)mg·g-1,膜污染速率增加2.13倍;滤饼层污染引起的跨膜压差(Trans-membrane pressure,TMP)占到总TMP的93.64%以上.     

MFC-MBR耦合系统中SMP与EPS特性的研究

将膜生物反应器与以剩余污泥为底物的微生物燃料电池结合建立了能够有效控制膜污染的MFC-MBR耦合系统,以传统MBR作为对照研究了MFC-MBR耦合系统内泥水混合液的溶解性微生物产物(SMP)与胞外聚合物(EPS)浓度、分子量分布及荧光特性的变化情况.结果表明与传统MBR相比耦合系统中SMP与TB-EPS浓度分别升高了8.5%与9.2%,而LB-EPS浓度则降低了47.9%,并且LB-EPS中芳香性蛋白质与腐植酸的浓度也显著降低.同时还考察了传统MBR与MFC-MBR耦合系统中膜污染情况,结果发现,在传统MBR中TMP达到30KPa所需时间为38d,而MFC-MBR耦合系统则为55d.说明MFC污泥回流能够有效减缓膜污染的发生.     

曝气膜生物反应器运行过程中污泥活性特征变化及其对膜污染的影响

研究了曝气膜生物反应器运行过程中活性污泥主要活性特征变化及其对膜污染的影响.通过排出剩余污泥的办法维持活性污泥浓度在4000 mg·L-1左右,并连续运行75 d.运行期间,每日检测活性污泥的各项性质指标便于反映污泥特性的变化.结果表明,随着反应器运行时间的延长,污泥脱氢酶活性逐渐增加,其对反应器的运行有着两方面的作用,一方面会强化微生物对污染物的去除,但另一方面则导致了胞外聚合物的增加,并加速膜污染.而污泥表观产率则随着运行时间的延长先增加后有所减少,其粒径逐渐减小,且胞外聚合物呈现增加的趋势,总的出水水质情况逐渐提高,与此同时,反应器内原生动物及后生动物在运行前期较少,而在后期大量出现.膜污染分析结果表明运行后期膜污染速度明显加快,其原因在于:污泥粒径的减小以及胞外聚合物的增加导致细小颗粒及胞外聚合物堵塞或在膜表面沉积数量增加.     

活性污泥性质对短期膜污染影响的解析研究

采用统计分析方法研究了16种不同性质活性污泥混合液对膜生物反应器膜污染的影响机理.结果表明,胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)、溶解性有机物(soluble microbial products,SMP)、上清液胶体颗粒(suspended solids insupernatant,SS_s)、污泥混合液粘度(μ)、相对疏水性(relative hydrophobicity,RH)、Zeta电位(Zeta potential)均对膜生物反应器膜渗透性能有显著的影响作用,其与膜污染阻力的皮尔逊相关系数r_p分别为:0.898、0.712、0.810、0.691、0.837、-0.881;同时发现,胞外聚合物是影响活性污泥中溶解性有机物含量(r_p=0.682)、污泥粘度大小(r_p=0.633)、上清液胶体颗粒含量(r_p=0.783)、Zeta电位(r_p=-0.953)及相对疏水性大小(r_p=0.877)的主要因素;在活性污泥性质中胞外聚合物是影响膜污染的根本原因,是膜生物反应器膜污染的重要影响因素.     

膜-生物反应器中活性污泥沉降性能与膜污染相关性研究

结合连续流小试，对膜．生物反应器运行过程中，活性污泥沉降性能的变化及其对膜污染的影响进行了研究．结果表明，随着运行时间的增长，该系统内丝状菌大量繁殖，活性污泥沉降性能变差，SVI值升高．随之，膜过滤压差(过滤阻力)平均上升速率有所增加，膜过滤周期缩短．膜过滤压差的“两阶段性(平缓上升期和加速上升期)”变化规律趋于明显，平缓上升期和加速上升期的膜过滤压差上升速率随污泥SVI值的升高分别呈现下降和上升的趋势．污泥沉降性能的变化对膜污染过程产生明显影响．电镜观察表明，污泥沉降性能对膜过滤压差的影响与膜面污染层的结构和厚度有关．     

低温时污泥膨胀对MBR中膜污染的影响

通过一体式膜生物反应装置考察了在低温条件下发生污泥膨胀过程中反应器的运行效果和膜污染的情况,并从微生物角度分析了引起膜污染的因素.结果表明,低温时COD上清液和出水平均去除率分别为85%和92%,发生丝状菌污泥膨胀后去除率变化不大.MBR中丝状菌污泥膨胀形成的过程中,污泥沉降性变差,丝状菌丰度（FI）由2增加到5,丝状菌伸出絮体形成网状结构.低温时膜操作压力随时间呈直线变化,膜组件的水力清洗周期为15 d.在丝状菌大量繁殖时缩短到7 d,膜污染严重.通过测定活性污泥的特性,发现膨胀污泥的胞外聚合物（EPS）总量是正常污泥的3倍,污泥絮体相对疏水性（RH）随FI的提高而增大.EPS和RH增大后会引起更多物质沉积到膜表面,使膜污染速率提高,膜的运行周期变短.进一步的分析表明,混合液粘度、Zeta电位、污泥絮体形态也是影响膜污染的因素.     

泥水预分离MBR膜污染缓减效能研究

通过长期运行实验,进行了泥水预分离膜生物反应器（sludge/water pre-separation membrane bioreactor, S/W-MBR）与传统淹没式膜生物反应器（submerged membrane bioreactor, SMBR）对比研究,考察了污泥浓度、胞外聚合物含量（extracellular polymeric substances, EPS）及过膜阻力（trans-membrane pressure, TMP）随运行时间的变化规律及其对膜污染的缓减作用.结果表明,S/W-MBR与SMBR生物区的污泥浓度基本一致,而S/W-MBR膜区的污泥浓度较SMBR有显著降低.两者生物区的EPS含量均随运行时间的延长而增加,而S/W-MBR膜区的单位质量污泥的EPS含量始终保持在15 mg/g左右的较低水平.S/W-MBR比SMBR具有更好的缓减膜污染能力,在近90d的连续运行过程中,前者的膜组件仅需清洗2次,后者的膜组件清洗了5次.     

基于溶解氧微电极的动态膜特性的在线研究方法

自生动态膜-生物反应器是一种将粗网材料制成的组件置于反应器中进行泥水分离的生物处理工艺.粗网材料表面形成的动态膜不仅能有效去除浊度,还具有生物活性,可以降解污染物.通过微电极技术,可以研究动态膜的生物活性.为便于微电极在线测量,构建微型反应器模拟动态膜的实际过滤过程,结合微动平台,采用溶解氧微电极测量动态膜内的溶解氧分布.结果表明,动态膜在反应器运行过程中结构发生变化,出现气泡.动态膜内溶解氧浓度随深度的增加而降低,在2.0～2.5mm深度处降至0.动态膜表层微生物的比耗氧速率在反应器运行第1、5和8天分别为34.3、10.6和12.4mg/(g·h).     

在线NaClO反洗对倒置A2O-MBR系统微生物群落的影响

为研究在线NaClO反洗对MBR系统微生物群落结构的影响,采用倒置A2O-MBR反应器分别经历稳定期、在线纯水反洗及在线NaClO反洗阶段,监测系统运行效果、膜污染状况以及微生物群落结构特征.结果表明,在线NaClO反洗阶段反应器对COD、氨氮、TN等的去除效果与反洗前相差无几.在线纯水反洗后平均膜污染速率较稳定期有所降低,而在线NaClO反洗阶段膜污染速率增加,EPS浓度最高,膜污染加剧. Chao指数、Simpson指数和Shannon指数结果表明,在线NaClO反洗后好氧池污泥的微生物多样性几乎不变,而滤饼层污泥的种群丰度略微升高,但微生物的种群多样性明显降低.好氧池和滤饼层污泥的微生物种群主要以变形菌门(Proteobacteria)为主,其次是拟杆菌门(Bacteroidetes).经在线NaClO反洗后,好氧池污泥的变形菌门和拟杆菌门种群相对丰度变化很小,而滤饼层污泥的种群组成变化明显,对氯消毒剂有一定抵抗性的变形菌门从53. 4%增加到77. 8%,而拟杆菌门从33. 4%减少至14. 5%.经在线NaClO反洗后,好氧池和滤饼层在科水平微生物群落分布上十分相似,固氮螺菌科、丛毛单胞菌科等相比NaClO反洗前明显增加,那些能够耐受NaClO处理的微生物种可能是在线NaClO反洗阶段膜污染加剧的主要原因.     

Mechanism of calcium mitigating membrane fouling in submerged membrane bioreactors

Two parallel membrane bioreactors (MBRs) were operated under different calcium dosages (168.5, 27 mg/L) to gain a better understanding of the mechanism of retarding membrane fouling by adding calcium. The results showed that the particle size of sludge flocs increased and the particle size distribution tended to be narrow at the optimum dosage (168.5 mg/L). Calcium was effective in decreasing loosely bound extracellular polymeric substances (LB-EPS) in microbial flocs and soluble microbial products (SMP) in the supernatant at the dosage of 168.5 mg/L by strengthening the neutralization and bridging of EPS with flocs. Furthermore, the amount of COD_S and COD_C decreased in both the mixed liquor and the fouling cake layer on the membrane surface. In order to compare the filtration characteristics of cake layers from the MBRs with the two calcium dosages, the specific cake resistance and the compressibility coefficient were measured. The specific cake resistance from the MBR with optimum dosage (168.5 mg/L) was distinctly lower than that with low dosage (27 mg/L). The compressibility coefficient of the cake layers under two dosages were respectively attained as 0.65, 0.91. Scanning electron microscopy (SEM) and three-dimensional confocal scanning laser microscope analysis (CLSM) images were utilized to observe the gel layer directly.