错流膜生物反应器水力清洗特性研究

采用外压管式聚砜－聚丙烯腈共混超滤膜进行错流膜生物反应器水力清洗特性研究,结果表明,清洗时采用高膜面流速、低操作压力和限制透过液对流传递作用有利于错流膜生物反应器通量的恢复,这符合膜藏去除过程中的传质机理;适宜的膜面流速应稍大于临界流速ｖｋ＝１．９２ｍ／ｓ,清洗时间应控制在１０ｍｉｎ,适宜的清洗操作压力为０．０７ＭＰａ。     

Performance of bioferric-submerged membrane bioreactor for dyeing wastewater treatment

Adding iron salt or iron hydroxide to sludgemixed liquor in an aeration tank of a conventional activated sludge processes (bioferric process) can simultaneously improve the sludge’s filterability and enhance the system’s treatment capacity. In view of this, Fe(OH)₃ was added to a submerged membrane bioreactor (SMBR) to enhance the removal efficiency and to mitigate membrane fouling. Bioferric process and SMBR were combined to create a novel process called Bioferric-SMBR. A side-by-side comparison study of Bioferric-SMBR and common SMBR dealing with dyeing wastewater was carried out. Bioferric-SMBR showed potential superiority, which could enhance removal efficiency, reduce membrane fouling and improve sludge characteristic. When volumetric loading rate was 25% higher than that of common SMBR, the removal efficiencies of Bioferric-SMBR on COD, dye, and NH₄ ⁺-N were 1.0%, 9.5%, and 5.2% higher than that of common SMBR, respectively. The trans-membrane pressure of Bioferric-SMBR was only 36% of that in common SMBR while its membrane flux was 25% higher than that of common SMBR. The stable running period in Bioferric-SMBR was 2.5 times of that in common SMBR when there was no surplus sludge discharged. The mixed liquor suspended solids concentration of Bioferric-SMBR was higher than that of common SMBR with more diversified kinds of microorganisms such as protozoans and metazoans. The mean particle diameter and specific oxygen uptake rate of Bioferric-SMBR were 3.10 and 1.23 times the common SMBR, respectively. Translated from Environmental Science, 2005, 26(6): 65–70 [译自: 环境科学]     

不同细菌分泌物及其反渗透膜污堵特性比较

反渗透(RO)工艺在城市污水再生处理中的应用越来越多,但膜污堵严重影响了该工艺的稳定运行.溶解性微生物产物(SMP)是造成RO膜污堵的最主要的有机物.本文以再生水厂RO膜面分离的两种细菌Pseudomonas sp. AM1-1和Chromobacterium sp.AM1-2的SMP为研究对象,比较了两者SMP的组成成分及其对RO膜的污堵能力.结果发现,在葡萄糖培养基中培养至稳定期后,两者产生的SMP中多糖与蛋白质比例均约为1∶1,AM1-1的SMP中多糖和蛋白质均呈双峰式分布,分布于大于10~5Da和小于10~3Da两个范围;AM1-2的SMP中,多糖分子量呈双峰式分布,主要分布于大于10~6Da的范围,有少量小于10~3Da,蛋白质分子量小于10~3Da.通过RO错流过滤污堵实验装置考察了两种SMP对RO膜的污堵特性,发现SMP中大分子有机物的分子量与SMP的膜污堵潜力密切相关,有机物分子量越大,SMP的膜污堵潜力越高,而多糖和蛋白质的比例并不是决定SMP膜污堵潜力的关键.因此,减少SMP中的大分子量物质(特别是大分子多糖)在RO膜表面的沉积,是缓解SMP造成的RO膜污堵的关键.     

Low intensity ultrasound stimulates biological activity of aerobic activated sludge

This work aims to explore a procedure to improve biological wastewater treatment efficiency using low intensity ultrasound. The aerobic activated sludge from a municipal wastewater treatment plant was used as the experimental material. Oxygen uptake rate (OUR) of the activated sludge (AS) was determined to indicate the changes of AS activity stimulated by ultrasound at 35 kHz for 0–40 min with ultrasonic intensities of 0–1.2 W/cm². The highest OUR was observed at the ultrasonic intensity of 0.3 W/cm² and an irradiation period of 10 min; more than 15% increase was achieved immediately after sonication. More significantly, the AS activity stimulated by ultrasound could last 24 h after sonication, and the AS activity achieved its peak value within 8 h after sonication, or nearly 100% higher than the initial level after sonication. Therefore, to improve the wastewater treatment efficiency of bioreactors, ultrasound with an intensity of 0.3 W/cm² could be employed to irradiate a part of the AS in the bioreactor for 10 min every 8 h. Translated from Environmental Science, 2005, 26(4): 124–128 [译自: 环境科学]     

跨膜压差和膜面流速对磁絮凝延缓陶瓷微滤膜通量衰减的影响

为克服陶瓷微滤膜净化微污染水体时产水量不高、通量衰减迅速的难题,采用磁絮凝预处理工艺延缓陶瓷膜的污染。对比了磁絮凝预处理与传统絮凝预处理对陶瓷微滤膜膜污染的影响,结果显示:磁絮凝预处理后陶瓷膜的稳定产水量高于传统絮凝预处理,验证了磁絮凝预处理工艺延缓膜污染的可行性。同时,研究了跨膜压差和膜面流速对2种组合工艺膜通量的影响,结果表明:随着跨膜压差和膜面流速的增加,膜通量均提高但增幅逐渐放缓,其优化运行参数如下:跨膜压差为0.20 MPa,膜面流速为2.0 m/s。     

When signal meets noise: immunity of the frog ear to interference

Sound stimulates the tympanic membrane (TM) of anuran amphibians through multiple, poorly understood pathways. It is conceivable that interactions between the internal and external inputs to the TM contribute to the nonlinear effects that noise is known to produce at higher levels of the auditory pathway. To explore this issue, we conducted measurements of TM vibration in response to tones in the presence of noise in the frog Eupsophus calcaratus. Laser vibrometry revealed that the power spectra (n = 16) of the TM velocity in response to pure tones at a constant level of 80 dB sound-pressure level (SPL) had a maximum centered at an average frequency of 2,344 Hz (range 1,700–2,990 Hz) and a maximum velocity of 61.1 dB re 1 μm/s (range 42.9–66.6 dB re 1 μm/s). These TM-vibration velocity response profiles in the presence of increasing levels of 4-kHz band-pass noise were unaltered up to noise levels of 90 dB SPL. For the relatively low spectral densities of the noise used, the TM remains in its linear range. Such vibration patterns facilitate the detection of tonal signals in noise at the tympanic membrane and may underlie the remarkable vocal responsiveness maintained by males of E. calcaratus under noise interference.     

臭氧-CNT膜改性联用工艺阈通量及膜污染分析

采用碳纳米管(carbon nanotube,CNT)对聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)中空纤维超滤膜进行改性,结合臭氧预氧化技术,考察了臭氧-CNT膜改性联用工艺的阈通量及膜表面污染情况.结果表明,原膜阈通量为45 L·(m~2·h)~(-1),联用工艺下阈通量为81 L·(m~2·h)~(-1),联用工艺相对原膜阈通量提高了约80%;且联用工艺的污染速率最低,约为0. 001 37k Pa·min-1·L-1·m~2·h.相同臭氧投量与CNT负载量下,对比联用工艺阈通量与临界通量运行情况,得出阈通量下运行过水量高于临界通量运行,表明阈通量下运行能够缓解膜污染,延长膜组件的运行时间.膜污染碳平衡实验结果表明,采用CNT对膜改性后,膜组件的纳污能力与可恢复性得到明显提高,臭氧氧化能够进一步提高CNT改性膜组件的可恢复性,大幅提高其过水性能和使用时间.     

微藻膜反应器处理海水养殖废水性能及膜污染特性

以海水养殖废水为研究对象,探究了微藻膜反应器的脱氮除磷效能及膜污染特性.采用青岛大扁藻（Platymonas helgolandica tsingtaoensis）作为生物源,经过60 d的运行,微藻膜反应器的TN和TP去除率分别为73.6%和77.9%,TN和TP去除速率达到15g·（m³·d）^-1和2.8g·（m³·d）^-1.反应器中的微藻能够较快富集,最大生长速率可达53.3mg·（L·d）^-1,最大生物量可达1.4 g·L^-1.第18d和38d分别对反应器中的微藻进行采收,未影响反应器的脱氮除磷效能,且可以在一定程度上缓解膜污染现象.微藻生物量的增加会显著提高膜污染物质的含量,三维荧光光谱结果表明,色氨酸类蛋白质和芳香类蛋白质是造成膜污染的重要因素.     

分置式厌氧陶瓷膜生物反应器处理模拟生活污水试验研究

为强化厌氧系统的处理效能,延缓厌氧膜生物反应器膜污染速率,采用分置式厌氧陶瓷膜生物反应器处理模拟生活污水.结果表明:厌氧反应器UASB经过60 d的启动,可实现对模拟生活污水的良好处理,COD去除率超过90%;耦合膜组件运行后,膜出水COD在22.58 mg·L~(-1)左右,COD总去除率平均为95.53%,甲烷日均产量为352 mL·d~(-1),产率最高达到0.11 m~3·kg~(-1);跨膜压差(TMP)达到26.81 kPa时膜污染严重,周期为14 d,反冲洗能够去除膜表面的泥饼层,有效地延长膜污染周期;对混合液及滤饼层中的多糖和蛋白质浓度进行了分析,结果表明,蛋白质是引起膜污染的主要物质.     

无机膜-生物反应器处理生活污水试验研究

用无机膜－生物反应器进行处理生活污水试验,结果表明,当ＨＲＴ为５ｈ,膜通量为７５－１５０Ｌ／（ｍ＾２．ｈ）膜面流速为４ｍ／ｓ,ＳＲＴ为５,１５,３０ｄ时,分别经过１０,１６,１４ｄ,运行,生物反应器ＭＬＳＳ达到稳定值３．１,１０．７,１７．３ｇ／Ｌ,对ＣＯＤ,ＮＨ３－Ｎ和浊度的去除率分别为超过９６％,９５％,９８％,对ＳＳ和Ｅ．ｃｏｌｉ的去除率则达１００％;试验出水水质优于建设部生活杂用水水质标准     

分体式膜-生物反应器在废水处理中的工艺条件

对分体式膜-生物反应器(RMBR)处理废水进行了研究.进水COD_Cr:312～584mg/L,RMBR的出水CODCr在运行4d后＜15 mg/L并稳定.向生物反应器添加0.5g/L(混合液)的粉末活性炭(PAC)后出水COD_Cr＜4.22mg/L.膜侧污水流速在0.9～1.9m/s范围内,临界膜通量随膜侧污水流速的增大而增大.添加PAC,组合添加PAC和Al₂(SO₄)₃·18 H₂O均可有效提高临界膜通量.在膜侧流速1.9m/s的条件下,临界膜通量从72L/(m²·h)分别增至76L/(m²·h)和81 L/(m²·h)在22℃～30℃范围内,每升高1℃可提高膜通量1.9%.在连续运行100d中,RMBR可在无任何物理,化学清洗的条件下运行14d而透膜压力无增大,膜通量不降低.对于已污染的膜,水清洗、水碱共间清洗、水碱酸共同清洗可分别恢复至新膜膜通量的47%、83%、94%.     

倒置A2/O-MBR组合工艺处理生活污水效能及膜污染特性

将自制高强度PVA亲水化改性复合膜应用于倒置A2/O-MBR工艺中,处理模拟生活污水,考察了系统对COD、氨氮、总氮、总磷及浊度的去除效果以及膜性能的变化.结果表明,在不同回流比条件下,COD、氨氮、总磷等去除率变化不大,分别大于90%、95%、80%;回流比对总氮的去除效果有一定的影响,回流比为100%时去除率较低,当回流比从100%增加到300%时,去除率相应增大,在膜的高效截留作用下,膜出水浊度始终小于0.05NTU,控制膜通量为(12±0.5)L·(m2·h)-1,连续运行52 d,未对膜进行任何清洗,膜污染平均速率为13.22 Pa·h-1,膜污染进程缓慢.经FTIR分析,多糖和蛋白质是膜有机污染物的主要成分,多为亲水性物质.膜与污染物之间的微观作用力的测定表明LB为膜主要污染物,与FTIR分析一致.     

基于膜特征参数变化的蛋白质超滤过程膜污染研究

为进一步研究多种蛋白质体系超滤过程的膜污染机制,采用切割相对分子质量为50×103的聚醚砜(polyethersulfone,PES)超滤膜,对溶菌酶(lysozyme,LYS)、牛血清蛋白(bovine serum albumin,BSA)、LYS+BSA等3种不同蛋白质溶液的超滤过程进行了研究.运用接触角仪、场发射扫描电镜(field emission scanning electron microscope,FESEM)、原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)测定了不同污染阶段膜特征参数的变化.结果表明,超滤膜通量变化明显呈现3个阶段:初期(约0~5min)衰减迅速、中期(约5~60 min)衰减缓慢、后期(约60~120 min)趋于稳定;整个超滤过程中,LYS污染膜的通量衰减幅度最大,LYS+BSA次之,BSA最小.膜特征参数变化表明:LYS对膜的初期污染主要以膜孔窄化为主,中期污染由膜孔堵塞和膜孔窄化共同控制;BSA初期膜污染以膜孔堵塞为主,中期污染以膜孔窄化为主;滤饼层过滤是BSA、LYS后期膜污染的主要机制.LYS+BSA二元混合溶液中的LYS对膜污染的产生起主导作用.     

灰色关联分析法评价陶瓷膜运行性能

应用灰色关联分析法对陶瓷膜运行过程中各个操作参数的分析,分别得到影响膜通量和COD去除率的各个参数相关度大小排序分别为：跨膜压差〉滤液粒径〉滤液浓度〉过滤时间〉错流速度;跨膜压差〉滤液浓度〉过滤时间〉错流速度〉滤波粒径。通过对过滤液粒径2．09μm,流速1．0m／s,时间20min,跨膜压差不同的情况,进行跨膜压差和过滤液浓度的实验．寻找合适的最佳运行操作压力为0.15MPa。灰色分析结果表明。跨膜压差和过滤液浓度是影响膜通量和COD去除效果的关键因素。在设计和实际运行过程中．把以上2个因素作为主控因素,对延长陶瓷膜使用寿命和保证COD良好去除效果均有重要意义．     

印染废水反渗透脱盐系统运行性能及膜污堵特性

反渗透(RO)脱盐工艺对实现印染废水再生利用具有重要的意义.膜污堵却制约了RO工艺应用.对广东省某工业园区印染废水RO脱盐系统运行性能及膜污堵特性进行了研究.结果表明,印染废水生化处理出水经臭氧氧化-砂滤-超滤(UF)预处理后,RO进水COD平均浓度为12.4 mg·L~(-1),浊度1 NTU.RO系统脱盐率稳定在98%,RO产水高锰酸盐指数约为0.7 mg·L~(-1),浊度约为0.12 NTU.但RO系统运行3 a后,跨膜压差高达0.6 MPa,产水量下降至120 m~3·h~(-1),且不能通过化学清洗恢复,在RO膜面沉积了不可逆的污堵物.RO膜面的有机物占总污堵物干重的(53.5±0.2)%,无机物占(46.5±0.2)%,RO膜面有机污堵与无机污堵贡献相近.Si、Al与Ca是RO膜面主要的无机元素.碱液(Na OH溶液)对沉积在RO膜面的Si与Al及有机物提取效果较好.     

预处理对短流程超滤工艺不可逆膜污染影响的中试试验

以东江水为处理对象,进行直接超滤、微絮凝-超滤和絮凝/活性炭-超滤中试研究,探讨预处理对短流程超滤工艺不可逆膜污染的影响.利用扫描电镜形貌观察、三维荧光光谱(EEM)和高效排阻色谱法等手段对不可逆膜污染物进行表征分析,比较预处理对不可逆膜污染物含量和组分的影响,阐述预处理对不可逆膜污染影响的机制.结果表明,在10 L·(m~2·h)~(-1)低通量运行下,微絮凝预处理使不可逆膜污染增长速率从直接超滤的0.32 k Pa·d~(-1)下降到0.16 k Pa·d~(-1),絮凝/活性炭预处理后超滤工艺几乎零污染运行,且当絮凝/活性炭-超滤运行通量增加至17 L·(m~2·h)~(-1)时,仍没有观察到明显的不可逆膜污染增长.东江水中不可逆膜污染的主要组分是蛋白质类和富里酸等腐殖质类物质.微絮凝通过改变膜表面滤饼层的结构(厚度和密实性),提高物理清洗效率,减轻不可逆膜污染的积累;絮凝/活性炭预处理提高对不可逆膜污染物的去除效果,减轻膜污染负荷,控制不可逆膜污染.因此,采用絮凝和絮凝/活性炭预处理工艺,均可有效降低短流程超滤工艺不可逆膜污染积累.     

正常污泥和膨胀污泥中EPS膜污染特性及其与膜表面作用能分析

胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)是导致膜污染的重要物质,且不同形态污泥的EPS具有不同的性质,研究正常污泥和膨胀污泥的EPS膜污染特性具有重要意义.因此,实验考察了正常污泥和膨胀污泥的膜污染速率.结果表明,膨胀污泥膜污染速率远高于正常污泥,膨胀污泥EPS(Bulking sludge-EPS,BS-EPS)浓度((172.9±10.4) mg·g-1)明显高于正常污泥EPS(Normal sludge-EPS,NS-EPS)浓度((95.9±6 6) mg·g-1),且膨胀污泥的蛋白质/多糖(Protein/Carbohydrate,P/C)值(2.26)高于正常污泥的P/C值(1 97)此外,通过序批式吸附实验研究了正常污泥和膨胀污泥的EPS膜污染差异,并基于Derjaguine-Landaue-Verweye-Overbeek (XDLVO)理论计算了EPS与PVDF膜表面之间的作用能结果表明,EPS-膜系统的总界面能为负值,即EPS-膜系统之间会发生自吸附行为,而膜与BS-EPS的总界面能(-63.943mJ.m2)较膜与NS-EPS(-56.366 mJ·m2)具有较高的能量,因此,BS-EPS与膜的吸附力较强;NS-EPS和BS-EPS主要能量壁垒分别为8.89 kT和7.51 kT,表明NS-EPS与膜之间的排斥力更强,因而BS-EPS更容易造成膜污染     

光催化/活性炭/纳滤组合工艺处理二级出水及对膜污染的控制

污水的资源化与回用可作为城市和各类建筑的非传统水源,必须满足相关水质标准,其中有机物一直是广泛关注的重要指标.本文采用华北某市大型污水厂的二级出水,研究了二氧化钛光催化氧化(UV-TiO_2)和颗粒活性炭(GAC)技术对溶解性有机物的去除特性以及对纳滤(NF)的膜污染控制特性,构建了UV-TiO_2/GAC/NF组合工艺,评价了组合工艺的有机物去除效能和膜污染控制作用,解析了影响NF膜污染程度的有机物种类和相对分子质量分布特征.结果表明,UV-TiO_2和GAC技术均可不同程度地缓解NF膜的不可逆污染、降低膜通量衰减速率; UV-TiO_2/GAC联用的不可逆膜污染程度比单独UV-TiO_2或GAC技术分别降低了48. 7%或61. 4%.类蛋白质和类腐殖质等有机污染物是不可逆膜污染的主要组分;相对分子质量为小于3×10~3和30×10~3～100×10~3的有机物是造成纳滤膜通量下降的主要因素. UV-TiO_2/GAC/NF组合工艺的COD、DOC和UV_(254)去除率为45. 7%、74. 5%和89. 2%,出水中COD、DOC和UV_(254)等有机物指标均得到有效去除.研究成果为城市和各类建筑非传统水源的深度净化与多途径回用提供了技术支持.     

臭氧-CNT膜改性联用工艺对PVDF中空纤维膜污染进程的缓解

采用碳纳米管(carbon nanotube,CNT)对聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)中空纤维超滤膜进行改性,结合臭氧预氧化技术,考察了臭氧-CNT膜改性联用工艺对PVDF中空纤维膜污染进程的缓解作用,研究了CNT负载量和臭氧投量对中空纤维膜组件通量变化和抗污染性能的影响.结果表明,CNT负载量为3 g·m-2、臭氧投量(以O3/DOC计)为0.22mg·mg-1时,临界通量下[144 L·(m2·h)-1],膜组件单位面积过水量达到850 L·m-2,相比原始超滤膜过水量提高了4.5倍;低通量[18 L·(m2·h)-1]下运行15d,膜组件单位面积过水量达到3000 L·m-2,相比原膜单位过水量提高近10倍.使用共聚焦激光扫描电镜观测污染膜表面,结果表明,运行压力增长最快的原膜表面污染层内活菌数量最多;臭氧氧化与CNT膜均能够减少膜表面污染层内的微生物总量和活菌数量,从而缓解了运行压力的增长.臭氧氧化后CNT层的存在,进一步减少了膜表面污染层内的活菌数量,同时截留了部分死菌,但截留的死菌与运行压力增长无明显相关性.     

缺氧MBR-MMR处理海水养殖废水性能及膜污染特性

采用普通小球藻(C.vulgaris)作为实验藻种,搭建缺氧MBR-微藻膜反应器(缺氧MBR-MMR)耦合系统处理海水养殖废水,前置缺氧MBR用于有机物、NO~-_3-N和NO~-_2-N的降解,释放的NH~+_4-N进入MMR用于微藻生长而得到去除,考察协同处理效能和微藻采收情况,探究膜污染行为.反应系统共运行91 d,对NO~-_3-N和NH~+_4-N的去除率分别达到90.0%和88.0%以上,对PO~(3-)_4-P和TOC的平均去除率分别为49.4%和84.7%.普通小球藻在进行连续采收的情况下,能以平均浓度为9×10~7个·mL~(-1)的生物量稳定运行,实现了较好的去除效能和资源化利用.通过红外光谱和三维荧光光谱分析,MMR内造成膜污染的主要物质是色氨酸类蛋白质和腐殖酸类物质,与缺氧MBR内膜组件相比污染较轻.