新型膜-生物反应器在不同通量下的膜污染特性研究

选择适当的膜通量是膜-生物反应器控制膜污染的有效手段之一.本文根据膜通量与临界通量的关系选取了5个不同的膜通量,考察在这些通量条件下新型膜-生物反应器膜污染发展特性的变化.试验结果表明,膜通量的变化会影响膜污染的发展特性.当膜通量小于临界通量区时,膜污染发展具有"2阶段"趋势,并且膜通量越小"第1阶段"和"第2阶段"的膜污染发展速率对比越显著.当膜通量在临界通量区通量内时,首先出现短暂的膜污染快速增长期,随后膜污染发展仍呈现"2阶段"现象.当膜通量大于临界通量区通量时,膜操作压力(TMP)从开始运行即迅速上涨直至试验结束.     

微量1,6-己二胺改性纳米Fe3O4对PVDF共混膜性能的影响

以微量的改性纳米四氧化三铁与聚偏氟乙烯(PVDF)共混,制备具有良好亲水性、纯水通量和防污性能的PVDF复合膜。通过溶剂热法合成了经1,6-己二胺改性的纳米四氧化三铁(H-Fe_3O_4),同时比较了未经改性的四氧化三铁(Fe_3O_4)和改性后的四氧化三铁(H-Fe_3O_4)的结构性能差异。通过相转化法制备了H-Fe_3O_4(质量分数小于1.0%)与PVDF的共混复合膜(H-Fe_3O_4@PVDF复合膜)。通过测试膜的晶相组成、表面和断面形貌、静态纯水接触角、平均孔隙率、平均孔径、纯水通量、牛白蛋白截留率以及通量恢复率,研究微量H-Fe_3O_4的投加对复合膜性能的影响。结果表明,经1,6-己二胺调控合成的H-Fe_3O_4,比Fe_3O_4拥有更小的粒径、更好的单分散性以及更多的亲水官能团。向膜中添加0.3%的H-Fe_3O_4,可使复合膜的静态纯水接触角由80.9°降到66.6°,亲水性得到良好的改善。复合膜的平均孔隙率、平均孔径、纯水通量以及通量恢复率随H-Fe_3O_4投加量的增加均明显提高。当H-Fe_3O_4质量分数为0.4%时,复合膜的纯水通量从原膜的10.4 L·(m~2·h)~(-1)增加到了144.0 L·(m~2·h)~(-1),通量恢复率也从原膜的51.4%增加到了87.5%。微量H-Fe_3O_4的添加较好地改善了PVDF膜的性能,具有较好的实用价值。     

新型膜-生物反应器在不同通量下的膜污染特性研究

选择适当的膜通量是膜．生物反应器控制膜污染的有效手段之一。本文根据膜通量与临界通量的关系选取了5个不同的膜通量，考察在这些通量条件下新型膜．生物反应器膜污染发展特性的变化。试验结果表明，膜通量的变化会影响膜污染的发展特性。当膜通量小于临界通量区时，膜污染发展具有“2阶段”趋势，并且膜通量越小“第1阶段”和“第2阶段”的膜污染发展速率对比越显著。当膜通量在临界通量区通量内时，首先出现短暂的膜污染快速增长期，随后膜污染发展仍呈现“2阶段”现象。当膜通量大于临界通量区通量时，膜操作压力(TMP)从开始运行即迅速上涨直至试验结束。     

过滤/曝气两用型膜-生物反应器试验研究

对以聚乙烯微孔管为膜组件的过滤 /曝气两用型膜 生物反应器进行了研究。通过清水过滤试验发现 ,PE 1和PE 4 (孔径分别为 70～ 12 0 μm和 5～ 10 μm) 2种微孔管均具有较高的清水通量 ,单位水头下高达 2 5 0L/m2 ·h。PE 4微孔管对活性污泥混合液的过滤性能略优于PE 1,初始膜通量的选择对二者的过滤性能影响很大 ,但污泥浓度的影响则不甚显著。对膜组件进行过滤 /曝气交替运行 ,可有效地清除膜组件表面的泥饼层 ,较好地保持膜过滤性能的稳定。分别改变过滤 /曝气运行周期和初始膜通量 ,考察了膜过滤性能的变化 ,发现交替运行周期在 0 5～ 3h ,初始膜通量在 6 0～ 14 0L/m2 ·h时 ,系统在连续运行过程中每一运行周期内的平均膜通量先经历了初始的下降阶段 ,然后基本稳定在 5 0～ 80L/m2 ·h的水平 ,但低的初始膜通量可以使平均膜通量表现得更为稳定。过滤 /曝气两用型膜 生物反应器用于处理生活污水 ,可获得与传统膜 生物反应器相似的出水水质 ,并且对冲击负荷具有较好的承受能力。大小 2种孔径的微孔管对污染物的去除效果没有明显差异     

次临界操作下的膜污染机理研究

临界通量在膜污染控制的水动力学条件优化中是一个非常有意义的概念。本研究用一种新型的中空纤维膜组件过滤活性污泥混合液，采用通量阶式递增法对临界通量进行测定，实验表明，气水二相流是一个提高临界通量非常有效的方法，而且临界通量随着曝气强度的增大而增大，根据测定结果，可以得出膜生物反应器(MBR)的3个水动力学操作区：超临界区、临界区和次临界区。次临界操作可以防止颗粒物质在膜面上沉积引起的可逆污染，在次临界操作下，膜污染分为两个阶段，第一阶段为不可逆污染发展阶段，跨膜压力(TMP)发展缓慢；第一阶段膜的不可逆污染导致膜丝点通量不断的重分配，一旦出现膜丝上某一点的通量大于临界通量时，颗粒物质就以此点为突破口，不断沉积到膜丝表面，发生可逆污染，膜污染进入第二阶段，TMP急剧增加。     

次临界操作下的膜污染机理研究

临界通量在膜污染控制的水动力学条件优化中是一个非常有意义的概念。本研究用一种新型的中空纤维膜组件过滤活性污泥混合液 ,采用通量阶式递增法对临界通量进行测定 ,实验表明 ,气水二相流是一个提高临界通量非常有效的方法 ,而且临界通量随着曝气强度的增大而增大 ,根据测定结果 ,可以得出膜生物反应器 (MBR)的 3个水动力学操作区 :超临界区、临界区和次临界区。次临界操作可以防止颗粒物质在膜面上沉积引起的可逆污染 ,在次临界操作下 ,膜污染分为两个阶段 ,第一阶段为不可逆污染发展阶段 ,跨膜压力 (TMP)发展缓慢 ;第一阶段膜的不可逆污染导致膜丝点通量不断的重分配 ,一旦出现膜丝上某一点的通量大于临界通量时 ,颗粒物质就以此点为突破口 ,不断沉积到膜丝表面 ,发生可逆污染 ,膜污染进入第二阶段 ,TMP急剧增加。     

改性PES膜在MBR中膜阻力分析及膜污染机理研究

以聚醚砜(PES)、醋酸纤维素(CA)和纳米二氧化钛(TiO2)为膜材料,采用L-S相转化法制备共混改性PES膜。在24℃、0.2 MPa的操作条件下,制得的PES膜纯水通量为300 L/(m2.h)左右,CA改性PES膜为660 L/(m2.h)左右,TiO2改性PES膜为840 L/(m2.h)左右。通过膜生物反应器中膜阻力的测定,表明膜污染主要由浓差极化层及凝胶层引起的;通过活性污泥对膜污染机理的研究,判断出污泥的过滤过程基本符合沉积过滤定律。在MBR中运行时,改性PES膜稳定通量高于未改性膜,总阻力低于未改性膜;TiO2改性膜稳定通量高于CA改性膜,总阻力低于CA改性膜;通过扫描电镜分析,改性PES膜沉积层的厚度均比未改性膜薄,TiO2改性膜沉积层厚度小于CA改性膜,表明改性膜的抗污染性能提高了,TiO改性膜抗污染性能更优。     

膜生物反应器中膜污染的研究

研究了膜生物反应器的膜污染过程中，膜平均通量的下降与污泥浓度之间的关系，发现在一定的膜面流速下，膜平均通量的下降与污泥浓度增加成对数关系；随着污泥浓度的增加，膜污染速度加快，泥饼阻力成为膜稳态通量的主要控制因素。     

MBR的临界膜通量及其影响研究

采用通量阶梯式递增法测定了MBR的临界膜通量，研究了膜面气液两相流流速对临界膜通量影响，并考察次临界膜通量下MBR处理垃圾渗滤液的运行特性。试验结果表明，膜面气液两相流流速对临界膜通量影响较大，膜面气液两相流流速由0.9 m/s增至1.8 m/s，临界膜通量由12～14 L/(m²·h)增加至16～18 L/(m²·h)，两者呈显著正相关关系，相关系数为0.997。次临界膜通量下运行时，膜污染包括不可逆污染和可逆污染2个阶段：不可逆污染阶段以凝胶层污染为主，占总量的72%，而可逆污染阶段以滤饼层形成的阻力为主，占总阻力的68.5%。     

膜生物反应器次临界通量运行的膜污染特性研究

膜生物反应器（MBR）是将膜分离与生物反应相结合的污水处理新工艺,近年来已引起广泛的关注,但不可避免的膜污染限制其更广泛的应用。临界通量在膜污染控制中是个非常重要的概念。本试验研究平板膜生物反应器在次临界通量运行下的膜污染状况,并结合膜污染模型进一步表征膜表面的污染特性。试验结果表明。该平板膜生物反应器在次临界通量运行的情况下,膜污染可分为膜污染缓慢发展阶段（第Ⅰ阶段）和膜污染迅速发展阶段（第Ⅱ阶段）,可分别用膜孔堵塞模型和泥饼阻力模型表征膜阻力与时间的变化关系。同时,对运行后的膜阻力分布进行分析,表明泥饼阻力和孔道吸附堵塞阻力是膜污染的主要组成部分,分别占到总阻力的73％和24％,而膜本身阻力仅占3％。     

Effect of membrane type and material on performance of a submerged membrane bioreactor

This study evaluated the impact of membrane type and material on filtration performance in a submerged membrane bioreactor (MBR) for municipal wastewater treatment. Three types of microfiltration membranes with similar pore size of 0.1 microm but different materials and types, phase-inversed polytetrafluoroethylene (PTFE), track-etched polycarbonate (PCTE) and track-etched polyester (PETE), were used. Changes in permeability with time for the PCTE and PTFE membranes appeared similarly, whereas the PETE membrane exhibited the most rapid flux decline. Lower TOC in the permeate compared to the supernatant was probably due to a combination of biodegradation by the biofilm (cake layer) developed on the membrane surface and further filtration by cake layer and narrowed pores. The faster permeability decline and higher TOC removal rate of the PETE membrane were attributed to an initial permeate flux higher than an average design flux, which led to a faster rate of fouling and thicker cake layer. Therefore, an MBR should not be operated at a flux higher than the average design flux for a specific type of membrane. A gradual increment of biomass concentration did not significantly affect membrane permeability of each membrane investigated. Dissolved organic carbon fractionation results showed that the composition of each fraction between the supernatant and permeates did not change significantly with time, suggesting that membrane hydrophobicity was not a dominant factor affecting MBR fouling in this study. The organic foulants desorbed from the PCTE membrane contained approximately 60% of hydrophobic fraction, which was probably attributable to the extracellular polymeric substances proteins released from the biomass attached to the membrane. While the total filtration resistance of the PTFE membrane was influenced by a higher surface roughness, those of the PETE and PCTE membranes, which had a similar and lower roughness, were affected by the initial operating flux.     

水力停留时间对MBR中溶解性微生物产物生成的影响

考察水力停留时间(HRT)对MBR中膜污染的主要污染物——溶解性微生物产物(SMP)生成的影响。结果表明,在装置稳定运行期间,MBR中SMP随运行时间出现累积。与HRT为8 h相比,HRT为12 h时,SMP在MBR中平均累积量要少10.1%,SMP中多糖含量平均高7 mg/L左右,而蛋白质含量平均低45.6%。SMP的平均粒径随装置运行呈下降趋势,并且HRT较短有利于粒径较小的SMP生成,从而堵塞膜孔;HRT较长有利于粒径较大的SMP生成,从而形成凝胶层,两种情况导致膜污染的机制不同。     

钙离子对短期膜污染的影响

以处理生活污水的平板膜-生物反应器为依托,通过将进水调配成30、200和500 mg/L 3种不同的钙离子浓度,考察钙离子对短期膜污染的影响。结果表明,随着钙离子浓度的增加,TMP增长趋势变小,膜污染得到缓解;钙离子浓度为200 mg/L时,膜的渗透性最好,而过高的钙离子浓度并不利于降低膜污染。钙离子的投加强化了生物絮凝作用,可以降低SMP和LB-EPS的含量,主要通过降低外部阻力减缓膜污染;投加钙离子也可以增加絮体的大小,较大的絮体形成的泥饼有更好的过滤性,然而过高的钙离子浓度会使无机颗粒的量增加,造成平均粒径下降,将会加重内部污染,进而加剧膜污染。     

陶瓷膜污染过程分析与膜清洗方法优化

采用膜孔径为50 nm的陶瓷膜错流过滤方式,对碱性高浓度有机洗涤废水进行9个周期的膜通量衰减及反向脉冲清洗再生实验研究.通过设计膜污染阻力构成实验,测算膜污染总阻力及其构成比例.实验结果表明,膜固有阻力比例较低,浓差极化污染较弱,Rt和Rc+Rirt污染阻力稳定性较高,膜堵塞形式兼有孔内堵塞和滤饼过滤；选择质量分数0.1％的稀盐酸和0.2％的草酸溶液膜清洗效果均较好,清洗时间为3 min,脉冲时间和频率为3 s/5 s.     

预涂动态膜在乳化油废水处理中的阻力分布及其抗污染特性

为讨论预涂动态膜的抗污染特性,测定了陶瓷膜、高岭土预涂动态膜和高岭土/MnO2复合预涂动态膜分别在乳化油废水处理中的阻力分布,并用SEM扫描电镜对污染预涂动态膜形貌进行了表征。结果表明,乳化油污染阻力明显高于基膜(或陶瓷膜)固有阻力及涂膜粒子形成的阻力,乳化油对预涂动态膜或陶瓷膜的污染是导致膜通量衰减的主要原因;高岭土和复合预涂动态膜所用基膜污染阻力低于陶瓷膜的内部污染阻力,其中复合预涂动态膜所用基膜的污染阻力最小;复合动态膜层比高岭土动态膜层的污染程度低;污染预涂动态膜表面呈现明显的凝胶态物质,其基膜外壁面未呈现凝胶态物质。处理乳化油废水中,动态膜层可有效保护基膜,表现出了较强的抗污染性能。     

吸附-预沉淀MBR工艺处理生活污水及膜污染控制效果

膜污染是限制膜生物反应器（MBR）广泛应用的主要因素之一。针对MBR处理生活污水过程中存在的硝化效果不稳定与膜污染问题，提出了一种新型的MBR系统：通过吸附-预沉淀实现进水中碳氮的分离和单独处理，不仅提高了污染物去除效果，且能够有效控制膜污染。研究结果表明，吸附-预沉淀可以去除进水中约89.7%的有机物，系统出水COD、NH₄⁺-N平均浓度为24 mg/L、0.78 mg/L，去除率分别为95.9%和98.1%。MBR中碳氮比的降低和硝化细菌比例的增加大大降低了MBR内MLSS、EPS和SMP含量，平均浓度分别为5 185 mg/L、41 mg/g MLSS和2.62 mg/g MLSS。在膜通量为4 L/（m²·h）条件下，TMP可稳定保持在20 kPa左右。通过吸附-预沉淀过程可有效控制MBR中的膜污染。     

膜生物反应器中膜的清洗方法和机理研究

研究了膜生物反应器处理盥洗废水时 ,水力清洗、酸洗、碱洗等不同组合形式对膜的清洗效果。结果表明 ,水力清洗可以较彻底地去除运行初期的膜表面沉积物 ,使膜通量有较大程度的恢复。对运行时间较长的膜来说 ,有机物和微生物是造成膜污染的主要原因。清水冲洗后用 0 0 5 %NaClO浸泡 1h ,再用 0 5 %的H2 SO4浸泡 1h是盥洗废水处理用膜有效的清洗方法 ,清水膜通量可恢复至 1 0 0 %。     

机械清洗法对MBR膜泥饼层的影响

膜污染是制约MBR发展的瓶颈。考察投加ABS颗粒对MBR膜组件上膜泥饼层的影响,并设对照实验。结果表明,对照MBR膜通量下降速度快,膜污染严重,膜表面上累积厚厚的泥饼层,而在ABS MBR中膜通量下降速度则缓慢的多,且膜上泥饼层积累量则明显少于对照MBR;曝气量越大,颗粒运行的速度也越快,泥饼层被撞落量也越多;颗粒以碰撞角度为45°冲刷膜的情况下,泥饼层掉落效果明显增加;泥饼层包裹的膜丝根数越多,泥饼层的静摩擦力和保持泥饼层不被破坏的力也越大,泥饼层就越难被冲刷掉。SEM照片显示,ABS MBR的膜孔堵塞要严重于对照MBR,表面的褶皱要较对照MBR多。