膜生物反应器膜污染的水力学控制实验研究

叙述了膜污染是影响膜-生物反应器处理技术推广应用的关键因素，采用水动力学方法是控制膜污染的有效方法。在不同污泥浓度条件下。对不同曝气强度下膜污染的发展速率及其形成机理进行了试验研究，研究结果表明：对应于不同污泥浓度均存在一个经济曝气强度，其大小随污泥浓度升高呈线性增加，膜生物反应器在经济曝气强度条件下运行可控制膜污染的发展；并从理论上推导出一个临界污泥浓度，其值为5．15g／L。对应于临界污泥浓度，并且污泥絮体在膜面可形成比较稳定的动态膜，膜过滤压差上升的速率最慢，膜生物反应器在此临界污泥浓度条件下运行膜污染发展最为缓慢。     

一体式膜-生物反应器长期运行中的膜污染控制

考察一体式膜－生物反应器运行过程中的膜污染情况,探讨造成膜污染的原因和膜污染的控制方法．结果表明,膜内表面微生物的滋生和膜外表面污泥层的附着是造成本试验膜污染的重要因素．采用２％ ～５％ 的次氯酸钠溶液进行在线药洗可以有效地去除膜内表面滋生的微生物,使膜过滤压差下降７．７～５２ｋＰａ;停止进出水,加大曝气量进行空曝气是去除膜外表面附着污泥层的重要手段,可以使膜过滤压差下降３．８～１０．８ｋＰａ;采用处理出水进行反冲洗虽然有时可以使膜过滤压差出现较大程度的降低,但随之会出现出水水质恶化,膜过滤压差急剧升高的现象．     

SVI在生物铁MBR与普通MBR中的变化分析

污泥指数SVI可反映出污泥的凝聚和沉降性能,因此可通过分析系统的SVI值来分析和判断系统运行的情况。文章通过分析生物铁MBR与普通MBR中污泥SVI值的变化情况,得出:生物铁MBR系统的污泥沉降性能良好,且SVI值均低于普通MBR,不会随进水负荷的变化发生很大的波动,系统的净水头压差也没有发生很大的波动;而普通MBR系统污泥SVI值随进水负荷增加变化迅速,且容易发生污泥膨胀,系统的净水头压差迅速攀升,而为了保证处理流量,必须提升净水头压差,说明膜污染比较严重。     

投加粉末活性炭对一体式膜-生物反应器膜污染的影响研究

通过试验考察了粉末活性炭（PAC）对一体式膜-生物反应器中膜污染的影响．在2种类型的污泥（膨胀污泥和非膨胀）中，投加适量PAC可以减轻膜污染，表现为临界膜通量的提高和连续运行中膜污染增长速率的降低．当污泥性质和浓度不同时，最佳PAC投加范围亦不同．PAC投量过大会引起临界通量下降．PAC的投加显著降低了混合液中溶解性物质的浓度，减轻了溶解性物质的吸附和膜孔堵塞污染，并改善了絮体结构．污泥比阻与污泥混合液膜过滤性能之间有很好的相关性，可作为污泥混合液膜过滤性能的快速评价指标．     

膜生物反应器处理生活污水的膜污染研究

本文研究的是采用一体式膜生物反应器处理生活污水过程中膜污染问题.试验结果表明:运行初期,由于膜孔堵塞膜通量下降速率较快,但随着运行时间的延长,膜通量下降缓慢且趋于一定值,膜污染也基本保持稳定;膜生物反应器处理高效优质,出水水质不受冲击负荷的影响,膜对部分有机物的截留作用使系统对COD的去除率保持在较高水平上,但膜对总磷的去除不明显;污泥沉降性能与膜污染具有相关性,污泥沉降性能的恶化直接加剧了膜污染.     

淹没式膜生物反应器中膜污染机理的研究

为减小微生物絮体对膜的污染,设计了一种具有沉降室的膜生物反应器,膜A与膜B分别淹没在上清液和污泥混合液中以相同的抽吸方式运行,与预期结果相反,膜A比膜B的污染速度还快．为探讨膜污染机理,考察了污泥混合液中不同组分对膜污染的影响,利用扫描电镜和原子力显微镜分析了膜面污染层的特征．结果发现,在污泥混合液与上清液中膜面污染层在微观结构上存在显差异,其方差平均粗糙度Rms分别为132．3nm和75．2nm．经膜污染机理分析认为：微生物絮体和大分子有机物会在膜面形成污染层,该污染层作为“二次膜”影响膜过滤性能．上清液中细小的微生物絮体和大分子有机物形成的污染层相对致密,会加剧膜污染．     

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.     

不同物理清洗方式对一体式膜生物反应器过滤特性的影响

通过考察一体式膜生物反应器运行过程中的膜污染情况和不同物理清洗方式减缓膜污染的效果,研究造成膜污染的原因和控制膜污染的方法.结果表明:膜外表面沉积污泥是造成膜污染的主要因素.空曝气减轻膜污染的作用有限,只能将归一化膜比通量从0.26提高到0.39;在活性污泥混合液中搓洗膜丝可以清除膜外表面沉积污泥层,可将归一化膜比通量从0.29提高到0.64,是一种方便而有效的清洗方式,且可在实际生产中实现.间歇式运行方式的停抽期间,最低剩余抽吸压力可以用来表征运行过程中膜过滤性能的变化.      

膜生物反应器处理校园废水中污泥性能的研究

为了提高校园废水处理效果,减轻对环境的污染,使用膜生物反应器处理人工校园废水,探讨了反应器内污泥分别为颗粒污泥和絮状污泥时膜污染情况和污泥性能。结果表明颗粒污泥膜反应器内MLSS、SVI、Zeta电位分别为101.78%、43.31ml/g、-5.329m V,均好于絮状污泥膜反应器内的42.38%、130.82ml/g、-23.856m V,在污泥增长、污泥沉降性能和污泥疏水性能方面都好于絮状污泥膜反应器。     

RESEARCH ON INTEGRATED MBR SLUDGE CHARACTERISTICS AND ITS EFFECT ON FILTRATION PERFORMANCE

研究了一体式MBR长期不排泥运行的污泥特性变化,考察了水力停留时间、曝气量等因素对污泥增长特性、污泥颗粒粒径分布及膜过滤性能的影响,并探讨了这些因素之间的关系。结果表明：水力停留时间越短,MLSS与MLVSS增加越快,膜污染加速,膜过滤阻力增加越快,但MBR中污泥浓度的增长、变化对出水COD的影响不明显;污泥平均粒径随SRT的延长而减小,实验结束污泥粒径最小值为0.6μm大于实验用膜的孔径0.2μm,表明混合液中的微细颗粒污泥未对膜通量的下降起决定性作用,膜表面污泥的沉积对膜通量影响更大一些,增加曝气强度可以明显改善MBR的过滤性能。     

Relationship between sludge settleability and membrane fouling in a membrane bioreactor

The evolution of activated sludge settleability and its relationship to membrane fouling in a submerged membrane bioreactor were studied at a lab-scale equipment fed with synthetic wastewater. It was found that sludge volume index (SVI) gradually increased and the sludge settleability was reduced, which was caused by the propagation of filamentous bacteria. With increasing SVI, the average increasing rate of trans-membrane pressure increased, the stable filtration period was shortened, and the two stages (smooth stage and accelerating stage) of the trans-membrane pressure were more obvious. At the same time, the increasing rate of trans-membrane pressure at the smooth stage decreased and the rate at the accelerating stage increased with SVI, respectively. The observation by using scanning electronic microscopes showed the cake layer with loose structure and large thickness formed on the membrane surface due to the appearance of filamentous bacteria and high SVI in sludge. Influence of the sludge settleability on the trans-membrane pressure was related to the structure and thickness of the cake layer on the membrane. Translated from ACTA Scientiae Circumstantiae, 2005, 25(3): 396–400 [译自: 环境科学学报]     

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.     

膜生物反应器中进水组成对膜污染的影响

研究了膜生物反应器中进水组成对膜污染的影响. 结果表明, 相对于正常组成来说进水中限氮或限磷引起的膜污染程度更重, 尤以进水中限氮时更为严重. 系统缺氮或缺磷时, 污泥絮体的相对憎水性和膜的憎水性增加, 使得膜和污泥之间的憎水相互作用增强, 加速了污染物在膜表面的沉积和/或吸附. 另外, 进水中限氮或限磷时, 污泥中丝状菌的数量增加, 把颗粒污泥捆扎、束缚在其立体网状结构中, 滤层结构更加致密, 孔隙度减小, 增加了膜污染阻力; 丝状菌的作用还在于它们能够将污染物牢牢地缠绕、固定在膜表面, 加强了膜表面污染物抵御曝气的水力冲刷作用的能力, 从而也加速了膜污染.     

污泥性质对动态膜形成和膜污染的影响

以一体式尼龙筛网动态膜生物反应器（DMBR）为研究体系,探讨了正常污泥、膨胀污泥和解体污泥的动态膜形成和膜污染特点,并从胞外聚合物（EPS）、相对疏水性（RH）、污泥混合液粘度（μ）、接触角这些物化性质角度定量研究膜污染机理.研究结果表明,膨胀污泥由于丝状菌累积导致严重的泥饼层污染;解体污泥由于胶体颗粒和可溶性物质沉积...     

Effect of sludge retention time on sludge characteristics and membrane fouling of membrane bioreactor

Three identical membrane bioreactors (MBRs) were operated over 2 years at different sludge retention time (SRT) of 10 d, 40 d and no sludge withdrawal (NS), to elucidate and quantify the effect of SRT on the sludge characteristics and membrane fouling. The hydraulic retention times of these MBRs were controlled at 12 h. With increasing SRT, the sludge concentrations in the MBRs increased, whereas the ratio of volatile suspended solid to the total solid decreased, and the size of sludge granule diminished in the meantime. A higher sludge concentration at long SRT could maintain a better organic removal efficiency, and a longer SRT was propitious to the growth of nitrifiers. The performance of these MBRs for the removal of COD and NH₄⁺-N did not change much with different SRTs. However, the bioactivity decreased as SRT increase. The measurement of specific oxygen uptake rates (SOUR) and fluorescence in situ hybridization (FISH) with rRNA-targeted oligonucleotide probes testified that SOUR and the proportion of the bacteria-specific probe EUB338 in all DAPI-stainable bacteria decreased with increasing SRT. The concentrations of total organic carbon, protein, polysaccharides and soluble extracellular polymeric substance (EPS) in the mixed liquor supernatant also decreased with increasing SRT. The membrane fouling rate was higher at shorter SRT, and the highest fouling rate appeared at a SRT of 10 d. Both the sludge cake layer and gel layer had contribution to the fouling resistance, but the relative contribution of the gel layer decreased as SRT increase.     

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.     

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.     

A/O系统中不同缺氧/好氧体积比对活性污泥沉降性能的影响

为探究A/O系统中不同的缺氧与好氧体积比与活性污泥沉降性能的关系,以实际生活污水为进水水质,考察了不同的A/O比(2/6,4/4,6/2)对污泥沉降性能和丝状菌生长的影响.结果表明,当A/O比为2/6时,系统能够维持良好的沉降性能,优势丝状菌为Type 0041;当A/O比为4/4时,系统的沉降性能恶化,SVI最高达到357mL/g,优势丝状菌为Type 0041,Type 1701;当A/O比为6/2时,系统发生了微膨胀现象并实现了稳定的短程硝化反硝化,优势丝状菌为Thiothrix.nivea.可见不同的A/O比对活性污泥沉降性能影响较大,同时污泥胞内胞外贮存特性及系统的脱氮除磷性能也受到严重影响.     

丝状菌污泥致密过程的强化条件研究

利用强化条件促使丝状菌污泥致密,是控制丝状菌污泥膨胀的一种新途径.分别采用提高溶解氧、加大表面流体流速、增加进水钙离子浓度、延长饥饿时间等方法从污泥的沉降性能方面探讨了丝状菌污泥在何时致密及怎样致密等问题.结果表明,加大表面气体流速能够短期内改善污泥的沉降性能,并且形成丝状菌颗粒污泥,污泥的SVI从膨胀时的800 mL/g降低为350 mL/g,但长期作用不明显,SVI在保持了一段时间较低值后,再次升高到800 mL/g以上.增加进水钙离子浓度能够通过形成簇状污泥群落来提高污泥的沉降性能,SVI值逐渐降低到300 mL/g,但是没有形成丝状菌颗粒.提高溶解氧和延长曝气时间在改善污泥沉降性能和丝状菌颗粒化两方面皆无明显效果,污泥的SVI并没有降低.另外,通过研究网眼椭圆度与污泥SVI的关系,发现具有高椭圆度(椭圆度O约为1.5)的成簇生长丝状菌菌群,能够改善污泥沉降性能.浸泡实验发现酸性条件对菌丝的凝聚具有破坏作用,碱性条件和二价阳离子对其影响不显著.     

附加电场对中空纤维膜污染的减缓作用

通过对新型附加电场的中空纤维膜组件的实验室研究,探讨了电场对缓解微滤膜污染的作用.在恒定流量下过滤含有20mg/L腐殖酸的原水,无电压时,跨膜压力从0.0200MPa上升到0.0300MPa耗时2h,而施加60V电压时该时间段延长至10h.研究表明,原水中的腐殖酸在电场中发生电泳迁移,减少了向膜表面的移动,其对膜的污染被减缓;同时腐殖酸在电场中发生凝聚现象,沉积在膜表面形成疏松的滤饼层,是跨膜压力增加缓慢的另一原因.