重力出流式膜生物反应器的膜通量及膜污染控制研究

采用新型的重力出流式膜生物反应器(MBR)处理生活污水和垃圾渗滤液,考察了其在长期运行过程中膜通量的变化规律及其影响因素.结果表明,该MBR能够在较低液位水头(8.5～15.0 kPa)的作用下连续出水,并获得较高的膜通量.处理生活污水时,平均膜通量为11.2 L·(m²·h)^-1;处理垃圾渗滤液时,平均膜通量为6.4 L·(m²·h)^-1.研究发现,污泥浓度对膜通量影响大小与曝气强度有关.当曝气强度小于400 m³·(m²·h)^-1时,膜通量随着污泥浓度的升高显著下降;当曝气强度大于400 m³·(m²·h)^-1时,膜通量几乎不受污泥浓度和曝气强度的影响.对膜的化学清洗试验表明,NaOH+NaClO溶液清洗效果最佳,膜通量可恢复至初始通量的85%以上.进一步研究表明,混合液中高浓度的溶解性胞外聚合物是MBR处理垃圾渗滤液时膜通量较低的主要原因.     

动态膜-生物反应器对城市污水的处理

应用动态膜原理,以0.1mm孔径的普通筛网代替固定膜材料构成一体式动态膜-生物反应器(DMBR)处理实际城市污水.HRT＝3.5h时,出水水质良好.DMBR在小于数cm的液位差下自流出水,出水中的SS最高检测值为4.05mg/L,但在多数情况下为0.在MLSS约7000～8000mg/L下,当动态膜通量为14.9L/(m²·h)时,出水水头仅为5.8mm;27d连续运行,出水水头没有明显改变.动态膜对反应器上清液中的COD和TOC的平均去除率分别为28.74%和36.9%.当溶解氧浓度大于2～3mg/L时,氨氮去除率大于96%.     

逆出水方向曝气反冲洗在动态膜生物反应器中的应用

采用逆出水方向曝气措施对以无纺布构建的动态膜生物反应器生活污水处理系统中的动态膜进行在线反冲洗.当反冲洗曝气强度为5.6 m³/(m²·h)、反冲洗时间为5　min时,生物动态膜的恢复需要45　min,生物动态膜恢复后出水浊度保持在5　NTU以下.在该反冲洗条件下,反应器稳定运行2个月,反冲洗周期可以稳定在15　h左右.扫描电镜观察表明,逆出水方向曝气反冲洗能够有效破坏附着在膜基材上的生物动态膜.生物动态膜截留能力研究表明,新的生物动态膜形成后,反应器对相对分子质量3×10⁴以上的有机物的截留率大于50％.逆出水方向曝气是一种经济有效的动态膜反应器在线清洗方法.     

新型管式动态膜生物反应器及处理垃圾渗滤液的研究

研究了1种新型玻璃纤维管式动态膜生物反应器（DMBR）并考察其对垃圾渗滤液的处理效果.研究表明,动态膜生物反应器运行稳定,DMBR在重力自流出水下运行近80 d,在过滤压差为2?900 Pa的情况下,膜通量维持在3.75　L/(m²·h)左右,在膜组件的结构参数改进之后,膜通量有较大提高,在过滤压差为1 450 Pa下能较长时间稳定在6 L/(m²·h).本研究还考察了动态膜的过滤性能和系统处理效果,系统出水浊度在1.0　NTU以下,对COD、BOD₅和NH⁺₄-N的平均去除效率分别超过71%、96%和98%,动态膜对混合液上清液COD有19.34%的截留作用.     

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%.     

聚乙烯醇微球预涂动态膜的制备及表征

为了提高微滤膜的抗污染性和降低膜组件的价格,利用循环预涂工艺制备出新型聚乙烯醇微球预涂动态膜（PVA-MS/PCDMs）.对不同聚乙烯醇微球预涂量的动态膜进行了系统表征,结果显示,PVA-MS/PCDMs的清水过滤阻力介于0.64×10¹⁰～3.84×10¹⁰ m^-1, 渗透性良好;当预涂量≥23.9 g·m^－２时,可达到微滤分离水平;亲水性随预涂量的增加而增强,动态接触角由基膜的118.25°降低到预涂量为61.9 g·m^－２时的61.52°;利用流动电位法在20℃,pH为8.0±0.2,0.01 mol·Ｌ^－１　KCl溶液的测试条件下,测得当预涂量为15.7 g·m^－２时膜面相对Zeta电位值可达-36.4　mV.并且,通过PVA-MS/PCDMs在SMBR中的短期通量衰减变化（恒压）和对EPS的扩散实验发现,预涂量为23.9～61.9 g·m^－２时,增加了对EPS的扩散渗透性能,且膜通量衰减趋于稳定时仍为基膜的3.5～4.8倍,即提高了抗污染性.     

好氧颗粒污泥膜生物反应器的运行特性

以人工合成模拟废水对好氧颗粒污泥膜生物反应器(MBR)的运行特性和膜污染进行了研究.结果表明:在HRT为6h,溶氧浓度为4～6mg.L^-1,COD的容积负荷为7.24kg·(m³·d)^-1的条件下,COD的去除率可达96%以上.当NH₃-N的容积负荷为0.17kg·(m³·d)^-1时,NH₃-N的去除率可达60%.COD/N比的变化,对好氧颗粒污泥MBR的COD及NH₃-N去除率基本没有影响.稳定运行过程时,MBR中好氧颗粒污泥浓度(MLSS)基本维持在14～16mg·L^-1.较高的污泥浓度和颗粒污泥内部缺氧和厌氧环境的存在,使MBR中硝化和反硝化过程能同时存在.同时,比较了2种不同形态的活性污泥(颗粒污泥和絮状污泥)在MBR运行过程中膜通量的变化趋势,结果表明,颗粒污泥MBR膜通量的下降速度明显比絮状污泥MBR的下降速度慢很多,且通过空气反冲或用水清洗即可使通量基本恢复.     

膜序批式间歇反应器的膜污染特性及控制

采取厌-好氧交替运行、实验室人工配水的方式,连续运行300 d,研究膜序批式间歇反应器运行过程的膜污染特性及其控制.结果表明,在运行初期的75 d内,污泥处于絮体状,SVI值64.6～110.6 　mL·g^-1,膜污染呈快速指数增长趋势,TMP平均增长速率为0.309　kPa·d^-1,膜阻力变化在0.393×10¹¹～1.298×10¹¹ m^-1·d^-1之间,比膜通量从4.4 　L·(m²·h·kPa)^-1下降为0.52 　L·(m²·h·kPa)^-1,75　d时的临界膜通量为20 　L·(m²·h)^-1.从75～120　d对系统进行了调控,反应器培养出好氧颗粒污泥,SVI值逐渐下降,从170　d开始,SVI一直保持在40 　mL·g^-1左右,污泥粒径逐渐增大,220　d时污泥粒径分布大多在500～1 000　μm.120～300　d运行过程中的膜污染呈缓慢增长趋势,TMP平均增长率仅为0.062 　kPa·d^-1,膜阻力变化率在0.291×10¹¹～0.404×10¹¹m^-1·d^-1,比膜通量从4.4 　L·(m²·h·kPa)^-1下降为1.4 　L·(m²·h·kPa)^-1,220 d时的临界膜通量为40 　L·(m²·h)^-1.这些数据表明好氧颗粒污泥的培养对减缓膜污染发生具有极大作用.曝气强度为100 m³·(m²·h)^-1时,比膜通量最大,曝气强度为69 m³·(m²·h)^-1时,膜污染速率最小.     

利用边界层理论确定预涂动态膜生物反应器稳定曝气量的试验研究

研究了膜生物反应器中低浓度活性污泥的流变性,确定当污泥浓度低于8 000mg·L^-1时的泥水混合液近似于牛顿流体,进而利用牛顿流体力学中边界层理论计算预涂动态膜(PDM)厚度等于平板膜表面层流边界层厚度时的稳定曝气量.为保证预涂动态膜生物反应器(PDMBR)运行的稳定性,在其运行初期选择满足生物所需最佳溶解氧(DO)3～5 mg·L^-1的供氧曝气量,随后逐渐增加到稳定曝气量的运行方式.实验结果表明,此运行方式能较好地提高动态膜的稳定性,在稳定运行的31d内出水COD低于12.48 mg·L^-1,平均去除率达到97.49%,NH₄⁺-N约为5.27 mg·L^-1,平均去除率为76.13%,而操作压力仅上升至27kPa.试验后期考察了PDMBR在高于稳定曝气量下运行的稳定性,发现PDM发生脱落,从而证明利用边界层理论确定的预涂类动态膜的稳定曝气量具有一定的应用价值.     

内置转盘式膜-生物反应器处理污水的工艺条件研究

对内置转盘式膜-生物反应器(SRMBR)处理污水工艺进行了研究.进水COD 160～368 mg/L时,出水COD在运行1d后降低到20 mg/L以下,去除率大于90%;转盘式膜组件的转速在0～25 r/min范围内,平衡膜通量随转速增大而快速增加,继续增大转速则平衡膜通量的增加变得不显著;在一定范围(0～1min)内延长停抽时间有助于缓解膜污染;SRMBR在较低的气水比(15∶1)下运行,也可达到较高的平衡膜通量.研究表明,SRMBR在最佳组合操作条件(转速为25r/min,抽/停为9min/1min,气水比为15∶1,抽吸压力为25kPa)下运行,其平衡膜通量高达53.75L/(m²·h).     

不同恢复方式对硝化颗粒污泥活性的影响

利用SBR反应器培养的成熟好氧硝化颗粒污泥,进行了硝化颗粒污泥临界活性以及不同氨氮浓度及曝气时间对储存的好氧硝化颗粒污泥活性恢复的影响研究.结果表明,储存不同时间的硝化菌活性(SOUR,O2/VSS)差别较大,储存前硝化颗粒污泥硝化菌SOUR为13.15 mg·(g·h)-1,储存20 d的硝化菌SOUR下降了1.26 mg·(g·h)-1,恢复运行了5个周期,氨氮去除率已经达到95%以上,恢复后活性为13.87 mg·(g·h)-1.但储存30 d的硝化菌SOUR降了11.63 mg·(g·h)-1,恢复运行51个周期后,氨氮去除率才达到92.64%,恢复后活性为14.92 mg·(g·h)-1,同时这种储存方法恢复时间较长,因此提出硝化颗粒污泥的临界活性为当硝化菌SOUR开始下降时,进行活性恢复.在临界活性的基础上,采用当硝化菌SOUR下降到临界活性时实施恢复,之后进入下一个储存周期,这种储存方式即为动态储存.当进水氨氮浓度分别为20、30、40 mg·L-1时,进行颗粒污泥活性恢复,进水氨氮浓度为40 mg·L-1恢复后硝化菌活性最高,经过3次动态储存后,其活性保持良好.当曝气时间分别为1、2、3 h时,进行颗粒污泥活性恢复,曝气时间为1 h时恢复后硝化菌活性最高,在动态储存过程中其活性一直保持较高水平.     

青海南部高原积雪期与生长季高寒草甸土壤CO2、CH4和N2O通量的观测

以静态箱采集气体和气相色谱分析气体浓度方法,测定分析了青海南部高原积雪期和生长季高寒草甸土壤CO_2、CH_4和N_2O通量.结果表明在积雪集中期的3月3日和4日,积雪深度为9~10 cm时,土壤CO_2通量为1.33 g·(m~2·h)-1、N_2O通量为0.21 mg·(m~2·h)-1、CH_4通量为-0.19 mg·(m~2·h)-1;在积雪末期的4月30日,积雪深度在8~9 cm时,土壤CO_2通量为4.70 g·(m~2·h)~(-1)、N_2O通量为0.24 mg·(m~2·h)-1、CH_4通量为-1.23 mg·(m~2·h)-1;积雪深度小于4 cm时,土壤CO_2和N_2O通量较低或为负值,土壤CH_4通量为负值且绝对值较小.土壤CO_2和N_2O通量与积雪深度呈正相关、土壤CH_4通量与积雪深度呈负相关(P0.05),土壤CO_2与CH_4通量及CH_4与N_2O通量间呈负相关、土壤CO_2与N_2O通量间呈正相关.土壤CO_2和N_2O通量在生长季较高、在积雪末期其次、在积雪集中期较低;土壤CH_4通量为负值,其绝对值在生长季和积雪末期较大.结果说明积雪改变将影响青藏高原高寒草甸土壤温室气体通量.     

混合气体直接吸附分离回收过程研究

以精密陶瓷制造过程中排放的甲苯和异丙醇混合气体为目标气体,采用4段活性炭吸附柱串联吸附实验方式研究了混合组分气体直接吸附分离回收的可行性.结果表明,异丙醇和甲苯这2种物性具有一定差异的物质在吸附床的长度方向存在明显的分层吸附现象.在表观气速0.42 m·s-1、异丙醇与甲苯入口浓度分别为477 mg·m-3和746 mg·m-3、吸附柱总长为26cm条件下,通气吸附798 min时,0～10 cm长度段炭层吸附甲苯量为184.5 mg·g-1,吸附异丙醇量为0 mg·g-1,而21～26 cm长度段炭层吸附甲苯量为0.92 mg·g-1,吸附异丙醇量为91.2 mg·g-1,通过分段再生回收分别得到了纯度99%以上的甲苯和异丙醇回收液.弱吸附质异丙醇在吸附过程中存在气相浓度增浓现象,该现象导致实验条件下部分活性炭层区域对异丙醇的吸附量提高了27%以上.通过多段串联吸附、分段再生回收的方式可以实现混合气体的直接吸附分离回收.     

低分子有机酸对硫杆菌活性的抑制作用及对土壤重金属脱除的影响

施用有机肥能够降低污染土壤重金属溶解性和生物可利用性,但在淹水厌氧等环境中,有机肥会分解产生大量低分子有机酸,会抑制嗜酸性硫杆菌的生物活性.通过摇瓶实验研究了低分子有机酸对硫杆菌的毒害抑制效果和不同硫杆菌对各类有机酸的耐受水平.结果表明,纯体系培养下,A.ferrooxidans和A.thiooxidans活性抑制率在72 h内达到90%以上,所需甲、乙、丙、丁酸最低浓度分别为41.2、78.3、43.2、123.4 mg·L~(-1)和81.9、230.4、170.1、123.4 mg·L~(-1).其中,甲酸对A.ferrooxidans和A.thiooxidans的抑制作用最显著,A.thiooxidans相比A.ferrooxidans对4种有机酸具有更高的耐受性.新鲜重金属污染土壤在生物酸化初期(0 h)加入4种有机酸对后续土壤酸化过程影响较小,但12 h后加入有机酸却能使土壤生物酸化基本停止,导致土壤重金属脱除率大幅度下降.这为有机肥改良重金属污染土壤的生物修复可行性提供一定理论依据.     

UV-生物过滤联合降解苯乙烯废气的研究

实验采用主波长为185 nm的低压汞灯为紫外光源,泥炭、棕纤维、多孔活性炭为填料的UV-生物过滤塔联合装置净化苯乙烯废气.苯乙烯进气浓度控制在320~583 mg·m-3之间,稳定后去除率能维持在95%以上.UV光解苯乙烯形成醇、醛、羧酸等水溶性较好的可生物降解的物质,能改善生物过滤塔的运行性能.稳定运行阶段,当总停留时间(total residence time,TRT)较长时,进气浓度的变化基本不影响去除率,随着TRT减少,进气浓度对去除率的影响逐渐显现.TRT为102 s时,联合装置的去除负荷随进气负荷的增加而线性增加,去除率达95%以上.TRT为68 s时,进气负荷较低时,去除负荷的变化也遵循上述规律,但当进气负荷大于30 g·(m3·h)-1时,去除负荷逐渐偏离直线并趋于某一定值.若仅考虑苯乙烯浓度的增减,UV光解对苯乙烯的去除贡献率高于生物过滤塔,而系统关停10 d后重启,苯乙烯的去除效果在第4 d就能恢复.     

进水C/P对SNEDPR系统脱氮除磷性能的影响

为了解不同进水C/P条件下同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)的脱氮除磷特性.以实际城市污水为处理对象,采用延时厌氧(180 min)/低氧(溶解氧0.5~1.0 mg·L~(-1))运行的序批式反应器(SBR),考察了进水C/P(分别为60、30、20、15、10)对系统C、N、P去除特性的影响.结果表明:适当降低进水C/P(由60降至30)有利于提高系统内PAOs竞争优势.当C/P为30时系统除磷性能最高,厌氧段释磷速率(PRR)和好氧段吸磷速率(PUR,以P/MLSS计,下同)分别高达3.5mg·(g·h)-1和4.2 mg·(g·h)-1,出水PO3-4-P浓度均低于0.3 mg·L~(-1),且PPAO,An高达88.1%;但进一步降低进水C/P至10时,PO3-4-P去除率和PPAO,An分别由38.1%和82.4%降低至3.1%和5.3%,PRR和PUR分别仅为0.2 mg·(g·h)-1和0.24mg·(g·h)-1,系统表现出较差的除磷性能.降低C/P对系统COD去除性能没有影响,COD去除率稳定在85%左右.此外,当C/P由60降低至20时,系统硝化性能变差,表现为出水NH+4-N和NO-2-N浓度分别由0和6.9 mg·L~(-1)升高至5.1 mg·L~(-1)和16.2 mg·L~(-1);而当C/P进一步降低至10时,系统硝化性能得以恢复,但亚硝积累特性遭到破坏,表现为出水NH+4-N和NO-2-N浓度逐渐降低为0,但出水NO-3-N浓度由0.08 mg·L~(-1)升高至14.1 mg·L~(-1).SNED率先由62.1%降低为36.4%后又逐渐提高至56.4%.C/P低于15时,有利于提高GAOs的竞争优势,且C/P由20降至10时系统脱氮性能得以恢复,原因在于GAOs内源反硝化作用的增强.     

全海水盐度抑制下厌氧氨氧化工艺的恢复特性

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,研究了ANAMMOX反应器在全海水盐度(100%海水比例)下的抑制及恢复特性.结果表明受到盐度抑制后,ANAMMOX反应器的容积氮去除负荷(NRR)在经过了对盐度响应的敏感期、过渡稳定期和恢复期后可以再次进入稳定期,稳定期的NRR可达0.52 kg·(m~3·d)~(-1),与对照组[10%海水比例,NRR为0.462 kg·(m~3·d)~(-1)]接近.对修正的Logistic模型和修正的Gompertz模型做了改进,拓展了模型的适应性.推荐使用再次修正的Logistic模型,对受到全海水盐度抑制后的NRR恢复过程进行模拟.通过建立ANAMMOX反应器NRR恢复时间的预测公式,得到了全海水盐度下NRR的倍增周期为11.359 d.     

吸收液对中空纤维膜接触器回收尿液中氨氮的影响

采用中空纤维膜接触器（Hollow Fiber Membrane Contactor, HFMC）回收尿液中的氨氮,系统研究了吸收液类型（H₃PO₄、H₂SO₄和HNO₃）对氨回收效能、水蒸气的跨膜通量和所获液体肥料的影响.结果表明,使用H₂SO₄作为吸收液时氨氮回收效能最优,其次是H₃PO₄和HNO₃.当采用H₂SO₄为吸收液时,氨氮回收率、氨跨膜通量和传质系数分别为84.49%±0.01%、22.92 g·m^-2·h^-1和2.37×10^-6 m·s^-1.HNO₃的挥发性使其从吸收液侧反向跨膜至料液侧,导致氨跨膜传质驱动力变小;此外,NH₃和HNO₃会在膜孔中反应并生成NH₄NO₃气溶胶,增加氨在膜孔中的传质阻力,导致氨氮的回收效能降低.对采用不同吸收液时膜两侧的水的活度差和理论水通量进行了计算,结果表明,随着氨氮的不断跨膜吸收,膜两侧的活度差和水通量逐渐增大,实验结束时水通量分别为7.44×10^-2 kg·m^-2·h^-1（H₃PO₄）、9.06×10^-2 kg·m^-2·h^-1（H₂SO₄）和2.00×10^-2 kg·m^-2·h^-1（HNO₃）.肥料组分分析表明,以H₂SO₄和HNO₃为吸收液可以获得仅含N素的单一液体肥料,以H₃PO₄作吸收液可获得N-P复合肥,（NH₄）₂HPO₄和NH₄H₂PO₄所占的比例分别为88.33%和11.67%.     

侧流磷回收对低溶解氧EBPR系统性能的影响

实验采用交替厌氧/好氧(An/O)模式运行SBR反应器,考察控制DO=1 mg·L~(-1)条件下提取侧流比为0、1/4、1/3、1/2的厌氧放磷上清液后EBPR系统的脱氮除磷效果及其对应的磷回收性能.整个实验阶段中NH_~+4-N去除率较为稳定,但系统后期COD出水的残余量达到81.3 mg·L~(-1).在未提取侧流比阶段中,平均除磷率为89.4%,提取1/4、1/3侧流比后除磷率不断上升,分别为98.5%、99.0%,但在1/2侧流比之后,除磷性能开始波动,除磷率最低为65.4%.提取侧流比各阶段中,1/3侧流比条件下仅实验初期第一天出水磷浓度未达到一级A标准,该阶段出水达标率93.3%远远大于1/2侧流比的45.5%,但侧流磷回收率随着侧流比的增大而不断升高.实验还发现,提取1/2侧流比后,TN去除率迅速下降至50.9%.因此,提取放磷上清液强化低好氧EBPR系统除磷性能的最优值为1/3侧流比,此时低好氧EBPR系统与侧流磷回收结合可以大大提高经济与环境效益.