厌氧膜生物反应器处理含盐废水运行效能及膜污染特性

采用厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,An MBR)处理模拟含盐有机废水,研究盐度变化对反应器运行效能及膜污染特性的影响.结果表明,当进水盐度逐渐增加但低于9. 1 g·L~(-1)时,反应器运行稳定,出水效果良好;当盐度增加至10 g·L~(-1),反应器COD去除率、产气量及甲烷含量都明显下降;污泥浓度、污泥体积指数(SVI)、溶解性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)均随盐度增加而先升后降,污泥絮体紧密,沉降性良好.中空纤维膜组件在118 d内运行了3个周期,随着盐度增加膜运行周期由31 d延长为48 d,膜污染有所减缓.用SEM-EDX分析发现膜面污染物中有类似结晶状物质,Na、Mg、Al、Si、Cl、K、Ca和Fe为主要无机元素.三维荧光光谱(EEM)分析表明,蛋白质与腐殖酸是膜面有机污染物的主要成分.     

不同污泥龄下MBR内SMP对膜污染的影响

采用3套膜生物反应器(MBR)研究不同污泥龄下溶解性微生物产物(SMP)对膜污染的影响。结果表明,随着污泥龄的延长,上清液中SMP的质量浓度逐渐降低,SMP中多糖和蛋白质含量与总SMP的变化趋势相同,也逐渐降低。高分子组分及疏水性有机组分占总SMP比例逐渐升高。而膜污染层中SMP的变化与上清液中SMP存在差异性。通过对上清液及膜污染层中SMP与膜污染速率进行相关性分析,结果表明上清液中SMP含量及性质与膜污染速率相关性不显著,而膜污染层中SMP质量浓度、多糖、高分子组分以及疏水性酸性组分对膜污染有显著影响。     

膜-生物反应器中荧光物质对膜污染的影响

采用三维荧光(EEM)技术对膜-生物反应器(MBR)运行过程中进出水、膜面溶解性污染物、溶解性微生物(SMP)和胞外聚合物(EPS)进行分析,并对各运行条件下荧光强度与膜污染速率进行比较.结果表明:各工况膜污染顺序为工况1(0.55 kPa/d)<工况3(1.37 kPa/d)<工况2(1.71 kPa/d)<工况4(3.69 kPa/d),SMP中的类蛋白质和类富里酸,以及EPS中的类蛋白质和类腐殖酸,均与各工况膜污染速率呈一致的变化趋势,而膜面溶解性污染物中的类蛋白质荧光峰则与膜污染速率没有明显的关系,说明在膜表面积累的荧光物质可能与其他有机物共同作用影响了膜污染速率.      

温度对膜生物反应器运行特性及膜污染的影响

温度对膜生物反应器（MBR）污染物去除效果和膜污染速率都有很大的影响。采用两套相同的MBR蓑置在冬季运行,其中一套维持20℃的恒温,另一套水温与周围环境相同。对两套装置处理效果及膜污染速率进行对比,并通过反应器中溶解性微生物产物（SMF）、胞外聚合物（EPS）含量、污泥粒径分布扣膜面污染物的比较,分析温度对MBR运行的影响。研究结果表明膜对污染物的截留能有效补偿低温时微生物作用的不足,因此低温对出水水质并没有显著的影响。此外,低温时虽然SMP和EPS的释放增加,但并没有引起膜污来的加剧。相反地,低温时污泥粒径较高温时小,而粒径较大的颗粒更易沉积于膜表面,因此低温时膜面固体物质含量较低,膜污染速率反而比高温时低。     

餐饮废水MBR处理过程中DOM的三维荧光光谱分析

采用三维荧光(EEM)光谱技术,对膜-生物反应器(MBR)处理餐饮废水过程中的各种溶解性有机物(DOM)进行分析,并对比研究不同水质和容积负荷下DOM的EEM光谱的迁移变化特性和DOM中荧光物质对膜污染速率的影响.结果表明,各种DOM的荧光物质中,蛋白质类物质所占的比重最大,且溶解性微生物代谢产物(SMP)和附着型胞外聚合物(EPS)中的蛋白质类荧光物质对膜污染速率的影响最大,而紧密附着胞外聚合物(TB-EPS)中蛋白质类荧光物质强度与膜污染速率呈强烈的负相关性.腐殖酸溯源表明DOM中的腐殖酸以微生物代谢产生的带有荧光基团的腐殖酸类为主.     

纳滤膜过滤MBR出水的污染原因与清洗方法

为研究膜-生物反应器(MBR)出水对纳滤膜的污染原因及清洗方法,使用场发射扫描电镜、傅立叶变换红外光谱仪、原子力显微镜和接触角仪对经MBR出水污染的纳滤膜表面污染层进行了检测,结果表明,纳滤膜表面污染物包括有机物和无机物,所含元素包括磷、镁等,对经过不同清洗步骤的膜表面进行的检测表明,柠檬酸清洗可以去除镁和大部分磷,这些物质主要以无机形态存在于膜面污染物中;后续NaOH清洗可以进一步去除磷,这部分磷主要来自有机酸、有机磷或蛋白质等膜面污染物.污染使膜表面粗糙度由79.5 nm增大至111.2 nm,但接触角由55.6°变为62.1°,表明亲水性变化不大;酸洗后表面粗糙度显著减小至51.9 nm,接触角变为96.0°,表明有机污染物暴露出来,膜面呈现疏水性;再经碱洗后,膜面粗糙度与亲水性均接近于新膜.这些结果说明,先酸洗后碱洗的方法可以去除绝大部分的膜面污染物,进一步推知膜污染初期主要为有机污染,之后无机物的作用使污染进一步加重.     

膜生物反应器处理工业废水中膜污染及膜过滤特性研究

采用膜生物反应器(MBR)中试试验装置处理制革、印染工业园区混合废水,考察了悬浮污泥浓度(MLSS)、溶解性微生物产物(SMP)和松散型胞外聚合物(EPS)表征总量、胶体粒子等因素对膜污染发生的影响程度.结果表明,试验装置启动后的120 d内,发生轻度膜污染现象,过滤膜阻力R20从1.5×1012m-1增加至1.8×1012m-1.MBR池内胶体粒子浓度与膜过滤阻力变化呈现明显的线性相关,而MLSS、SMP和EPS表征总量等因素的变化与膜过滤阻力的变化不存在相关性.分析认为胶体粒子是引起该试验装置发生膜污染现象的主要因素,其成因可能是胶体粒子通过附着在膜表面,沉积堵塞膜孔,从而造成膜污染.     

曝气强度对膜生物反应器污泥混合液可滤性的影响

主要研究了曝气强度对膜生物反应器(MBR)膜污染的影响.2套MBR采用恒流出水模式连续运行60 d,曝气强度分别为500及100 L/h,应用死端过滤装置来检测不同阶段污泥混合液的可滤性.实验中对不同曝气强度下的溶解性微生物代谢产物(SMP)分子质量分布、颗粒粒径分布、胞外聚合物(EPS)含量进行了测定.结果表明,过高的曝气强度将恶化污泥混合液的可滤性,增加了膜污染速率.进一步研究表明,曝气强度的增加导致了污泥混合液上清液中相对分子质量>10000的SMP浓度的增加,此部分大分子有机物浓度直接影响了污泥混合液的可滤性.过高的曝气强度也导致了污泥絮体中1～10μm细小颗粒和EPS含量的增加.     

染整废水深度处理纳滤工艺膜污染成因分析

为调查棉针织染整废水纳滤脱盐系统膜污染的类型和成因,使用电感耦合等离子发射光谱仪、扫描电子显微镜-EDX能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、高倍光学显微镜和X射线荧光光谱仪,从膜进水水质、膜过程污染状况和膜清洗效果等三方面进行了联合互补检测和综合分析.结果表明,棉针织染整废水脱盐过程中纳滤膜的污染类型包括无机污染、有机污染和微生物污染;干燥(105℃)的污染物成分组成中结合水所占质量分数约8.2%,有机成分所占质量分数约41.0%,无机成分所占质量分数约50.8%;在无机污染物中铁盐污染较为突出,有机污染物所包含的主要官能团为—OH、—CH和—CC,微生物污染物中包含原生动物和后生动物;短期膜污染和长期膜污染分析结果表明有机污染和微生物污染的形成需要长时间的累积效应;纳滤膜清洗试验结果表明,有机污染和微生物污染是引起膜通量下降的主要原因,两者对膜通量影响的贡献率约53.3%.     

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。     

Performance and fouling mechanism of direct contact membrane distillation (DCMD) treating fermentation wastewater with high organic concentrations

In this study,direct contact membrane distillation(DCMD)was used for treating fermentation wastewater with high organic concentrations.DCMD performance characteristics including permeate flux,permeate water quality as well as membrane fouling were investigated systematically.Experimental results showed that,after 12 hr DCMD,the feed wastewater was concentrated by about a factor of 3.7 on a volumetric basis,with the permeate flux decreasing from the initial 8.7 L/m~2/hr to the final 4.3 L/m~2/hr due to membrane fouling;the protein concentration in the feed wastewater was increased by about 3.5 times and achieved a value of 6178 mg/L,which is suitable for reutilization.Although COD and TOC in permeate water increased continuously due to the transfer of volatile components from wastewater,organic rejection of over 95%was achieved in wastewater.GC–MS results suggested that the fermentation wastewater contained 128kinds of organics,in which 14 organics dominated.After 12 hr DCMD,not only volatile organics including trimethyl pyrazine,2-acetyl pyrrole,phenethyl alcohol and phenylacetic acid,but also non-volatile dibutyl phthalate was detected in permeate water due to membrane wetting.FT-IR and SEM–EDS results indicated that the deposits formed on the membrane inner surface mainly consisted of Ca,Mg,and amine,carboxylic acid and aromatic groups.The fouled membrane could be recovered,as most of the deposits could be removed using a HCl/Na OH chemical cleaning method.     

煤化工废水反渗透处理系统的运行效果及膜污染分析

针对煤化工废水反渗透（RO）膜处理系统夏季严重污堵的问题,本研究以实际某煤化工污水处理厂一级两段式RO系统为考察对象,分析了系统运行效能及膜污染特征.研究发现,生化段稳定地实现了有机物的削减,离子交换树脂进一步保障了产水的脱盐率,促进实现高水回收率,是煤化工废水零排放的重要保障.但对膜系统而言,脱盐及有机物去除的主要负荷集中在RO过程,一段/二段RO脱盐率分别为94.16%和96.16%,COD去除率分别为68.12%和87.4%;相对进水,一段RO有机物浓缩了9倍,二段RO盐浓缩了5倍.因此,两段膜过程都出现显著的膜污染,一段RO以有机-微生物-硅污染为主,形成致密的污染层,由进口到出口逐渐增厚,主要为蛋白质、多糖、腐殖酸;二段RO以Ca、Mg等的无机结垢为主,污染层结构相对松散,由进口到出口片状结晶逐渐增大.因此,预处理工艺的稳定运行及对污染物的去除以减轻RO过程的污染负荷是膜污染控制的关键;同时,针对RO系统中膜污染分布特征,制定杀菌、阻垢和化学清洗等膜污染控制策略以防止形成微生物抗性及"清洗剂抗性"具有重要意义.     

城市污水厂活性污泥中胞外聚合物与工艺运行及污泥沉降性能的相关性分析

胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)的组分及含量是影响活性污泥性能的重要因素之一.本研究在测定不同城市污水处理厂活性污泥中EPS的基础上,分析水质情况与运行条件对EPS组分的影响.结果表明:蛋白质为EPS的主要组分,约占25%~63%;腐殖酸次之,占21%~50%;DNA和多糖的含量较少.同是A~2O工艺的2个污水厂的污泥沉降性能和粒径分布差异较大.根据Pearson分析结果,在污泥微膨胀和正常状态下,EPS总量与污泥体积指数(Sludge Volume Index,SVI)及粒径分布没有明显的相关性,但腐殖酸和DNA均与SVI呈正相关.处理工艺的水力停留时间与EPS总量负相关,但污水中有机物含量对EPS的含量及组分没有影响.EPS中多糖含量与脱氮除磷过程显著相关,多糖可以作为脱氮除磷过程的有机碳源.污泥龄影响EPS中蛋白质与多糖的比值.因此,污水水质、工艺类型及运行条件不同程度的影响EPS的组分及含量,进而影响处理效果.     

纳米Ag粒子原位杂化PVDF超滤膜的抗污染性能

以AgNO3为前驱体,聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物基体,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂和成孔剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为还原剂和溶剂,利用相转化法制备了纳米Ag粒子原位杂化PVDF超滤膜.采用扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜及接触角测定仪对杂化膜的结构和性能进行了表征.结果表明:原位形成的纳米Ag粒子均匀地分散在聚合物基体中,纳米Ag粒子的添加改善了PVDF膜的亲水性能.以腐殖酸和牛血清蛋白作为污染物的代表,考察了Ag/PVDF膜的抗有机污染性能.以大肠杆菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌及活性污泥作为微生物的代表,考察了杂化膜的抗生物污染性能.结果证实了与纯PVDF膜相比,Ag/PVDF膜通量衰减较慢,可有效抑制微生物的生长,表面受活性污泥污染程度小,具有显著的抗有机污染和抗生物污染性能.     

厌氧微网反应器处理生活污水膜污染物研究

采用涤纶网加工的微网膜组件与厌氧反应器结合构成厌氧微网生物反应器用于处理城市生活污水。在不同反应器形式和水力停留时间条件下反应器稳定运行了144 d。研究结果表明完全搅拌反应器在膜通量12 L/(m2.h)条件下跨膜压差变化较小,整体出水水质高于无搅拌式反应器。通过膜面SS含量测定、粒径和三维荧光光谱分析等方法对膜面污染物进行了系统分析。无搅拌式AnFBR随着停留时间的延长,膜面污染物的SS减少,粒径减小;完全搅拌式AnFBR膜面污染物的SS最少,粒径最小。三位荧光分析表明SMP主要有2个类蛋白质荧光峰A和B,中心位置(Ex/Em)分别位于230~235/335~350 nm及280~290/330~355 nm,EPS样品中除了峰A和峰B外还有2个峰,峰C位置(Ex/Em)在340~350/435~445 nm,与类富里酸物质有关,峰D位于420~440/465~515 nm,与类腐殖酸物质有关。     

HLB-MR反应器直接处理城市污水及回收有机物

采用中空纤维超滤膜组件构建了高负荷生物絮凝-膜反应器（HLB-MR）,对其直接处理城市污水及回收有机物进行了研究.结果表明：当水力停留时间（HRT）为1.0h,固体停留时间（SRT）为0.2d时,该工艺可回收进水总COD的60.8%,据估算约有39%的进水总COD可通过中温厌氧消化转化为甲烷能源回收,有机物的甲烷转化率为活性污泥法剩余污泥的2倍以上,能实现污水中有机物的高效回收和利用;经过有机物回收后膜出水的COD能稳定保持在30mg/L左右,且出水中氮、磷营养物保有值均较高又不含固体杂质和病原体,可将其用作灌溉用水,实现水资源回用;SRT分别为0.2,0.6,1.0d时,反应器对胶体COD絮凝效率分别为81.9%、95.1%、96.8%,絮凝效率越高,膜污染越轻,良好的生物絮凝效果可有效减轻膜污染,保证工艺的稳定运行.     

养猪废水和污泥中11种兽用抗生素的同时分析技术及其在生物降解过程的应用

优化了固相萃取与高效液相色谱串联质谱联用的分析条件,使之适用于检测长三角地区养猪废水和污泥中常见的11种兽用抗生素(包括4种四环素类、2种磺胺类、3种喹诺酮类和2种大环内酯类).该分析方法对养猪废水的平均加标回收率(n=3)为73.0%~105.2%,相对标准偏差为3.1%~10.2%;对污泥的平均加标回收率(n=3)为57.4%~104.6%,相对标准偏差为1.9%~10.9%.研究膜生物反应器中抗生素的浓度变化,发现废水中抗生素以四环素类和磺胺类为主,而污泥中以四环素类为主.反应器对废水中四环素类抗生素的去除率为85.2%,其中最主要的去除途径是生物分解(51.9%),其次是污泥吸附(33.2%);而磺胺类抗生素去除率为95.8%,几乎全部是依靠生物分解,污泥吸附很少.摇瓶实验结果显示,污泥中积累的抗生素未对活性污泥的有机物降解活性和硝化活性产生明显影响.     

Comparison of membrane fouling during short-term filtration of aerobic granular sludge and activated sludge

Aerobic granular sludge was cultivated adopting internal-circulate sequencing batch airlift reactor.The contradistinctive experiment about short-term membrane fouling between aerobic granular sludge system and activated sludge system were investigated.The membrane foulants was also characterized by Fourier transform infrared(FTIR)spectroscopy technique.The results showed that the aerobic granular sludge had excellent denitrification ability;the removal efficiency of TN could reach 90%.The aerobic granular sludge could alleviate membrane fouling effectively.The steady membrane flux of aerobic granular sludge was twice as much as that of activated sludge system.In addition,it was found that the aerobic granular sludge could result in severe membrane pore-blocking, however,the activated sludge could cause severe cake fouling.The major components of the foulants were identified as comprising of proteins and polysaccharide materials.