高温厌氧膜生物反应器处理餐厨废水的启动

以除油后的实际餐厨废水为原料,在高温（50±1）℃条件下利用浸没式纤维膜生物反应器（AnMBR）进行连续厌氧消化试验,以水力停留时间（HRT）20d启动,HRT 15d运行,直到发生膜污染,试验共进行了50d.研究了反应器启动和运行期间的发酵特性和膜过滤性能.研究表明,反应器30d完成了启动,在HRT 15d条件下,甲烷产量达到578L/kgVS_in,COD和挥发性固体（VS）去除率均达到94%以上,膜出水总挥发性脂肪酸（TVFA）浓度为（103±77） mg/L,其中乙酸浓度为（98±28） mg/L.系统pH 8.26,具有良好的稳定性.膜通量设定为9L/（m²·h）,运行30d后发生了明显的膜污染,伴随着反应器内挥发性悬浮固体（VSS）浓度由8.1g/L逐渐增加到18/L.在处理高浓度餐厨废水时,AnMBR可以短时间启动且在8.5kgCOD/（m³·d）的高负荷条件下稳定运行,反应器中污泥浓度和溶解性微生物产物的增加导致膜过滤性能下降是导致膜污染的主要因素.     

高温厌氧膜生物反应器处理餐厨废水的启动

以除油后的实际餐厨废水为原料,在高温（50±1）℃条件下利用浸没式纤维膜生物反应器（AnMBR）进行连续厌氧消化试验,以水力停留时间（HRT）20d启动,HRT 15d运行,直到发生膜污染,试验共进行了50d.研究了反应器启动和运行期间的发酵特性和膜过滤性能.研究表明,反应器30d完成了启动,在HRT 15d条件下,甲烷产量达到578L/kgVS_in,COD和挥发性固体（VS）去除率均达到94%以上,膜出水总挥发性脂肪酸（TVFA）浓度为（103±77） mg/L,其中乙酸浓度为（98±28） mg/L.系统pH 8.26,具有良好的稳定性.膜通量设定为9L/（m²·h）,运行30d后发生了明显的膜污染,伴随着反应器内挥发性悬浮固体（VSS）浓度由8.1g/L逐渐增加到18/L.在处理高浓度餐厨废水时,AnMBR可以短时间启动且在8.5kgCOD/（m³·d）的高负荷条件下稳定运行,反应器中污泥浓度和溶解性微生物产物的增加导致膜过滤性能下降是导致膜污染的主要因素.     

浸没式厌氧膜生物反应器处理垃圾渗滤液的连续运行性能

厌氧消化是垃圾渗滤液处理的重要技术,常规厌氧工艺在处理过程中存在微生物易流失和出水水质较差等问题。采用厌氧膜生物反应器在中温条件下处理垃圾渗滤液,考察了废水降解性能和膜过滤性能。连续100 d的反应器运行实验表明:在水力停留时间为10 d,COD容积负荷平均为5.63 kg/(m3·d)的条件下,系统运行稳定,平均COD去除率达到92%,膜出水总挥发性脂肪酸浓度低于200 mg/L,pH稳定在7.95左右。在膜通量为6 L/(m2·h)下,连续62 d内的膜压增长缓慢,未出现明显的膜污染。批次产甲烷试验结果表明:渗滤液产甲烷潜能达到305 mL/g TS,与连续运行实验296 mL/g TS的产气效果接近,沼气中甲烷浓度可高达70%~80%。产气达到90%和95%的潜能分别用时2.5,3.1 d,说明反应器有进一步缩短水力停留时间的可能性。反应器驯化的厌氧活性污泥对乙酸有较好的耐受性,在乙酸浓度为10000 mg/L时,产气迟滞期仅为1.4 d。综合来看,长期运行厌氧膜生物反应器处理垃圾渗滤液具有较好的COD去除效果、运行稳定性和膜过滤性。     

大型中试厌氧膜生物反应器处理城市污水的稳定运行与物料平衡分析

为推进节能减排低碳化社会的进程,验证了利用厌氧消化新技术处理城市污水的可行性,在日本仙台市搭建并成功运行了目前世界上最大的中试浸没型一体式厌氧膜生物反应器,实现了在25℃左右的常温条件下对实际城市污水的高效厌氧处理。该中试反应器从2019年5月运行至2020年1月,历时217 d,最短水力停留时间缩短至6 h, COD去除率高达90%以上,BOD₅去除率为95%。1 m3城市污水中可回收沼气0.09~0.10 m3,每处理1 g COD可回收沼气约0.25 L,沼气中甲烷平均含量可达到75%。每处理1g COD中有0.19~0.26 g转化为污泥,污泥产率小于传统好氧活性污泥法。研究采用的微滤膜可实现最大膜通量为17.75 L/（m2·h）,稳定运行最大跨膜压量可达到23.5 kPa。该中试工程的成功运行再次验证了厌氧消化技术与膜分离技术结合在低浓度城市污水处理中的可能性与实用性,实现了节能减排与生物质能源利用,是一项可持续性发展的革新工艺。研究在大型中试规模实现了厌氧膜生物反应器的长期稳定运行,也为后续污水处理研究提供了基本运行参数和工程可靠性基础。     

基于厌氧膜生物反应器的剩余污泥-餐厨垃圾厌氧共消化性能

采用厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)进行剩余污泥与餐厨垃圾的共消化,研究其有机物的去除特性、产气性能和微生物群落组成等运行性能.结果表明,反应器运行过程中有机负荷(organic loading rate,OLR,以VS计)稳定在0.59～0.64 kg·(m~3·d)~(-1),挥发性固体(volatile solids,VS)降解率由单消化17.5%上升至共消化40%,COD截留率为95.3%.消化液含固率提高了3.9倍,最终CH_4体积分数稳定在60%,CH_4产量(以COD_(added)计)为78.7 mL·g~(-1).跨膜压差(transmembrane pressure,TMP)和平均Flux分别维持在-3.1～-2.7 kPa和0.106 L·(m~2·h)~(-1),膜污染较轻.16S rRNA微生物多样性分析表明,AnMBR内部厌氧消化细菌主要是Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)和Cloacimonetes(阴沟单胞菌门),产甲烷菌中的优势菌科为Methanobacterium(甲烷杆菌科),优势菌属为Methanosaeta(甲烷鬃毛菌属)和Methanolinea(甲烷绳菌属).这将为AnMBR处理污泥及其它高含固率废物流的稳定性和运行性能研究提供有力的理论参考依据,进而为生物质资源化和能源危机提供有效解决途径.     

悬浮填料投加对AnMBR性能及膜污染的影响

研究了悬浮填料投加对分置式厌氧膜生物反应器（AnMBR）的COD去除效果、污泥混合液特性及膜污染的影响。试验结果表明:在反应器有机负荷为2.09 kg/（m3·d）,污泥负荷为0.54 kg/（kg·d）,水力停留时间（HRT）为48 h,温度为（35±2）℃的条件下,与未投加悬浮填料阶段比较,投加填料后AnMBR的COD总去除率由96.6%提高至97.9%,甲烷产率提高16.0%。同时投加悬浮填料后AnMBR混合液污泥平均粒径增大,滤饼层阻力、总阻力、滤饼层阻力在总阻力中的占比较未投加悬浮填料时分别降低7.8、6.5和1.3百分点,溶解性胞外聚合物（SEPS）和结合性胞外聚合物（BEPS）浓度分别降低了20.5%和29.4%,跨膜压差（TMP）线性增长速率降低,膜污染速率明显减缓。因此,投加悬浮填料可在不增加能耗的情况下改善污泥混合液特性,起到强化AnMBR处理效果和控制膜污染的作用。     

厌氧平板膜生物反应器连续处理猪场废水研究

本研究以实际猪场废水为原料,在中温（37±1）℃条件下利用浸没式平板膜生物反应器进行180d连续厌氧发酵试验,以水力停留时间5,3和2d的梯度变化逐渐增加容积负荷,研究反应器运行性能,污泥比产甲烷活性,膜过滤特性和膜的清洗效果.试验结果表明,随水力停留时间的缩短,反应器的容积产沼气率分别达到0.68,1.03和1.12L/（L·d）,稳定运行期间出水的总挥发性脂肪酸分别为（169±41）mg/L,（15±3）mg/L和（114±45）mg/L,以乙酸为主.反应器中厌氧污泥的乙酸比产甲烷活性测试表明,以2000mg/L的乙酸为基质,HRT 3d时具有最大比产甲烷活性1.127g-COD/（g-VSS·d）.本试验发生膜污染的周期约4个月.采用2%的柠檬酸浸泡3h,可以恢复膜的过滤性能.在较低通量下,反应器中7~32g/L的污泥浓度并不会明显的影响平板膜的过滤性能.本研究结果显示,厌氧膜生物反应器有处理猪场废水的可能性.     

厌氧折流板反应器与膜曝气生物膜反应器耦合作用的试验研究

利用膜曝气生物膜外层的厌氧状态与厌氧折流板反应器内部环境相融合的特性,分别启动驯化厌氧折流板反应器和膜曝气生物膜反应器,将驯化好的膜组件置入运行稳定的厌氧隔室内构成耦合反应器.当进水COD和NH+4-N浓度分别为1 600mg/L和80 mg/L时,膜组件置入后反应器出水中的COD和VFA含量分别降低了59.5%和68.1%,对含氮污染物的去除率达到83.5%.当进水有机负荷提高50%时,耦合反应器出水COD浓度仍处于60 mg/L以下,具有良好的抗有机负荷冲击能力.因为流入液体中有机底物的减少和硝态氮的增加,使得3号隔室的沼气产量和甲烷含量均明显减少,但是取而代之的是更为稳定和优良的出水水质.此工艺实现了单一反应器处理中高浓度有机含氮废水的同时去碳脱氮功效.     

AnMBR用于餐厨垃圾和剩余污泥共发酵的性能研究

通过连续实验和活性实验,系统地研究了厌氧膜生物反应器（AnMBR）在不同有机负荷（OLR）条件下处理餐厨垃圾和剩余污泥的效率、稳定性及动力学特征.结果表明,AnMBR在各工况下（OLR：3.22~12.92gCOD/（L·d））能够稳定运行.其中在OLR为6.48gCOD/（L·d）时运行性能最优,其甲烷产量为（4335±2）mL/d,甲烷产率为（361.2±0.2）mLCH₄/gCOD_removal,COD的去除率维持在（98.6±0.9）%,pH值稳定在7.71±0.03.当OLR超过12.92gCOD/（L·d）,反应器内挥发性脂肪酸（VFA）达到了6108mgCOD/L.膜污染以滤饼层污染为主;利用高通量测序（HTS）探究了系统中微生物的演变情况,Levilinea菌是优势细菌属,在OLR为6.48gCOD/（L·d）时其相对丰度最高（20.1%）,Methanosarcina菌是优势古菌属,随着OLR增加相对丰度均维持在67%以上;比产甲烷活性实验表明随着OLR的增加,产甲烷菌对乙酸的降解能力不断提高.研究结果将为AnMBR处理餐厨垃圾和剩余污泥共发酵系统的最优工况选择提供参考依据.     

农副食品加工业高浓度废水的厌氧膜生物反应器技术

农副食品加工业COD年排放量在41种行业废水中排名第2,污染减排刻不容缓.农副食品加工业废水COD浓度高达8 000~30 000 mg·L-1,目前主要采用厌氧-好氧组合工艺处理,存在工艺流程长、管理难和成本高等问题.厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)由于高效的膜与厌氧微生物协同作用,具有COD去除率高(92%~99%),COD负荷率高[2.3~19.8 kg·(m3·d)-1]等工艺特征,同时排泥少(SRT>40 d),基建成本低(HRT为8~12 h).根据高浓度COD的不同构成,COD甲烷化的限速步骤可分为水解酸化限速型、产甲烷限速型.AnMBR的膜污染特征及其控制比好氧MBR更为复杂和困难,现有膜污染控制措施包括错流过滤、曝气冲洗和膜松弛等.针对我国农副食品加工业高浓度废水达标排放的技术需求,AnMBR主要研究方向为提高COD去除率、控制膜污染和提高能源回收率,从而实现短流程厌氧的出水一步达标.     

厌氧膜生物反应器处理市政污水的产甲烷性能及微生物代谢特征

厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)作为一种新型厌氧处理技术,可高效去除污水中的有机物并以CH₄的形式回收再利用,降低污水处理能耗与碳排量,助力实现“双碳”目标. 为评估AnMBR处理市政污水时的能源回收潜力,进一步揭示处理系统工艺特性,考察了不同水力停留时间(hydraulic retention time, HRT)下AnMBR处理市政污水的污染物去除及产甲烷性能、微生物代谢产物及微生物群落组成特征. 结果表明:①在室温条件下,HRT从24 h缩短至3.2 h过程中反应器均可实现高效的化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)去除与产甲烷性能,COD去除效率稳定在95%以上,进水77%以上的COD转化为CH₄,出水COD浓度低至(21.2±7.8) mg/L. ②反应器中溶解性微生物代谢产物(soluble microbial products, SMP)浓度为70~200 mg/L(以COD计),蛋白质/多糖(含量比,下同)为4.3~5.5,远高于胞外聚合物中的蛋白质/多糖(2.0~4.0),膜污染潜力高. ③微生物群落分析发现,产甲烷古菌与细菌的丰度比与固体停留时间(solid retention time, SRT)呈显著负相关(P<0.05),且不同粒径颗粒中微生物群落组成差异显著,产甲烷古菌在粒径≥10 μm的颗粒中丰度较高,维持混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)在8.0~11.5 g/L之间、SRT在60~80 d之间可避免功能菌群失衡. 研究显示,AnMBR处理市政污水可实现良好的污染物去除效果与产甲烷性能,但过长的SRT会导致污泥浓度过高、SMP浓度增大以及产甲烷古菌丰度降低,影响反应器高效稳定运行.      

CaO对高浓度污泥厌氧消化性能的影响机理及动力学分析

为解决高固体浓度污泥厌氧消化水解速率慢的问题,采用CaO对高固体浓度污泥进行碱解预处理。采用粒径分析及溶解性COD、蛋白质和多糖浓度监测考察碱解预处理前后污泥物理化学特性的变化,评估碱解预处理对高固体浓度污泥厌氧消化产甲烷潜力及有机物降解规律的影响,研究不同碱量下EPS、细胞壁和细胞膜破解程度对厌氧消化性能的影响机理,分析厌氧消化过程的动力学特性。结果显示:CaO碱解预处理高固体浓度污泥后,污泥粒径变化不明显,而溶解性COD、蛋白质和多糖的浓度均有增加;碱解预处理的破解程度随着碱投加量的增加而增加;碱解预处理后,高固体浓度厌氧消化的累积甲烷产率提升了22.9%~34.8%;分析机理低碱量预处理时只能释放EPS中的有机质,从而促进厌氧消化的累积甲烷产率,而高碱量预处理时,EPS内的有机质和胞内聚合物都得到释放,使累积甲烷产率增加。动力学研究结果表明:碱解预处理可以显著提高污泥甲烷产率,加快厌氧消化速率,并明显缩短延滞期。     

内循环厌氧反应器处理十溴联苯醚

在中低温厌氧条件下,采用IC厌氧反应器降解BDE-209废水。结果表明:在温度为18～30℃,反应器运行62 d,第14天反应器出现颗粒污泥,随着运行时间和容积负荷的增加,颗粒污泥的粒径不断增大。当进水ρ(COD)为11 000 mg/L,控制HRT为24 h,COD容积负荷为11.7 kg/(m3.d)时,COD去除率稳定在70%以上,BDE-209降解效率达26.8%。     

pH6.0酸性条件下产甲烷EGSB反应器的运行研究

采用中性颗粒污泥接种,运行一个3.1L的EGSB反应器共345d,通过逐步降低pH值,获得了耐酸的产甲烷颗粒污泥并实现厌氧反应器在低pH、低碱度条件下的稳定运行.在pH 6.0,进水COD 3000mg/L,COD容积负荷5kg/(m³·d)时,反应器的COD平均去除率为95.0%,出水总碱度(以CaCO₃计)仅为328.5mg/L,每g去除COD的沼气产量为372.2mL,沼气中甲烷含量约为57.6%;在进水COD 4 000mg/L,COD容积负荷7.5kg/(m³·d)时,COD平均去除率为90.9%,出水总碱度仅为404.8mg/L,每g去除COD的沼气产量为446.3mL,甲烷含量约为55.9%.EGSB反应器在pH6.0～6.1的范围内共运行112d,表明在低pH、低碱度下实现稳定的产甲烷过程是可行的.     

高温和中温ASBR处理热水解污泥的对比

进行了高温、中温厌氧序批式反应器(ASBR)处理热水解污泥的对比试验研究.在HRT＝10d,总COD(TCOD)容积负荷为5.42 kg/(m³·d) 的条件下,高温、中温ASBR的TCOD去除率分别为56.20%、61.66%,污泥COD的产气率(CH₄)分别为199、219 mL/g.ASBR能有效积累污泥悬浮固体从而保持较高的固体停留时间(SRT),高温、中温ASBR的平均SRT分别为30、37d.同中温ASBR比较,高温ASBR的微生物形态单一、种类少和产甲烷活性较低,因此高温ASBR的处理效率和产气率较中温低.