污水再生处理反渗透系统进水膜污堵潜势评价方法及指标体系

由于污水中的有机物含量显著高于海水,因此污水再生处理反渗透（RO）系统面临比海水淡化RO系统更加严重的污堵问题。为了有效预测和控制RO膜的污堵,需要对RO系统进水污堵潜势进行全面评价。从颗粒物/胶体污堵、无机结垢、有机污堵和生物污堵4个方面,分析了目前RO系统理论研究和工程实践中常用的进水污堵潜势评价方法和指标体系的特点。针对颗粒物/胶体污堵和无机结垢,实际工程中的潜势评价与控制方法已经相对成熟。然而,目前污水再生处理RO系统的工程设计中尚无针对有机污堵和生物污堵的指标。现有研究表明,在污水再生处理RO系统中,当进水ρ（DOC）<4 mg/L时,RO膜的污堵速率显著降低,可将该数值作为RO系统进水水质设计的参考。除有机物总量外,还应综合考虑有机物分子量和亲疏水性-酸碱性等组分特性,大分子、疏水中性和酸性物质更容易沉积于RO膜面导致污堵。在生物污堵方面,现有的针对进水生物量和生物膜生长速率（BFR）的指标均不能有效反映进水的生物污堵潜势,因此,生物污堵的预防和控制,仍是未来RO系统污堵防控领域的研究重点。     

甲基异噻唑琳酮对MBR出水微生物生长分泌特性及群落结构的影响

污水再生处理反渗透(RO)工艺已在国内外获得广泛应用,但膜污堵问题阻碍RO工艺的进一步推广.投加非氧化性抑菌剂是控制RO膜生物污堵的常用手段,能够抑制细菌生长,但对细菌代谢产物分泌特性的影响尚不清楚.本课题的前期研究表明,细菌的胞外多聚物(EPS)是导致反渗透膜生物污堵的重要因素,细菌数量并非导致RO膜污堵的主要原因.针对上述问题,本文系统考察了典型非氧化性抑菌剂——甲基异噻唑啉酮(MIT)对RO系统进水(MBR出水)微生物的生长特性、群落结构及分泌特性的影响.研究发现,随MIT浓度增加,微生物生长迟滞期明显增长,但稳定期生物量增加;放线菌门、放线菌纲、类节杆菌属相对丰度明显增加;微生物分泌产物胞外多聚物(EPS)浓度增加,可能加重RO膜污堵潜势.上述结果表明,在污水再生处理反渗透系统中,MIT高浓度、长时间间隔的冲击式投加可能不利于膜污堵控制.     

紫外线消毒对再生水中微生物生长分泌特性的影响

膜污堵是阻碍污水再生处理反渗透（RO）系统稳定、高效运行的突出问题。前期研究表明,RO系统常用的氯消毒预处理会导致微生物群落结构及代谢产物分泌特性发生显著改变,从而引起严重的生物污堵。为优化污水再生处理RO系统的预处理工艺选择,该研究全面考察了紫外线消毒对再生水中细菌的生长、群落结构和分泌特性的影响。结果表明:紫外线剂量为20,40,80 mJ/cm2时,对膜生物反应器出水中细菌的灭活率分别可达1log、3log、4log。紫外消毒后,存活细菌再培养时其生长迟滞期变长,稳定期细菌数量在紫外线剂量为40,80 mJ/cm2时分别比对照组降低18.6%和19.2%。高紫外线剂量下（40,80 mJ/cm2）,变形菌门、β-变形菌纲、詹森菌属相对丰度有所增加。分泌特性方面,细菌胞外多聚物含量随紫外线剂量升高先减少后增多,且其中大分子物质增多,并表现出更强的RO膜污堵潜势。     

反渗透膜面细菌胞外多聚物提取方法研究

城市污水脱盐系统的反渗透(RO)膜面生物污堵问题严重影响了该技术的稳定运行,解析生物污堵机理的关键因素是微生物胞外多聚物(EPS)特征分析,然而目前细菌EPS提取方法多样,无统一标准,制约了EPS分析的可靠性和可对比性.基于此,本文以再生水厂RO膜面污堵物中分离的细菌为对象,采用水浴、超声、离子树脂、碱液4种方法提取EPS,以DOC和DNA含量表征提取的EPS总量和提取过程细胞破裂程度.结果表明,45℃水浴法不造成细胞破裂,提取总量多,是一种有效的提取方法.进一步对比不同提取时间条件下EPS溶液中多糖和蛋白含量变化,以及分子量、荧光特征等,综合认为提取1 h时,提取的EPS中多糖与蛋白相对含量稳定,不同分子量化合物均溶于水中,能客观地反映EPS特征.研究表明,45℃水浴1 h可以作为细菌EPS提取的适用方法应用.     

印染废水反渗透脱盐系统运行性能及膜污堵特性

反渗透(RO)脱盐工艺对实现印染废水再生利用具有重要的意义.膜污堵却制约了RO工艺应用.对广东省某工业园区印染废水RO脱盐系统运行性能及膜污堵特性进行了研究.结果表明,印染废水生化处理出水经臭氧氧化-砂滤-超滤(UF)预处理后,RO进水COD平均浓度为12.4 mg·L~(-1),浊度1 NTU.RO系统脱盐率稳定在98%,RO产水高锰酸盐指数约为0.7 mg·L~(-1),浊度约为0.12 NTU.但RO系统运行3 a后,跨膜压差高达0.6 MPa,产水量下降至120 m~3·h~(-1),且不能通过化学清洗恢复,在RO膜面沉积了不可逆的污堵物.RO膜面的有机物占总污堵物干重的(53.5±0.2)%,无机物占(46.5±0.2)%,RO膜面有机污堵与无机污堵贡献相近.Si、Al与Ca是RO膜面主要的无机元素.碱液(Na OH溶液)对沉积在RO膜面的Si与Al及有机物提取效果较好.     

不同细菌分泌物及其反渗透膜污堵特性比较

反渗透(RO)工艺在城市污水再生处理中的应用越来越多,但膜污堵严重影响了该工艺的稳定运行.溶解性微生物产物(SMP)是造成RO膜污堵的最主要的有机物.本文以再生水厂RO膜面分离的两种细菌Pseudomonas sp. AM1-1和Chromobacterium sp.AM1-2的SMP为研究对象,比较了两者SMP的组成成分及其对RO膜的污堵能力.结果发现,在葡萄糖培养基中培养至稳定期后,两者产生的SMP中多糖与蛋白质比例均约为1∶1,AM1-1的SMP中多糖和蛋白质均呈双峰式分布,分布于大于10~5Da和小于10~3Da两个范围;AM1-2的SMP中,多糖分子量呈双峰式分布,主要分布于大于10~6Da的范围,有少量小于10~3Da,蛋白质分子量小于10~3Da.通过RO错流过滤污堵实验装置考察了两种SMP对RO膜的污堵特性,发现SMP中大分子有机物的分子量与SMP的膜污堵潜力密切相关,有机物分子量越大,SMP的膜污堵潜力越高,而多糖和蛋白质的比例并不是决定SMP膜污堵潜力的关键.因此,减少SMP中的大分子量物质(特别是大分子多糖)在RO膜表面的沉积,是缓解SMP造成的RO膜污堵的关键.     

不同填料甲苯生物滤塔中微生物群落结构与代谢功能解析

对填料为珍珠岩、玻璃珠和聚苯乙烯泡沫(EPS)的甲苯生物滤塔中微生物群落的结构和代谢功能进行了分析.结果表明,在稳定运行阶段,生物滤塔的微生物群落结构相似且与接种物存在较大差异.3种填料的生物滤塔中在门水平上的优势菌均为变形菌门Proteobacteria(36.1%~67.5%)、放线菌门Actinobacteria(4.3%~43.4%)、厚壁菌门Firmicutes(3.0%~16.4%)和拟杆菌门Bacteroidetes(1.9%~10.2%);属水平上,相同的优势属为红球菌属Rhodococcus(2.4%~38.5%)和假单胞菌属Pseudomonas(5.9%~25.3%),在珍珠岩生物滤塔中相对丰度更高的属为戴沃斯氏菌属Devosia、戈登氏菌属Gordonia和根瘤菌科某属Rhizobiales_E,在玻璃珠和EPS生物滤塔中相对丰度更高的属为着色菌科某属Chromatiaceae_A和Fluviicola.不同填料的生物滤塔中微生物群落整体碳源代谢能力相似且相比接种物均显著下降,微生物群落结构与代谢呈现一致性,多样性水平均为珍珠岩EPS玻璃珠.与接种物相比,不同填料的生物滤塔中微生物结构物种多样性都降低,代谢多样性都升高.     

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.     

循环水排污水反渗透系统中溶解性有机物特征及其影响研究

循环水排污水回用是降低火电厂单位发电水耗与促进电厂水系统近零排放的关键.本研究以我国北方某电厂循环水排污水深度处理与回用系统为对象,针对夏季严重污堵的问题,分析了春、夏两季系统运行效能与溶解性有机物（DOM）变化特征及其对系统的影响.研究发现,系统预处理段运行效果较差,脱盐与COD的去除集中在反渗透（RO）段,导致RO系统污堵严重且夏季尤为明显,有机物是导致春、夏季水质差异的重要因素.进一步分析发现,排污水处理系统中DOM主要组分为蛋白质类、腐殖质类和可溶性微生物代谢产物类有机物;夏季RO过程的DOM腐殖化程度（HIX夏-RO1=0.620>HIX春-RO1=0.538）、组分复杂度、有机物聚合度均高于春季,从而造成系统夏季更为严重的污堵.夏季循环冷却系统及循环水排污水处理系统中的微生物和藻类的生长是有机物特性变化与夏季膜污堵的关键原因.因此,提升预处理段的运行效能、优化药剂投加策略、加强对DOM和微生物的控制是解决夏季系统污堵及稳定系统效能的关键.     

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。     

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.      

活性污泥性质对短期膜污染影响的解析研究

采用统计分析方法研究了16种不同性质活性污泥混合液对膜生物反应器膜污染的影响机理.结果表明,胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)、溶解性有机物(soluble microbial products,SMP)、上清液胶体颗粒(suspended solids insupernatant,SS_s)、污泥混合液粘度(μ)、相对疏水性(relative hydrophobicity,RH)、Zeta电位(Zeta potential)均对膜生物反应器膜渗透性能有显著的影响作用,其与膜污染阻力的皮尔逊相关系数r_p分别为:0.898、0.712、0.810、0.691、0.837、-0.881;同时发现,胞外聚合物是影响活性污泥中溶解性有机物含量(r_p=0.682)、污泥粘度大小(r_p=0.633)、上清液胶体颗粒含量(r_p=0.783)、Zeta电位(r_p=-0.953)及相对疏水性大小(r_p=0.877)的主要因素;在活性污泥性质中胞外聚合物是影响膜污染的根本原因,是膜生物反应器膜污染的重要影响因素.     

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.     

两级序批式反应器运行模式下平板膜污染机理研究

从膜污染物分析、微生物代谢产物EPS、SMP对膜污染的影响等方面,对两级序批式反应器运行模式下的平板膜污染机理进行了试验研究.结果表明,膜表面及膜孔内部存在以球菌、杆菌为主的生物污染,膜表面的无机污染物主要是Fe、Na、Zr、Rb、Ca等化合物在浓差极化的作用下超过其溶解度极限后结晶形成的盐垢,膜表面的有机污染物主要是蛋白质,是形成膜表面凝胶层的主要原因,而蛋白质在膜面为伴随有电子转移的化学吸附,从而引起膜通量严重下降.