膜生物反应器中膜过滤特征及膜污染机理的研究

以膜生物反应器处理市政污水,通过对活性污泥进行终端过滤来反映膜污染机理,实验表明,最初很短时间内膜污染受膜孔堵塞模型控制,之后受沉积层阻力模型控制,后一阶段是膜污染的主要控制阶段;膜的相对通量随过滤时间呈指数衰减趋势,压力越大,通量衰减越快;污泥沉积层存在压密过程,这一过程中的污泥比阻随压力增大而增大,并得到处理市政污水的污泥压密指数为0.807 8;阻力分布实验表明沉积层阻力占总阻力的90%以上,是膜过滤污染阻力的主要组成部分;活性污泥各组分对膜污染均有贡献,其中悬浮固体、胶体颗粒和溶质产生的阻力分别占87.98%、6.20%和5.82%;根据实验和计算结果,探讨了MBR处理市政污水过程中可能的膜污染机理.     

膜生物反应器与传统活性污泥法污泥混合液过滤特性的比较

针对污泥混合液的过滤性能,在运行条件相同的情况下对膜生物反应器(MBR)与传统活性污泥法(CAS)进行比较.实验结果表明:MBR工艺污泥混合液的过滤阻力是CAS工艺过滤阻力的2～3倍;2种工艺悬浮液过滤阻力占总阻力的90%左右.过滤阻力分布实验表明,沉积层阻力占CAS工艺总阻力的87.30%,占MBR工艺总阻力的94.18%.     

动态膜生物反应器中动态膜的作用和结构研究

利用动态膜生物反应器处理生活污水,对反应器中动态膜的结构和作用进行了研究.结果表明,出水水头为8 cm的条件下,100　min以后出水水质趋于稳定,动态膜基本形成.稳定运行状态下,动态膜生物反应器对COD、氨氮和总氮的总平均去除率分别为78.4%、95.0%、40.0%,其中动态膜对COD、氨氮和总氮的平均去除率分别为19.0%、8.5%、6.0%.动态膜生物反应器对污染物质的去除主要依靠混合液活性污泥,而附着在膜基材上的动态膜的生物降解作用也能去除小部分污染物质.微生物活性分析表明,混合污泥的比耗氧速率约为动态膜比耗氧速率的5倍,混合污泥的生物活性远高于动态膜.扫描电镜分析表明,生物动态膜主要由丝状菌、杆菌、球菌及其分泌物组成.     

好氧颗粒污泥膜生物反应器中的污泥性质与膜污染研究

好氧颗粒污泥膜生物反应器运行了75 d,其COD、氨氮和总氮去除率分别为91%~95%、89.57%~100%和48.25%~90.84%;运行过程中颗粒污泥出现了一定程度的解体,污泥沉降性能出现了恶化,污泥比阻由起始的1.085×1013m/kg上升到反应末期的2.712×1013m/kg;胞外聚合物维持在44.71~72.23 mg/g之间.对膜组件污染特性进行研究,发现膜表面滤饼层阻力和膜孔堵塞阻力分别为5.32×1011m-1和2.34×1011m-1,占到总阻力的67.42%和29.66%.通过对膜污染物质进行红外光谱分析,发现膜污染的主要物质为蛋白质和糖类物质.     

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...     

污泥龄对膜生物反应器污泥特性及膜污染的影响

研究了污泥龄对胞外聚合物(EPS)总量、紧密粘附胞外聚合物(TB)和松散附着胞外聚合物(LB)含量及其中蛋白质与多糖比例的影响.结果表明,随污泥龄的延长,混合液EPS总量增加,TB和LB中蛋白质与多糖比例发生变化.这种变化改变了细菌表面电荷分布,增大了细菌表面亲水基和疏水基的比例,使细菌的存在状态由不稳定型(R型)向稳定型(S型)转变,降低了混合液Zeta电位,SVI值增大.采用SPSS软件对膜污染的主要因子进行了相关性分析,Zeta电位、上清液悬浮固体浓度、相对疏水性的相关系数分别为-0.818、0.853、0.832.综合考虑膜污染阻力和污泥特性,膜生物反应器的污泥龄应控制在优势菌最小世代时间的120倍以下.     

污泥龄对膜生物反应器性能的影响

研究了膜生物反应器污泥龄对胞外聚合物(EPS)含量、污泥特性、污泥颗粒粒径分布及膜过滤阻力的影响.结果表明,污泥龄(SRT)为30 d时混合液中胞外聚合物(EPS)和膜面上的EPS含量分别约为90 mg/g、0.8 g/m2,随污泥龄的延长二者同步增加,EPS在膜面上几乎没有积累;混合液EPS含量的增加改变了细菌表面电荷且增大了细菌表面亲水基和疏水基的比例,使细菌存在状态由不稳定型(R型)向稳定型(S型)转变.造成污泥的沉降困难;在长污泥龄运行中.混合液中污泥颗粒呈现双峰分布,泥龄30 d时在O.5 μm和16 μm处有2个峰且平均粒径约14μm,污泥龄延长双峰分布向颗粒小的方向移动;混合液中微细颗粒含量及粒径分布对膜污染起决定性作用.综合考虑膜污染和污泥特性,膜生物反应器的污泥龄应控制在优势菌最小世代时间(运行温度下的最大比增长速度)的120倍以下.     

膜生物反应器PVDF膜和尼龙膜污染特性

分别采用PVDF膜（第1~219d）和尼龙（Nylon）膜（第220~360d）长期运行膜生物反应器（MBR）,分析MBR系统的脱氮性能和膜污染特性.结果表明,反应器最终在进水NH₄⁺-N和NO₂^--N浓度分别为400~740mg/L和460~790mg/L的条件下稳定运行112d,总氮去除率（TNRE）维持在86%左右,总氮去除负荷（NRR）为0.61~1.08kg N/（m³·d）.经过263d的运行,反应器中混合液悬浮固体浓度（MLSS）从4918mg/L增至7230mg/L,混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）从2585mg/L增加至4455mg/L,比厌氧氨氧化活性（SAA）最高达0.46g N/（d·gVSS）.无论是PVDF膜还是尼龙膜,Anammox-MBR系统在一个膜污染周期结束时,都是泥饼层阻力占主导,但二者的膜污染机制不同.与相同水力停留时间（HRT）下运行的PVDF膜相比,尼龙膜的膜污染发展速度显著减小.结合脱氮性能和膜污染情况,本实验条件下,MBR系统优先采用尼龙膜在HRT=1.5d运行.     

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。     

膜-生物反应器处理超市废水的试验研究

文章对一体式平板膜-生物反应器处理超市废水的特性进行了小试试验研究,结果表明,反应器对COD的平均去除率为91%,NH3-N平均去除率为86%。平板膜-生物反应器膜污染阻力构成为泥饼阻力占85%,孔隙堵塞阻力占13%,膜本身阻力只占2%,可忽略不计。     

臭氧作用改善膜-生物反应器混合液膜过滤性

提出了利用臭氧作为调控膜-生物反应器中活性污泥混合液的方法,采用小膜过滤装置测定臭氧作用后混合液的膜过滤性变化,并通过测定混合液MLSS、胞外多聚物(EPS)含量、絮体粒径、上清液胶体有机物浓度、黏度的变化,探讨了混合液膜过滤性变化的原因.结果表明,当臭氧投加量低于8.5mg/L条件下,混合液的膜过滤性得到改善.臭氧对混合液的主要作用是氧化污泥絮体表面的部分EPS,使污泥絮体表面性质发生改变,引起絮体再絮凝,絮体粒径增大,上清液胶体有机物浓度和黏度减少,从而改善混合液的膜过滤性质.     

胞外聚合物对浸没式膜-生物反应器膜过滤性能的影响

通过浸没式膜-生物反应器（SMBR）处理上海市城市内河水的试验,研究了反应器混合液中和2种疏水性不同的膜上污泥胞外聚合物（EPS）的量、组成、污泥特性及对膜过滤性能的影响.结果表明,混合液污泥中的溶解性EPS和固着性EPS比膜上污泥多,不同污泥的固着性EPS组分中蛋白质（EPSP）/多糖（EPSC）的大小顺序依次为混合液污泥〈亲水膜污泥〈疏水膜污泥.疏水膜污泥中溶解性EPS比亲水膜多,溶解性EPS和固着性EPS量及组分均有很大差异.混合液污泥的EPS流动性大,疏水性膜上污泥EPS的流动性较大.溶解性EPS对污泥特性及膜过滤性能影响较大.SMBR中亲、疏水性膜片上黏附的污泥的相对疏水性分别为53%、59%.比较2种膜片通量的变化发现,疏水性膜污染严重.     

金属膜生物反应器处理生活污水膜污染的影响因素

采用浸没式平板金属膜生物反应器处理模拟生活污水,考察好氧与缺氧/好氧(anoxic/oxic, A/O) 2种运行模式下ρ(MLSS)和污泥粒径分布对膜过滤性能的影响及膜过滤阻力的组成. 结果表明,对于好氧膜生物反应器,存在一个能获得良好膜过滤性能的ρ(MLSS)范围; 好氧模式下膜过滤阻力主要为滤饼层阻力,且滤饼层能通过在线药洗或机械清洗较好地去除,系统在膜通量为0.80～1.00 　m3/(m2·d)下未进行离线药洗连续运行115 d. A/O模式下膜过滤阻力主要为内部阻力; A/O循环导致污泥破碎解体,产生大量微小粒子,在膜孔内形成吸附和堵塞,使膜过滤性能急剧下降,为维持系统运行,A/O阶段将膜通量从1.00 　m3/(m2·d)降至0.50 　m3/(m2·d),并进行了15次膜清洗.      

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.     

Simultaneous nitrogen and phosphor removal in an aerobic submerged membrane bioreactor

Simultaneous nitrification and denitrification （SND） effect and phosphor removal were investigated in a one-staged aerobic submerged membrane bioreactor on pilot-scale with mixed liquor suspended solids （MLSS） 19--20 g/L. The effects of DO concentration, sludge floc size distribution on SND were studied. Test results suggested that SND was successfully performed in the membrane bioreactor （MBR） and about 70% total nitrogen removal efficiency was achieved when DO concentration was set to 0.2-- 0.3 mg/L. The main mechanisms governing SND were the suitable sludge floc size and the low DO concentration which was caused by low oxygen transfer rate with such a high MLSS concentration in the MBR. In the meantime, phosphor removal was also studied with polymer ferric sulfate （PFS） addition and 14 mg/L dosage of PFS was proper for the MBR to remove phosphor. PFS addition also benefited the MBR operation owing to its reduction of extracellular polymer substances （EPS） of mixed liquor.     

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．     

复合式膜生物反应器处理生活污水

采用以粉末活性炭(PAC)作为填料的复合式膜生物反应器处理小区生活污水.该反应器在不人为排泥,不对膜进行任何处理(不空曝、不清洗)的情况下,连续运行100d.结果表明,系统运行稳定,出水水质优良(COD<25mg/L,NH₄⁺-N<0.6mg/L,无色无味,无SS,没有检测出大肠杆菌).PAC不仅改善了膜生物反应器中的污泥混合液的沉淀性能与可过滤性,同时也改善了膜表面滤饼层的水力特性,从而达到了减小膜过滤阻力,延缓膜污染的目的,而且还降低了运行成本.     

Study on membrane fouling of submerged membrane bioreactor in treating bathing wastewater

A pilot-scale submerged membrane bioreactor (MBR) was used to treat the bathing wastewater for more than 90 d. Several factors affecting membrane fouling were studied, including the variation in transmembrane pressure (TMP), changes in extracellular polymeric substance (EPS), and distribution of membrane resistance (R). The relationships between R and EPS concentration were found to be R = 0.00008(EPSS)2.915 in the mixed liquor (EPSS) and R = 0.2853(EPSm) - 0.824 on the membrane surface (EPSm). The constant...     

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.     

Performance of bioferric-submerged membrane bioreactor for dyeing wastewater treatment

Adding iron salt or iron hydroxide to sludgemixed liquor in an aeration tank of a conventional activated sludge processes (bioferric process) can simultaneously improve the sludge’s filterability and enhance the system’s treatment capacity. In view of this, Fe(OH)₃ was added to a submerged membrane bioreactor (SMBR) to enhance the removal efficiency and to mitigate membrane fouling. Bioferric process and SMBR were combined to create a novel process called Bioferric-SMBR. A side-by-side comparison study of Bioferric-SMBR and common SMBR dealing with dyeing wastewater was carried out. Bioferric-SMBR showed potential superiority, which could enhance removal efficiency, reduce membrane fouling and improve sludge characteristic. When volumetric loading rate was 25% higher than that of common SMBR, the removal efficiencies of Bioferric-SMBR on COD, dye, and NH₄ ⁺-N were 1.0%, 9.5%, and 5.2% higher than that of common SMBR, respectively. The trans-membrane pressure of Bioferric-SMBR was only 36% of that in common SMBR while its membrane flux was 25% higher than that of common SMBR. The stable running period in Bioferric-SMBR was 2.5 times of that in common SMBR when there was no surplus sludge discharged. The mixed liquor suspended solids concentration of Bioferric-SMBR was higher than that of common SMBR with more diversified kinds of microorganisms such as protozoans and metazoans. The mean particle diameter and specific oxygen uptake rate of Bioferric-SMBR were 3.10 and 1.23 times the common SMBR, respectively. Translated from Environmental Science, 2005, 26(6): 65–70 [译自: 环境科学]