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。     

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.     

厌氧处理乙酸丁酯废水的实验研究

乙酸丁酯废水是一种重要的化工原料,每生产一顿乙酸丁酯可产生140kg废水,本实验利用3L上流式厌氧污泥床UASB反应器在中温条件下处理高浓度乙酸丁酯废水。当UASB反应器稳定运行时,进水CODcr=10000mg／L时,容积负荷可达到13kgCOD／（m^3d）,水力停留时间24h,COD去除率可以达到80％以上,出水COD小于2000mg／L。通过本试验取得的良好试验效果,为处理乙酸丁酯废水找出了可行的途径。     

高浓度中温厌氧膜生物反应器处理城市污水厂污泥的厌氧消化效果

利用厌氧消化技术处理城市污泥等有机废弃物,可以生成以甲烷为主要成分的沼气,同时实现废弃物减量化。传统的污泥厌氧消化技术存在水力停留时间长,处理水质差,反应器对环境变动敏感,运行不稳定等缺陷。使用有效体积15 L的实验室规模厌氧膜生物反应器（AnMBR）对初沉污泥与剩余污泥混合的城市污水厂污泥进行高浓度厌氧消化处理。AnMBR通过膜过滤方式将悬浮固体（SS）截留在反应器内,增强了反应器运行的稳定性并促进有机物的分解。AnMBR反应器在中温35℃,HRT为15 d,有机负荷为4.66 g-COD/（L·d）的条件下进行了为期155 d的长期运行实验。实验过程中,反应器运行稳定,没有出现氨氮抑制和挥发性脂肪酸的积累。沼气收率为0.48 L/g-VS,甲烷平均含量为63.32%。膜过滤水中COD浓度为0.77 g/L,COD去除率高达98%以上。通过物质衡算,基质总COD的54.38%转化为甲烷,仅有0.6%残留在膜过滤水中。在保持反应器污泥浓度25 g/L的高浓度条件下,实现了工作模式为4 min抽吸,1 min休息,平均膜通量9.6 L/（m2·h）的连续稳定运行。通过膜阻力抵抗值的计算,污染膜总阻力为11.87×1012/m,其中附着在膜表面的泥饼层和导致膜孔闭塞的有机层为膜污染形成的主要因素。通过长期连续实验的产甲烷情况及膜过滤效果,验证了AnMBR在有机废弃物减量化和能源回收应用上的可行性。     

膜生物反应器处理高浓度含酚废水研究

将膜生物反应器(MBR)用于高浓度含酚废水的处理中,探讨了进水中苯酚浓度、水力停留时间和污泥浓度对膜生物反应器处理含酚废水效果的影响。实验结果表明:经过42d驯化后,可以在高浓度含酚废水中正常运行,MBR系统对COD和氨氮的去除率分别可达98%和80.6%。当苯酚浓度为134mg/L时,处理的最佳水力停留时间为3h,最佳污泥浓度(MLSS)为7367mg/L。     

UASB反应器处理CMC废水的启动特性研究

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,以高浓度羧甲基纤维素(CMC)废水为处理对象,研究了中温条件下UASB反应器的启动、颗粒污泥特性和废水处理效果.结果表明,采用接种颗粒污泥与消化污泥的混合泥进行培养,并逐步提高进水CMC废水浓度,运行80 d后,可实现UASB反应器的启动;当进水COD值达到4 000 mg/L,容积负荷6.86 kg/(m3.d),COD去除率在80%以上;反应器内污泥实现颗粒化,且颗粒污泥的比产甲烷活性良好.     

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.     

分置式厌氧中空纤维膜生物反应器处理啤酒废水

试验采用分置式厌氧中空纤维膜生物反应器处理啤酒废水,主要研究反应器在不同运行工况条件下对COD、总氮等的去除效果及系统产气特性。试验过程中反应器COD容积负荷为2~7.5 kg/(m3·d)、水力停留时间为16~40h。试验结果表明:废水COD浓度为4 000 mg/L,水力停留时间为24 h,COD平均去除率为97.46%,TN平均去除率为58.64%,沼气产率为0.138 m3/kg。     

规模化猪场原水氨氮对厌氧微生物活性的影响

通过厌氧毒性测定试验,研究模拟废水及猪场原水氨氮对厌氧微生物活性的影响。结果表明,模拟废水氨氮对厌氧颗粒污泥产甲烷活性的影响具有多重性,当氨氮浓度低于400mg/L时,表现为促进产甲烷作用。当氨氮浓度为800mg/L时,开始表现为抑制产甲烷作用,并且随着氨氮浓度的升高,抑制作用增强。猪场原水在进水浓度下均表现为抑制作用。模拟废水50%抑制浓度为1900.1mg/L,猪场原水50%抑制浓度为1725.9mg/L;在相同的抑制程度下,模拟废水氨氮浓度均高于猪场原水,平均相差594.1mg/L。     

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。     

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.      

Anoxic gas recirculation system for fouling control in anoxic membrane reactor

Anoxic gas recirculation system was applied to control the membrane fouling in pilot-scale 4-stage anoxic membrane bioreactor(MBR). In the anaerobic-anoxic-anoxic-aerobic flow scheme,hydrophilic polytetrafluoroethylene(PTFE) membrane(0.2 μm, 7.2 m2/module) was submerged in the second anoxic zone. During 8 months operation, the average flux of the membrane was 21.3L/(m2·hr). Chemical cleaning of the membrane was conducted only once with sodium hydroxide and sodium hypochlorite. Dissolved oxygen(DO) concentration in the second anoxic zone was maintained with an average of 0.19 ± 0.05 mg/L. Gas chromatography analysis showed that the headspace gas in the second anoxic reactor was mainly consisted of N2(93.0% ± 2.5%), O2(3.8% ± 0.6%), and CO2(3.0% ± 0.5%), where the saturation DO concentration in liquid phase was 1.57 mg/L. Atmospheric O2 content(20.5% ± 0.8%) was significantly reduced in the anoxic gas. The average pH in the reactor was 7.2 ± 0.4. As a result, the recirculation of the anoxic gas was successfully applied to control the membrane fouling in the anoxic MBR.     

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.     

2种BDPs固相反硝化的脱氮效果对比

利用批量和连续流填充床试验对比了2种BDPs(可生物降解聚合物)——PBS(聚丁二酸丁二醇酯)和PCL(聚ε-己内酯)的反硝化效果. 批量试验结果表明,在脱氮稳定阶段,B1(PCL)和B2(PBS)对TN的平均去除率和反硝化速率分别为97.4%、67.0%和7.5、1.8 mg/(L·h),B2均明显优于B1. 连续流试验中,在进水ρ(NO₃--N)为16.8～18.8 mg/L、HRT(水力停留时间)为4.0 h的条件下,L1(PCL填充床)的反硝化速率大于L2(PBS填充床). 但是随着HRT的减小,L1呈现出比L2更快的反硝化速率. L2和L1分别在HRT为2.0和1.5 h时获得最大反硝化速率,分别为7.7和9.3 mg/(L·h). ESEM(环境扫描电子显微镜)观察结果表明,生物膜剥离后,PCL和PBS颗粒表面均出现大量的坑洞,并且PCL颗粒表面坑洞的密集程度远大于PBS. 三维荧光光谱(3D-EEM)分析结果表明,L2和L1出水中的溶解性有机物主要为类色氨酸这类简单的蛋白质和SMP(溶解性微生物代谢产物),并且L1水中SMP的荧光峰强度明显高于L2.