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.     

餐厨垃圾和剩余污泥厌氧混合发酵过程的动态膜强化特性研究

比较了厌氧动态膜生物反应器（DMBR）与完全混合式反应器（CSTR）在处理餐厨垃圾（FW）和剩余污泥（WAS）时的发酵产气过程,验证了高负荷餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵时DMBR系统运行的稳定性,考察了动态膜（DM）基材孔径（300目、200目和100目）对DMBR运行性能及其固液分离效果的影响.结果表明：一体式DMBR能够强化餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵的高负荷稳定运行,DMBR过膜滤液中平均总挥发性脂肪酸（TVFA）为86.1 mg·L^-1,低于CSTR排泥中TVFA的浓度（527.3 mg·L^-1）.当动态膜基材孔径为300目时,DMBR过膜滤液中总有机物（TCOD）为（1.6±1.1）g·L^-1,相应的固液分离效果优于200目（（3.2±1.9）g·L^-1）和100目（（32.0±1.3）g·L^-1）动态膜基材,即当动态膜基材孔径为100目时,DMBR过膜滤液中TCOD比300目动态膜基材高6.7倍.与200目动态膜基材孔径相比,300目动态膜基材相应的跨膜压差增长缓慢,反洗频率和运行能耗均较低,而100目动态膜基材孔径过大,固液分离效果较低.因此,在高负荷餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统中,选用300目动态膜基材形成的动态膜过滤效果最优.此外,本文还对比分析了有机废物和废水处理领域中较优的动态膜基材孔径及DMBR的应用情况,为拓展DMBR在有机物处理领域的应用提供依据.     

微絮凝对腐殖酸超滤过程膜污染的减缓特性

以硫酸铝[Al_2(SO_4)_3·18H_2O]为絮凝剂,腐殖酸(humic acid,HA)和高岭土(Kaolin)水溶液为原水,研究微絮凝过程产生的不同絮体形态,对自制聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜过滤过程的影响.主要考察了微絮凝过程中絮体的特性(粒径大小及分布,分形维数)以及不同条件下形成的絮体形态对膜通量的影响,利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对污染膜的表面形貌进行表征,并测定了PVDF膜与有机污染物之间黏附力大小,来解析不同絮体形态对超滤膜的膜污染影响机制.结果表明,Al~(3+)以电性中和作用水解去除有机物,随着絮凝剂投加量的增加,絮体粒径不断增大,絮体的分形维数减小.膜通量衰减速率与絮体的粒径呈负相关,絮体粒径越大,膜通量衰减速率越小,超滤过程中形成的滤饼层越疏松,同时,较小分形维数的絮体引起的膜污染较轻,其膜通量恢复率也较高.PVDF-有机污染物之间的相互作用力大小与运行初期相应污染膜通量衰减速率呈正相关.当Al~(3+)投加量为5 mg·L~(-1),初始pH=7时,HA去除率为96.7%,膜通量衰减最小,通量恢复率达到88%.     

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.     

悬浮填料对厌氧氨氧化MBR运行的影响特性及机理

向厌氧氨氧化（anammox）膜生物反应器（MBR）投加悬浮填料,考察其对反应器脱氮性能和膜污染的影响特性,并探究了相关机理.试验结果表明,投加填料后,反应器脱氮性能良好.当进水氨氮（NH₄⁺-N）160mg/L、亚硝态氮（NO₂^--N）180mg/L时,出水NH₄⁺-N和NO₂^--N均在15mg/L以下,硝态氮（NO₃^--N）在30mg/L以下,总氮去除率可达90%.投加填料显著减轻了膜污染,跨膜压差（TMP）稳定在8kPa左右.混合液中溶解性微生物产物（SMP）和胞外聚合物（EPS）成分分析结果表明,在第67~149d,蛋白质总量、多糖总量和总有机碳总量分别下降了49%、43%和61%,它们浓度的下降有利于延缓膜污染;此外,悬浮填料对膜组件的机械碰撞也起到了物理清洗作用.高通量测序结果显示,悬浮填料生物膜在anammox菌相对丰度方面显著高于混合液污泥,说明anammox菌更适宜于附着生长,投加填料可以为其提供更加稳定的生长环境.     

超高效螺旋式厌氧生物反应器流态研究

在冷态模拟条件下,采用脉冲刺激响应技术,运用轴向扩散模型和多釜全混流反应器串联模型研究了超高效螺旋式厌氧反应器的流态.结果表明:低负荷下超高效螺旋式厌氧反应器的流态趋于平推流(分散数D/uL0.2,串联级数N→∞);超高负荷下流态趋于全混流(D/uL≥0.2,N→1).反应器内总死区平均值为27.99%,其中,生物死区平均值为6.98%,水力死区平均值为21.01%.水力死区(Vh)与容积水力负荷(L)和容积产气速率(G)之间满足关系式:Vh=0.7603L+0.1627G-4.0620,容积产气速率对水力死区的影响大于容积水力负荷.超高效螺旋式厌氧反应器流态的适宜范围相当于等容多釜串联级数N≤3.01.最后提出了兼顾反应器传质效果和容积效能的控制措施.     

萃取膜生物反应器处理苯酚废水的试验研究

从经过驯化的活性污泥中筛选出苯酚降解菌.制备成菌悬液,对比活性污泥体系和菌悬液体系的萃取膜生物反应器(EMB)对苯酚废水的处理效果,考察了料液苯酚浓度、反应器温度等因素对膜萃取速率及生物降解效果的影响.结果表明,通过以苯酚为唯一碳源,逐渐提高苯酚浓度的方法对活性污泥进行驯化.当进水苯酚浓度为700 mg·L-1时,苯酚去除率达99%以上;适当提高反应器温度和料液初始浓度有利于提高膜萃取速率;当初始料液苯酚浓度为2000 mg·L-1时,膜萃取速率高于生物降解速率,生物相中产生苯酚积累;菌悬液体系EMB的生物膜厚度明显小于活性污泥体系,且水力反冲洗可有效控制生物膜厚度.对苯酚生物降解产物的GC-MS分析结果表明,苯酚的生物降解较彻底,基本无苯酚中间产物的残留.     

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.     

离子膜辅助电催化氧化法预处理焦化废水的研究

焦化废水是属有毒有害、难降解的有机废水,常规的生物处理工艺对其去除效果不甚理想,从而导致出水中难降解污染物含量较高,COD和NH3-N不能达标。论文针对焦化废水的水质特点,采用离子膜电解技术进行预处理。对焦化废水中主要污染物苯酚降解效果的几种因素进行了研究,得出了苯酚降解的最佳工艺条件并在此工艺参数下,对模拟焦化废水电解2.5h,苯酚、COD的去除率分别为84%,45%,氨氮去除率和回收率别为99.5%和96.5%,总能耗27kwh/m3,可以为后续生化处理大大减轻负担,采用该方法作为焦化废水的预处理手段比较经济合理。     

模拟酸雨条件下垃圾填埋的重金属地球化学迁移模型——以徐州为例

为研究酸雨沉降条件下垃圾中重金属迁移过程,以重金属浓度变化为基础,建立了生物反应器填埋场重金属浸出和淋出的地球化学迁移过程模型和地球化学迁移的数学预测模型。研究表明,重金属的浸出顺序为As、Ni、Cr、Co、Cd、Mn、Cu、Zn、Sn、Hg、Pb、Fe,淋出顺序为Mn、Co、Ni、Cr、Cu、Cd、As、Fe、Zn、Hg、Pb、Sn;对生活垃圾重金属浸出所建立的数学模型大多为指数函数、幂函数、二次函数,对模拟酸雨条件下的生物反应器填埋场重金属的淋出建立的数学模型大多为二次函数、幂函数,数学模型的相关系数在0.9以上,模型拟合效果较为理想;通过引进重金属元素释放系数建立了生物反应器填埋场重金属淋出累积总量的模型,修正后的模型的计算结果和实测值的误差在千分之一以内,可用于预测填埋场内重金属溶出总量。