生物铁法-SMBR性能的研究

为提高膜生物反应器的处理效果和减轻膜污染,将生物铁法与一体式膜生物反应器相结合,提出了生物铁法-SMBR.利用生物铁法-SMBR处理模拟印染废水并与普通SMBR进行平行对比试验.结果表明,生物铁法-SMBR在提高处理效果、减轻膜污染、改善污泥性能方面具有明显优势.在容积负荷比普通SMBR平均高25%的情况下,生物铁法-SMBR对COD、染料和NH₃-N的去除效率分别高1.0%、9.5%和5.2%.在膜通量均值比普通SMBR提高25%的情况下,压差只有后者的36%.在不排泥的条件下,生物铁法-SMBR稳定运行天数是后者的2.5倍.生物铁法-SMBR污泥絮体疏松多孔、呈团粒状、颗粒大,平均粒径是后者的3.10倍,系统中存在大量原、后生动物,污泥比耗氧速率SOUR是后者的1.23倍.     

MBR与SMBR脱氮除磷特性及膜污染控制

为提高污水深度处理效能和工艺运行的稳定性,研究以序批式膜生物反应器(SMBR)与传统膜生物反应器(MBR)为对象,对比研究其脱氮除磷特性、缺氧时间对工艺效率的影响及膜污染控制策略,同时应用分子生物学技术对两种工艺中微生物群落结构和组成进行分析.结果表明,间歇曝气能强化系统脱氮,使SMBR工艺去除总氮效果优于MBR,而在氨氮、总磷、COD、浊度去除方面两者无明显差异,去除率分别为94%、78%、80%、97%.延长SMBR工艺缺氧时间对COD、氨氮去除无显著影响,降低了总氮、总磷的去除率,总氮去除率由61%下降到46%,总磷由74%下降到52%.采用间歇曝气和投加一定浓度的粉末活性炭(PAC)均有利于减缓膜污染.微生物群落分析发现,两种工艺中微生物群落结构和组成无显著差异,硝化螺菌属(Nitrospira)和脱氯单胞菌属(Dechloromonas)为系统中的高丰度功能菌群,为工艺高效运行提供了生物学基础.     

SMBR系统活性污泥性质对膜污染特征的影响

采用浸没式膜生物反应器(Submerged membrane bioreactor,SMBR),在曝气量300 L·h-1、膜通量15 L·m-2·h-1、抽吸/间歇时间为8 min/2 min的工况下,在缺氧区采用不同搅拌强度运行,研究了活性污泥特性及其对滤饼层特征的影响.试验结果表明,搅拌强度对系统主要水质指标的去除没有明显的影响.但随着搅拌强度的突然增加,会导致活性污泥上清液胶体态物质升高,胞外聚合物由(28.94±9.61)mg·g-1(以VSS计,下同)增加到(52.57±7.98)mg·g-1,膜污染速率增加2.13倍;滤饼层污染引起的跨膜压差(Trans-membrane pressure,TMP)占到总TMP的93.64%以上.     

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.     

纳米零价铁强化微生物电催化-厌氧膜生物组合反应器抗膜污染能力及其调控机制

膜污染是厌氧膜生物反应器（anaerobic membrane bioreactor,AnMBR）产业化应用面临的最大挑战.本研究构建新型微生物电催化（bio-electrochemical systems,BES）-AnMBR组合反应器,以探究纳米零价铁（nano-zero-valent iron,nZVI）投加对BES-AnMBR组合系统膜污染削减和甲烷产生等性能的影响.结果表明,BES-AnMBR组合系统运行稳定,COD去除率一直维持在95%左右.nZVI投加量（以VS计）为0.1 g ·g^-1时,运行性能最佳,跨膜压差（transmembrane pressure,TMP）较对照组降低28.1%,膜通量亦有轻微增加;甲烷产量为81.3 mL ·g^-1（以COD_removed计）,较对照组提高了12.1%.胞外聚合物（extracellular polymeric substance,EPS）变化和膜阻过滤分析表明,nZVI可以加强EPS分解,促进膜表面无机和有机富铁结垢层形成,改善膜污染分布特征,从而显著缓解膜污染.本研究将丰富传统AnMBR的基础理论,为污泥处理与资源化利用提供了新视角.     

生物铁膜生物反应器（SMBR）处理生活污水的试验研究

试验研究了在SMBR中投加不同量氢氧化铁对出水水质以及膜污染的影响。结果表明,生物铁SMBR中随氢氧化铁投加量的增加,CODrr,NH3-N去除率略有提高;当氢氧化铁投加量为混合液中污泥浓度的0～5％时,TP去除率逐渐提高,在7％时急剧下降。试验条件下氢氧化铁最佳投加量为混合液污泥浓度的5％．此时半透膜压增长最慢,膜污染程度最轻。在3％～5％的投加量下生物铁具有良好的絮状结构,有效地降低了膜表面滤饼层阻力,并且缓解了膜孔堵塞的影响,然而当投加量增大到7％时,生物铁结构变得密实,削弱了生物铁对溶解性有机物和磷的吸附,加剧了膜污染．     

Effect of sludge retention time on sludge characteristics and membrane fouling of membrane bioreactor

Three identical membrane bioreactors (MBRs) were operated over 2 years at different sludge retention time (SRT) of 10 d, 40 d and no sludge withdrawal (NS), to elucidate and quantify the effect of SRT on the sludge characteristics and membrane fouling. The hydraulic retention times of these MBRs were controlled at 12 h. With increasing SRT, the sludge concentrations in the MBRs increased, whereas the ratio of volatile suspended solid to the total solid decreased, and the size of sludge granule diminished in the meantime. A higher sludge concentration at long SRT could maintain a better organic removal efficiency, and a longer SRT was propitious to the growth of nitrifiers. The performance of these MBRs for the removal of COD and NH₄⁺-N did not change much with different SRTs. However, the bioactivity decreased as SRT increase. The measurement of specific oxygen uptake rates (SOUR) and fluorescence in situ hybridization (FISH) with rRNA-targeted oligonucleotide probes testified that SOUR and the proportion of the bacteria-specific probe EUB338 in all DAPI-stainable bacteria decreased with increasing SRT. The concentrations of total organic carbon, protein, polysaccharides and soluble extracellular polymeric substance (EPS) in the mixed liquor supernatant also decreased with increasing SRT. The membrane fouling rate was higher at shorter SRT, and the highest fouling rate appeared at a SRT of 10 d. Both the sludge cake layer and gel layer had contribution to the fouling resistance, but the relative contribution of the gel layer decreased as SRT increase.     

气水交替膜生物反应器同步脱氮除碳效能研究

通过长期运行实验,对比研究了气水交替膜生物反应器(gas-water alternative membrane bioreactor,AMBR)和传统淹没式膜生物反应器(submerged membrane bioreactor,SMBR)对模拟生活污水的处理效果.结果表明,两反应器对COD和NH4+-N的去除效果较为类似,去除率均高于96%;SMBR对污染物的去除作用以混合液中的活性污泥为主,而AMBR混合液中的活性污泥量很少,污染物的去除主要依靠附着于中空纤维膜表面微生物的作用.但AMBR比SMBR具有明显的反硝化脱氮优势,AMBR对TN的去除率为76.94%,远高于SMBR的52.41%.此外,通过两反应器长期运行过膜阻力变化规律的研究发现,AMBR比SMBR具有更好的抗膜污染能力.     

Effect of components in activated sludge liquor on membrane fouling in a submerged membrane bioreactor

Introduction The membrane bioreactors (MBRs) have shown many advantages over conventional activated sludge processes, which apply membrane modules instead of the secondary settle tank to make a better separation of the solids and liquid and have been grea…     

无机膜-生物反应器处理生活污水试验研究

用无机膜－生物反应器进行处理生活污水试验,结果表明,当ＨＲＴ为５ｈ,膜通量为７５－１５０Ｌ／（ｍ＾２．ｈ）膜面流速为４ｍ／ｓ,ＳＲＴ为５,１５,３０ｄ时,分别经过１０,１６,１４ｄ,运行,生物反应器ＭＬＳＳ达到稳定值３．１,１０．７,１７．３ｇ／Ｌ,对ＣＯＤ,ＮＨ３－Ｎ和浊度的去除率分别为超过９６％,９５％,９８％,对ＳＳ和Ｅ．ｃｏｌｉ的去除率则达１００％;试验出水水质优于建设部生活杂用水水质标准     

倒置A2/O-MBR组合工艺处理生活污水效能及膜污染特性

将自制高强度PVA亲水化改性复合膜应用于倒置A2/O-MBR工艺中,处理模拟生活污水,考察了系统对COD、氨氮、总氮、总磷及浊度的去除效果以及膜性能的变化.结果表明,在不同回流比条件下,COD、氨氮、总磷等去除率变化不大,分别大于90%、95%、80%;回流比对总氮的去除效果有一定的影响,回流比为100%时去除率较低,当回流比从100%增加到300%时,去除率相应增大,在膜的高效截留作用下,膜出水浊度始终小于0.05NTU,控制膜通量为(12±0.5)L·(m2·h)-1,连续运行52 d,未对膜进行任何清洗,膜污染平均速率为13.22 Pa·h-1,膜污染进程缓慢.经FTIR分析,多糖和蛋白质是膜有机污染物的主要成分,多为亲水性物质.膜与污染物之间的微观作用力的测定表明LB为膜主要污染物,与FTIR分析一致.     

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.     

正常污泥和膨胀污泥中EPS膜污染特性及其与膜表面作用能分析

胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)是导致膜污染的重要物质,且不同形态污泥的EPS具有不同的性质,研究正常污泥和膨胀污泥的EPS膜污染特性具有重要意义.因此,实验考察了正常污泥和膨胀污泥的膜污染速率.结果表明,膨胀污泥膜污染速率远高于正常污泥,膨胀污泥EPS(Bulking sludge-EPS,BS-EPS)浓度((172.9±10.4) mg·g-1)明显高于正常污泥EPS(Normal sludge-EPS,NS-EPS)浓度((95.9±6 6) mg·g-1),且膨胀污泥的蛋白质/多糖(Protein/Carbohydrate,P/C)值(2.26)高于正常污泥的P/C值(1 97)此外,通过序批式吸附实验研究了正常污泥和膨胀污泥的EPS膜污染差异,并基于Derjaguine-Landaue-Verweye-Overbeek (XDLVO)理论计算了EPS与PVDF膜表面之间的作用能结果表明,EPS-膜系统的总界面能为负值,即EPS-膜系统之间会发生自吸附行为,而膜与BS-EPS的总界面能(-63.943mJ.m2)较膜与NS-EPS(-56.366 mJ·m2)具有较高的能量,因此,BS-EPS与膜的吸附力较强;NS-EPS和BS-EPS主要能量壁垒分别为8.89 kT和7.51 kT,表明NS-EPS与膜之间的排斥力更强,因而BS-EPS更容易造成膜污染     

缺氧MBR-MMR处理海水养殖废水性能及膜污染特性

采用普通小球藻(C.vulgaris)作为实验藻种,搭建缺氧MBR-微藻膜反应器(缺氧MBR-MMR)耦合系统处理海水养殖废水,前置缺氧MBR用于有机物、NO~-_3-N和NO~-_2-N的降解,释放的NH~+_4-N进入MMR用于微藻生长而得到去除,考察协同处理效能和微藻采收情况,探究膜污染行为.反应系统共运行91 d,对NO~-_3-N和NH~+_4-N的去除率分别达到90.0%和88.0%以上,对PO~(3-)_4-P和TOC的平均去除率分别为49.4%和84.7%.普通小球藻在进行连续采收的情况下,能以平均浓度为9×10~7个·mL~(-1)的生物量稳定运行,实现了较好的去除效能和资源化利用.通过红外光谱和三维荧光光谱分析,MMR内造成膜污染的主要物质是色氨酸类蛋白质和腐殖酸类物质,与缺氧MBR内膜组件相比污染较轻.     

溶解性微生物产物对浸没式膜生物反应器运行的影响

对溶解性微生物产物(SMP)的累积行为及其对浸没式膜生物反应器(SMBR)操作运行的影响进行了研究.在90 d的实验过程中,对总有机碳(TOC)、相对分子质量分布(MWDs)、比耗氧速率(SOUR)进行定期监测,采用死端过滤实验来检测SMP对膜污染的影响.结果表明,在SMBR上清液中SMP出现明显累积;随着实验运行,SMP中相对分子质量大于10000的浓度增加显著;与相对分子质量小于1 000的SMP相比,此部分SMP对污泥活性和膜污染影响较大,对SMBR的出水水质影响较小.     

UASB-SMBR工艺处理某油田含油废水的可行性研究

通过考察某油田含油废水中COD、石油类污染物、悬浮物、氨氮以及挥发酚等污染物的浓度变化,评估了UASB-SMBR组合工艺处理油田含油废水的可行性以及聚四氟乙烯膜的抗油污性能.实验结果表明该工艺对含油废水中COD、石油类污染物、悬浮物、氨氮以及挥发酚等各类污染物质的平均去除率均在96%以上,工艺出水水质满足国家污水综合排放标准.膜污染的加重使得膜透水率逐渐降低,但在化学清洗之后透水率恢复到95%以上.     

光催化/活性炭/纳滤组合工艺处理二级出水及对膜污染的控制

污水的资源化与回用可作为城市和各类建筑的非传统水源,必须满足相关水质标准,其中有机物一直是广泛关注的重要指标.本文采用华北某市大型污水厂的二级出水,研究了二氧化钛光催化氧化(UV-TiO_2)和颗粒活性炭(GAC)技术对溶解性有机物的去除特性以及对纳滤(NF)的膜污染控制特性,构建了UV-TiO_2/GAC/NF组合工艺,评价了组合工艺的有机物去除效能和膜污染控制作用,解析了影响NF膜污染程度的有机物种类和相对分子质量分布特征.结果表明,UV-TiO_2和GAC技术均可不同程度地缓解NF膜的不可逆污染、降低膜通量衰减速率; UV-TiO_2/GAC联用的不可逆膜污染程度比单独UV-TiO_2或GAC技术分别降低了48. 7%或61. 4%.类蛋白质和类腐殖质等有机污染物是不可逆膜污染的主要组分;相对分子质量为小于3×10~3和30×10~3～100×10~3的有机物是造成纳滤膜通量下降的主要因素. UV-TiO_2/GAC/NF组合工艺的COD、DOC和UV_(254)去除率为45. 7%、74. 5%和89. 2%,出水中COD、DOC和UV_(254)等有机物指标均得到有效去除.研究成果为城市和各类建筑非传统水源的深度净化与多途径回用提供了技术支持.     

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.     

Shifts in microbial community structure and diversity in a MBR combined with worm reactors treating synthetic wastewater

The chemical oxygen demand (COD) and NH₃-N removal, membrane fouling, sludge characteristics and microbial community structure in a membrane bioreactor (MBR) coupled with worm reactors (SSBWR) were evaluated for 210 days. The obtained results were compared to those from a conventional MBR (C-MBR) operated in parallel. The results indicated that the combined MBR (S-MBR) achieved higher COD and NH₃-N removal efficiency, slower increase in membrane fouling, better sludge settleability and higher activities of the related enzymes in the activated sludge. Denaturing gradient gel electrophoresis was used to analyze the microbial community structures in the C-MBR and the S-MBR. The microbial community structure in the S-MBR was more diverse than that in the C-MBR. Additionally, the slow-growing microbes such as Saprospiraceae, Actinomyces, Frankia, Clostridium, Comamonas, Pseudomonas, Dechloromonas and Flavobacterium were enriched in the S-MBR, further accounting for the sludge reduction, membrane fouling alleviation and wastewater treatment.     

分置式厌氧陶瓷膜生物反应器处理模拟生活污水试验研究

为强化厌氧系统的处理效能,延缓厌氧膜生物反应器膜污染速率,采用分置式厌氧陶瓷膜生物反应器处理模拟生活污水.结果表明:厌氧反应器UASB经过60 d的启动,可实现对模拟生活污水的良好处理,COD去除率超过90%;耦合膜组件运行后,膜出水COD在22.58 mg·L~(-1)左右,COD总去除率平均为95.53%,甲烷日均产量为352 mL·d~(-1),产率最高达到0.11 m~3·kg~(-1);跨膜压差(TMP)达到26.81 kPa时膜污染严重,周期为14 d,反冲洗能够去除膜表面的泥饼层,有效地延长膜污染周期;对混合液及滤饼层中的多糖和蛋白质浓度进行了分析,结果表明,蛋白质是引起膜污染的主要物质.