一体式膜-生物反应器降低能耗的中试试验

基于气升式内循环反应器原理,对一体式膜-生物反应器结构进行了优化设计,构建了处理量为15.6m³/d的中试装置.通过水动力学特性的考察,得到中试装置的经济曝气强度为96m³/(m²·h);通过经济曝气强度条件下的临界通量试验,得到污泥浓度小于13g/L时的膜临界通量区域为30～35L/(m²·h).由此确定了中试装置连续运行的操作参数,实现了次临界通量[30L/(m²·h)]条件下处理城市污水的稳定运行.能耗分析显示,该中试反应器的气水比为21:1,有效单位产水能耗为0.42kW·h/m³.     

内循环动态膜生物反应器处理生活污水

利用筛绢为基材构建内循环动态膜生物反应器处理生活污水.在水力停留时间为6h,膜通量为66.2L/(m²·h)条件下,反应器内的生物动态膜需要120min可以形成.动态膜形成后,反应器对COD、氨氮、总氮(TN)和总磷(TP)的平均去除率分别为94.0%、97.6%、49.2%和83.7%.采用逆出水水流方向曝气进行在线反冲洗,在反冲洗时间为5min,反冲洗曝气强度为3.2m³/(m²·h)的条件下,生物动态膜的再生需要30min即可完成.反应器稳定运行60d,反冲洗周期能够稳定在50h以上.扫描电镜(SEM)观察表明,反冲洗能够有效破坏附着在膜基材上的生物动态膜.     

一体式膜-生物反应器的水动力学特性

以研究一体式膜 -生物反应器的水动力学特性为目的 ,通过试验测定了反应器中膜间液体错流流速的分布和大小 ,建立了描述错流流速的计算模型 ,并考察了曝气量和反应器结构对错流流速的影响 .曝气量为 40 m³/h时 ,膜组件中部的错流流速为0.36～ 0.4³m/s,比膜组件 2边的流速约大 6.2%～ 21%.错流流速实测值与模型计算值吻合良好 .曝气量为 20～50 m³/h时 ,错流流速随曝气量的升高而增大 ,当曝气量大于 50 m³/h后错流流速逐渐趋向平稳 ;反应器高度越高 ,上升流通道越窄、下降流道和底部流道越宽 ,在同样曝气量条件下 ,可获得越大的错流流速 .     

反应器分区提高生物接触氧化硝化性能的研究

为克服普通生物接触氧化反应器中因硝化菌与有机物降解菌的竞争劣势而影响硝化活性的问题,将反应器简单分隔,通过微生物生态调控,以提高硝化性能.结果表明,在BOD、TN负荷分别为1.0、0.19kg/(m³·d)的中等负荷条件下,反应器分区后硝化率提高33%.反应器两区分别形成以降解有机物和硝化为主的功能区.分区式接触氧化反应器后区段的硝化速率是单区式反应器的2.8～4.5倍,亚硝酸菌密度提高1个数量级.分区式反应器在0.26kg/(m³·d)的高TN负荷条件下运行时,由于硝化细菌活性降低导致硝化率降低,而在0.08kg/(m³·d)的低负荷条件下运行时,后区段过低的氨氮浓度限制了硝化能力的发挥,因此分区式反应器宜在中等负荷下运行.     

硫酸盐还原菌颗粒污泥形成条件研究

在生物反应器中培养出高活性的生物相是使其稳定、高效运行的关键．在上流式厌氧污泥床反应器中,对硫酸盐还原菌颗粒污泥形成过程及形成条件进行了研究,结果表明,在中温（35 ±1 ℃） 条件下,当进水SO^2-₄ 小于1600mg/L、COD/SO^2-₄大于3 时,控制反应器污泥负荷大于0.3kgsO^2-₄/kg Vss·d 、水力负荷为0.2m³/m²·h 有利于颗粒污泥的形成和生长．     

新型生物流化反应器氧转移的特性

气体的转移是废水处理过程中的重要环节,基于气体转移的“双膜理论”,采用在反应器中清水曝气的方法,对新型生物流化反应器进行了氧转移特性的研究.结果表明,在实验范围内,随着曝气量的增大,氧传质系数呈直线上升;投加载体后,随着载体量的增加,氧传质系数降低.在新型生物流化反应器不同运行方式下,随着A_d /A_r(降流区与升流区面积比)变大,反应器中氧传递效果变差.新型生物流化反应器氧利用率可以达到10%,充氧动力效率可以达到5.5kgO₂/(kWh).并且在载体浓度较高和空塔气速较大时,新型生物流化反应器氧利用率和充氧动力效率没有明显降低.     

曝气条件对等温层曝气器水力性能的影响

等温层曝气器内表观水流速度直接影响等温层曝气的充氧效果,针对表观水流速度难以准确计算的普遍问题,系统分析了曝气室内气水两相流运动所受的驱动能量与损失能量,提出了尾涡和顶部能量损失的无量纲表达式,建立了曝气室内水流的一维水动力学模型,以及基于MATLAB真域算法的模型求解方法.采用美国Prince湖等温层曝气器的实际运行数据,对该模型进行了验证,表观水流速度的预测误差在±8％以内,明显低于现有预测误差±20%.当曝气孔直径为2.6mm、曝气量从0.018m3/h增加到0.063m3/h时,曝气室内表观水流速度随曝气量的增加而增加;当曝气量固定,曝气孔直径从2.6mm减小至0.26mm时,表观水流速度随曝气孔直径的减小而增加,而当曝气孔直径进一步减小至0.026mm时,表观水流速度基本不受影响.计算了不同条件下的驱动能量和各项损失能量,揭示了引起表观水流速度变化的内因.建立的水动力学模型可用于指导等温层曝气器的设计和优化.     

两段曝气生物滤池的同步硝化反硝化特性

采用两段曝气生物滤池进行了实际生活污水的试验研究,控制 A 段水力负荷在 22.01m³/(m²d),气水比为 6:1,研究了 B 段气水比分别为 3:1、2:1 和 1:1 时,反应器的运行情况.结果表明,两段曝气生物滤池处理生活污水的出水稳定,当 B 段反应器的气水比为 2:1 时,去除效果最佳.B段具有明显的同步硝化反硝化特征,当气水比较低时主要进行短程的同步硝化反硝化.对B段反应器0.9m高度处的生物膜进行了静态试验,结果表明,生物膜的比硝化速率为 1.458mg NH₃-N/(gMLSS·h);当 DO 和 pH 值等影响因子适宜的情况下,有机碳源的存在不影响硝化作用的进行;反硝化过程中,对亚硝酸进行反硝化的速率比对硝酸盐进行反硝化的速率高 1.15 倍,缩短了反硝化所需时间.     

应用EGSB反应器处理五氯苯酚废水

对EGSB反应器处理五氯苯酚(PCP)废水的运行条件以及PCP的降解途径作了研究.结果表明,在进水PCP浓度为95mg/L,COD浓度为5000mg/L时,出水回流比为90,水力停留时间(HRT)为16h的条件下,出水PCP和COD浓度达到排放要求(PCP<0.1mg/L,COD<100mg/L),反应器PCP容积负荷142.5g/(m³·d),有机容积负荷为COD7.5kg/(m³·d).PCP在EGSB反应器中主要脱氯产物是2,3,4,5-TeCP,2,3,5-TCP以及2,3,4,6-TeCP,表明PCP主要通过邻位脱氯产生2,3,4,5-TeCP,再脱氯产生2,3,5-TCP,部分PCP首先间位脱氯产生2,3,4,6-TeCP.     

溶解氧对分段进水生物脱氮工艺的影响

采用分段进水生物脱氮工艺处理生活污水.设置0.9,0.6,0.4,0.3m³/h4组曝气量,相应的好氧区溶解氧(DO)浓度约为2.8,1.7,0.8,0.5mg/L左右.结果表明,在好氧区DO为0.5mg/L左右的低氧条件下,通过对系统进行适当的控制,可以取得较好的硝化效果,氨氮去除率可达98%以上.同时,由于低曝气量下混合液从好氧区到缺氧区携带的DO量减少,并且在好氧区发生了同步硝化反硝化作用,使得TN去除效果明显优于高曝气量的情况.另外,由于工艺结构的特点,分段进水生物脱氮系统可长期在低氧条件下运行,且污泥沉降性能良好.     

机械清洗膜组件对膜通量影响的初步研究

试验设计了强化机械清洗膜组件M1和机械清洗膜组件M2,通过正交试验考察了污泥浓度、曝气量、运行膜通量和抽吸时间:间歇时间对2组膜组件的膜过滤特性的影响.结果表明,M1膜组件可以弱化不利条件如高污泥浓度(MLSS)、高运行膜通量和低曝气强度的影响;曝气量和运行膜通量是影响膜比通量的主要因素;并得到一组较佳的操作条件组合:污泥浓度6g/L、曝气量0.5m³/h、抽吸时间和间歇时间的比为12:1.在此条件下长期运行试验表明,M1和M2膜通量均可以维持在40L/(h·m²).通过测定2组膜组件的阻力分布,表明机械清洗可以大大减弱膜面泥饼层污染.     

预涂膜工艺应用于超滤膜系统

为提高超滤膜系统对污水处理厂二级出水中有机物和TN的去除效果,并降低超滤膜污染速率,改善超滤膜性能,分析了沸石粉、硅藻土2种预涂膜工艺在超滤膜系统中的应用效果. 结果表明:沸石粉/超滤工艺对超滤膜系统的膜通量恢复良好,反冲洗后能恢复到原来的膜通量;而硅藻土/超滤工艺中膜通量较初期下降0.01 L/(m2·h),对照组下降0.04 L/(m2·h). 沸石粉/超滤工艺对污水处理厂二级出水中COD_Cr、UV₂₅₄和TN的去除率分别为17.5%、13.5%和11.7%,相比对照组均有较大程度提高. 通过电镜扫描分析发现,沸石粉能够在超滤膜表面有效形成一层保护膜,降低有机物在膜表面的沉积,保障膜系统的高效率及长期稳定运行. 通过比较各实际运行工况效果并进行筛选,确定沸石粉为预涂膜工艺的最佳材料.      

浸入式超滤膜工艺稳定运行影响因素研究

以确定浸入式超滤膜工艺稳定运行工况为目标,进行了混凝.浸入式超滤膜工艺处理滦河原水的中试研究.采用横跨膜压差(TMP)做为表征膜稳定运行的工艺参数,考察了膜通量、制水周期、原水水质条件的改变对膜工艺的影响.结果表明,采用浸入式膜处理滦河水时,膜通量为53.3 L/(m2·h)且制水周期为30 min时膜工艺运行稳定,能较好控制膜污染;水温变化对膜工艺运行影响较大,低温期单个过滤周期TMP比高藻期增加了76%;EFM和化学清洗结合是一种有效地控制膜污染、强化稳定运行的措施.     

膜污染成因及控制对策研究新进展

膜生物反应器是污水处理领域里一项新型、高效处理工艺,近几年在工程中得到了广泛应用。但膜污染的防治和膜的使用寿命却成为限制膜生物反应器广泛应用的关键因素,文章系统论述了膜生物反应器在处理污水过程中膜污染的成因、影响因素及防治措施,总结了近年来关于膜污染的研究进展。     

电控膜生物反应器技术回顾与展望

电控膜生物反应器(Electrical membrane bioreactor,eMBR)在膜生物反应器中引入电极反应、电场效应,将膜分离技术、微生物降解以及电化学水处理技术有机结合,提升出水水质、减缓膜污染、强化产生物气,对构建"碳中和"型污水处理技术模式具有重要科学意义和应用价值.近年来,膜材料科学和反应器设计不断发展,推动eMBR技术进步,在强化污染物去除、电化学控制膜污染和微生物电化学响应原理方面取得重要进展;对eMBR的研究出现新态势:注重导电膜/膜电极材料研制与应用、回收污水中资源与能源、短流程-无药剂的反应器构造和工艺设计.本文总结回顾了国内外相关研究,分析了eMBR的基本特征和优势功能,重点关注膜污染电控原理以及微生物的电场响应机制,并展望了eMBR的发展趋势,以期推动电驱动膜分离技术的研究与应用.     

膜生物反应器中膜污染机理和控制研究新进展

膜生物反应器(MBR)相比于传统活性污泥法具有出水水质好、设备占地面积小、剩余污泥产率低和便于自动控制等诸多优点,在污水处理和回用方面极具发展前景。然而膜污染是制约MBR广泛应用的最大障碍。文章着眼于总结MBR中膜污染机理和控制的研究新进展。介绍了MBR中膜污染的分类、污染机理和膜污染影响因素的研究概况,在此基础上,综述了MBR膜污染控制方法方面的进展,并对MBR中的膜污染机理和控制的研究发展方向做了展望。     

新型管式动态膜生物反应器及处理垃圾渗滤液的研究

研究了1种新型玻璃纤维管式动态膜生物反应器（DMBR）并考察其对垃圾渗滤液的处理效果.研究表明,动态膜生物反应器运行稳定,DMBR在重力自流出水下运行近80 d,在过滤压差为2?900 Pa的情况下,膜通量维持在3.75　L/(m²·h)左右,在膜组件的结构参数改进之后,膜通量有较大提高,在过滤压差为1 450 Pa下能较长时间稳定在6 L/(m²·h).本研究还考察了动态膜的过滤性能和系统处理效果,系统出水浊度在1.0　NTU以下,对COD、BOD₅和NH⁺₄-N的平均去除效率分别超过71%、96%和98%,动态膜对混合液上清液COD有19.34%的截留作用.     

动态膜-生物反应器中新型预涂剂的抗污染特性研究

对动态膜技术中的预涂剂进行了拓展研究,通过聚乙烯醇(PVA)与戊二醛(GA)的乳化交联制备新型预涂剂——PVA微球,分析交联反应机理,并通过PVA微球对产生膜污染主要物质EPS的吸附实验分析其抗污染特性.结果表明,乳化交联过程中主要发生的是半缩醛反应,PVA胶团的羟基数量实质上没有大量减少,PVA微球仍然保持良好的亲水性能,而且其表面呈现的电负性能够对活性污泥絮体产生静电排斥作用, PVA微球对活性污泥中蛋白质和多糖的吸附率稳定且较低,分别为0 .543 mg·g^-1和0 .694 mg·g^-1,从微观上延缓了膜污染.预涂液中微球的粒径在1 .14 μm左右,其不同浓度的Zeta电位都小于-39 mV,具有良好的稳定性,能够快速稳定地沉积在多孔底膜的表面和孔道内壁上,试验中采用SEM分析了PVA微球及其在工业滤布内部纤维丝上形成动态膜的表观形貌.     

污水处理中有机膜的化学清洗技术研究

实验对已污染的聚丙烯腈中空纤维膜进行了化学清洗的研究 ,并通过测定各种清洗剂清洗后膜水通量的恢复 ,确定适宜的清洗剂、清洗时间、清洗液浓度和清洗温度 ,选择出合适的清洗剂组合 ,取得较好的清洗效果。     

纳滤膜过滤MBR出水的污染原因与清洗方法

为研究膜-生物反应器(MBR)出水对纳滤膜的污染原因及清洗方法,使用场发射扫描电镜、傅立叶变换红外光谱仪、原子力显微镜和接触角仪对经MBR出水污染的纳滤膜表面污染层进行了检测,结果表明,纳滤膜表面污染物包括有机物和无机物,所含元素包括磷、镁等,对经过不同清洗步骤的膜表面进行的检测表明,柠檬酸清洗可以去除镁和大部分磷,这些物质主要以无机形态存在于膜面污染物中;后续NaOH清洗可以进一步去除磷,这部分磷主要来自有机酸、有机磷或蛋白质等膜面污染物.污染使膜表面粗糙度由79.5 nm增大至111.2 nm,但接触角由55.6°变为62.1°,表明亲水性变化不大;酸洗后表面粗糙度显著减小至51.9 nm,接触角变为96.0°,表明有机污染物暴露出来,膜面呈现疏水性;再经碱洗后,膜面粗糙度与亲水性均接近于新膜.这些结果说明,先酸洗后碱洗的方法可以去除绝大部分的膜面污染物,进一步推知膜污染初期主要为有机污染,之后无机物的作用使污染进一步加重.