一体式膜生物反应器中膜污染影响因素的研究

膜污染是一体式膜生物反应器(SMBR)工艺中普遍存在的问题,是SMBR稳定运行和膜寿命的关键影响因素.影响膜污染的因素包括以下几个方面:膜的特性(膜材质、膜孔径的大小及表面粗糙度等);膜组件的类型与结构;SMBR的运行条件(膜通量、抽吸泵抽停时间、曝气量与曝气方式、出水方式与水力停留时间等);污泥特性(污泥浓度、微生物的溶解性产物和胞外聚合物以及污泥龄等).改善膜和污泥的特性、优化SMBR的结构及运行操作参数能够减缓膜污染.     

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.     

不同污泥龄下MBR内SMP对膜污染的影响

采用3套膜生物反应器(MBR)研究不同污泥龄下溶解性微生物产物(SMP)对膜污染的影响。结果表明,随着污泥龄的延长,上清液中SMP的质量浓度逐渐降低,SMP中多糖和蛋白质含量与总SMP的变化趋势相同,也逐渐降低。高分子组分及疏水性有机组分占总SMP比例逐渐升高。而膜污染层中SMP的变化与上清液中SMP存在差异性。通过对上清液及膜污染层中SMP与膜污染速率进行相关性分析,结果表明上清液中SMP含量及性质与膜污染速率相关性不显著,而膜污染层中SMP质量浓度、多糖、高分子组分以及疏水性酸性组分对膜污染有显著影响。     

膜-生物反应器中荧光物质对膜污染的影响

采用三维荧光(EEM)技术对膜-生物反应器(MBR)运行过程中进出水、膜面溶解性污染物、溶解性微生物(SMP)和胞外聚合物(EPS)进行分析,并对各运行条件下荧光强度与膜污染速率进行比较.结果表明:各工况膜污染顺序为工况1(0.55 kPa/d)<工况3(1.37 kPa/d)<工况2(1.71 kPa/d)<工况4(3.69 kPa/d),SMP中的类蛋白质和类富里酸,以及EPS中的类蛋白质和类腐殖酸,均与各工况膜污染速率呈一致的变化趋势,而膜面溶解性污染物中的类蛋白质荧光峰则与膜污染速率没有明显的关系,说明在膜表面积累的荧光物质可能与其他有机物共同作用影响了膜污染速率.      

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.     

泥水预分离MBR膜污染缓减效能研究

通过长期运行实验,进行了泥水预分离膜生物反应器（sludge/water pre-separation membrane bioreactor, S/W-MBR）与传统淹没式膜生物反应器（submerged membrane bioreactor, SMBR）对比研究,考察了污泥浓度、胞外聚合物含量（extracellular polymeric substances, EPS）及过膜阻力（trans-membrane pressure, TMP）随运行时间的变化规律及其对膜污染的缓减作用.结果表明,S/W-MBR与SMBR生物区的污泥浓度基本一致,而S/W-MBR膜区的污泥浓度较SMBR有显著降低.两者生物区的EPS含量均随运行时间的延长而增加,而S/W-MBR膜区的单位质量污泥的EPS含量始终保持在15 mg/g左右的较低水平.S/W-MBR比SMBR具有更好的缓减膜污染能力,在近90d的连续运行过程中,前者的膜组件仅需清洗2次,后者的膜组件清洗了5次.     

膜-生物反应器处理高盐废水膜面污染物特性研究

研究MBR在低有机负荷条件下处理高盐废水的膜面污染物特征.结果表明,稳定运行121 d后,MBR对有机物和NH+4-N去除率稳定,出水效果良好;污泥性质发生较大变化,挥发性固体含量(VSS)/固体含量(SS)的下降,污泥体积指数(SVI)下降,表明污泥中无机成分含量增加,絮体更为紧密,沉降性能变好;污泥溶解性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)成分发生较大变化,蛋白质所占比例降低,腐殖酸所占比例增加;扫描电子显微镜-X射线能谱仪(SEM-EDX)结果表明膜面存在无机污染物,其主要组成元素为Na、Al、Mg、Ca、K、Fe、Ti、Cr、W、Si和Cl;凝胶过滤色谱(GFC)分析表明,SMP中的大分子有机物被膜截留并累积是形成膜污染的原因之一;傅立叶红外(FTIR)光谱和三维荧光光谱(EEM)分析表明,膜面有机污染物的主要成分为糖类、蛋白质和腐殖酸;膜污染物组分质量分析说明在处理高盐废水时无机膜污染不可忽略.     

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.     

膜-生物反应器污泥缺氧反硝化过程中SMP的形成

在不同C/N比下,研究了膜-生物反应器在缺氧状态下溶解性微生物产物(SMP)的形成规律.结果表明,不同C/N比的反硝化过程,随着底物的降解,SMP都呈现不同程度的累积,且高C/N比下的合成量(9~10mgCOD/gVSS)高于低C/N比下的合成量(3~4mgCOD/gVSS).从SMP的组分来看,不同C/N比下糖类的代谢规律相似,蛋白质则随着C/N比的升高其含量占SMP总量的比例增加,成为膜污染潜在的主要贡献者.随着反硝化过程的进行,体系中亚硝酸盐的累积对SMP的形成没有影响.     

SMBR法处理印染废水的膜污染减缓方法研究

针对SMBR法处理印染废水膜污染进行研究,从减缓膜污染的角度出发,通过实验得到了针对实验系统的膜污染的几个影响因素,确定了系统的临界压力和临界通量,并证明在临界压力和通量下膜污染明显减缓;膜组件倾斜于30°放置,压力增长缓慢;系统在临界压力0.015 MPa左右进行空曝气时,膜通量恢复了43%。     

贫营养条件下膜生物反应器污泥混合液可滤性分析

采用膜生物反应器(MBR)运行16d,未向反应器内活性污泥投加营养物质,对溶解性微生物代谢产物(SMP)、污泥颗粒粒径分布(PSD)、胞外聚合物(EPS)、SMP相对分子量分布(MWDs)进行了定期监测.修正的污染指数(MFI)用来考察与SMP和EPS相关的污泥混合液可滤性.结果表明,MFI值由1.8′104迅速增加到7.3′104s/L2,说明长时间的内源代谢过程对MBR内污泥混合液可滤性有负面的影响.污泥混合液上清液中SMP相对分子量>10kDa的大分子有机物和污泥絮体中1~10μm细小颗粒的增加,将严重恶化污泥混合液的可滤性.     

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.     

Evaluation of factors influencing soluble microbial product in submerged MBR through hybrid ASM model

In this study, a mathematical model was established to predict the formation of the soluble microbial product (SMP) in a submerged membrane bioreactor. The developed model was calibrated under the reference condition. Simulation results were in good agreement with the measured results under the reference condition. The calibrated model was then used in the scenario studies to evaluate the effect of three chosen operating parameters: hydraulic retention time (HRT), dissolved oxygen concentration, and sludge retention time (SRT). Simulation results revealed that the SMP dominated the soluble organic substances in the supernatant. The scenario studies also revealed that the HRT can be decreased to 1 h without deteriorating the effluent quality; dissolved oxygen concentration in the reactor can be kept at 2–3 mg/L to maintain the effluent quality, reduce the content of SMP, and minimize operating costs; the optimal SRT can be controlled to 10–15 d to achieve complete nitrification process, less membrane fouling potential, and acceptable organic removal efficiency.     

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]     

活性污泥性质对短期膜污染影响的解析研究

采用统计分析方法研究了16种不同性质活性污泥混合液对膜生物反应器膜污染的影响机理.结果表明,胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)、溶解性有机物(soluble microbial products,SMP)、上清液胶体颗粒(suspended solids insupernatant,SS_s)、污泥混合液粘度(μ)、相对疏水性(relative hydrophobicity,RH)、Zeta电位(Zeta potential)均对膜生物反应器膜渗透性能有显著的影响作用,其与膜污染阻力的皮尔逊相关系数r_p分别为:0.898、0.712、0.810、0.691、0.837、-0.881;同时发现,胞外聚合物是影响活性污泥中溶解性有机物含量(r_p=0.682)、污泥粘度大小(r_p=0.633)、上清液胶体颗粒含量(r_p=0.783)、Zeta电位(r_p=-0.953)及相对疏水性大小(r_p=0.877)的主要因素;在活性污泥性质中胞外聚合物是影响膜污染的根本原因,是膜生物反应器膜污染的重要影响因素.     

温度对膜生物反应器运行特性及膜污染的影响

温度对膜生物反应器（MBR）污染物去除效果和膜污染速率都有很大的影响。采用两套相同的MBR蓑置在冬季运行,其中一套维持20℃的恒温,另一套水温与周围环境相同。对两套装置处理效果及膜污染速率进行对比,并通过反应器中溶解性微生物产物（SMF）、胞外聚合物（EPS）含量、污泥粒径分布扣膜面污染物的比较,分析温度对MBR运行的影响。研究结果表明膜对污染物的截留能有效补偿低温时微生物作用的不足,因此低温对出水水质并没有显著的影响。此外,低温时虽然SMP和EPS的释放增加,但并没有引起膜污来的加剧。相反地,低温时污泥粒径较高温时小,而粒径较大的颗粒更易沉积于膜表面,因此低温时膜面固体物质含量较低,膜污染速率反而比高温时低。