一体式平片膜-生物反应器运行过程中膜性能的研究

介绍了一体式平片膜 生物反应器应用于发酵废水的研究。运用RIS阻力模型对间歇运行及在线海绵擦洗的效果进行了初步研究 ,指出一体式平片膜生物反应器的间歇运行模式有利于缓解泥饼层的形成 ,而从长期运行的角度 ,在线海绵擦洗对恢复膜通量和防止各种阻力因素的累积具有积极的实践意义     

在线超声对膜生物反应器膜污染的控制

构建在线超声-膜生物反应器(US-MBR),利用间歇超声辐照控制膜污染.结合跨膜压差的上升和污染膜表面微观形态的变化,在不同超声间隔时间条件下对 US-MBR 中膜污染过程进行了分析.结果表明,超声时间 2min 和膜通量 12.0L/(h⋅m2)时,在超声间隔时间分别为8,12,16h 的条件下,US-MBR 的运行周期比未施加超声的普通膜生物反应器(Control-MBR)分别延长17,13,5d 左右,在线超声有效抑制了由上清液有机物导致的凝胶层污染.膜表面污染层阻力分布显示,超声可降低凝胶层阻力.场发射扫描电镜-能谱分析仪分析表明,超声通过减少有机物附着而延长膜运行时间.2 套反应器出水水质基本没有差别,超声未造成出水水质的恶化.     

三维滤布自生动态膜-生物反应器运行特征

选用三维滤布和单滑面无纺布两种基材构建自生动态膜-生物反应器,考察两者对自生动态膜-生物反应器膜污染的影响。结果表明:出水水头2 cm,MLSS 8~10 g/L,曝气量0.2 m3/h条件下,两反应器对有机物和氨氮的平均去除率分别达到90%和96%,稳定运行一段时间后,膜通量分别降至31.0和29.6 L/(m2.h)。相对于单滑面无纺布,三维滤布膜阻力更小、污染程度更轻,稳定运行时间更长。     

次临界膜通量下膜污染研究

针对膜生物反应器运行中膜污染问题,利用"逐级通量法"测定了膜组件的临界通量,并考察了次临界通量下膜污染的运行特性.试验发现,膜污染发展分为缓慢发展阶段和快速发展两个阶段.采用清水冲洗加次氯酸钠和盐酸溶液浸泡的方法能有效减少膜过滤阻力,去除率达到94 %.同时,阻力构成分析表明泥饼和凝胶层是膜污染的主要组成部分,分别占到总阻力的57%和31%,而新膜清水阻力仅占3.86%.     

厌氧膜生物反应器污泥组分对膜污染的影响

对一体式厌氧膜生物反应器污泥进行离心分离,考察污泥各组分和膜污染的特性之间的关系.通过对已有理论模型进行变形,推导出阻力的数学模型方程式,并分析了膜通量、膜阻力的变化.同时对混合液悬浮固体进行了颗粒粒径分析,并与好氧膜生物反应器的污泥颗粒进行了对比分析.结果表明,污泥混合液悬浮固体形成阻力占膜总阻力的70%,胶体物质形成阻力占22%,溶解性物质形成阻力占8%.     

金属膜生物反应器处理生活污水膜污染的影响因素

采用浸没式平板金属膜生物反应器处理模拟生活污水,考察好氧与缺氧/好氧(anoxic/oxic, A/O) 2种运行模式下ρ(MLSS)和污泥粒径分布对膜过滤性能的影响及膜过滤阻力的组成. 结果表明,对于好氧膜生物反应器,存在一个能获得良好膜过滤性能的ρ(MLSS)范围; 好氧模式下膜过滤阻力主要为滤饼层阻力,且滤饼层能通过在线药洗或机械清洗较好地去除,系统在膜通量为0.80～1.00 　m3/(m2·d)下未进行离线药洗连续运行115 d. A/O模式下膜过滤阻力主要为内部阻力; A/O循环导致污泥破碎解体,产生大量微小粒子,在膜孔内形成吸附和堵塞,使膜过滤性能急剧下降,为维持系统运行,A/O阶段将膜通量从1.00 　m3/(m2·d)降至0.50 　m3/(m2·d),并进行了15次膜清洗.      

一体式膜生物反应器运行条件对反应器运行过程的影响

研究了一体式膜生物反应器(MBR)运行条件对反应器运行过程的影响。研究得出:在本试验条件下,中空纤维膜活性污泥反应器处理生活污水的最佳运行参数由大到小排列顺序为:水力停留时间(HRT)5h、抽吸时间12min,ρ(DO)3mg·L-1、停止时间6min;HRT对膜生物反应器的运行过程影响很大,主要反映了膜通量的大小。     

五孔支撑膜的次临界通量运行特征及膜污染阻力分析

以自制的五孔支撑中空纤维膜为研究对象,采用五孔和单孔膜的膜生物反应器处理模拟印染废水,在次临界通量的运行下考察膜污染特性。在水力停留时间为15 h,MLSS为4 g/L,曝气量为200 L/h的操作条件下,采用通量阶式递增法测得五孔膜和单孔膜的临界通量区域分别为18~21 L/(m2·h)和15~18 L/(m2·h);在10 L/(m2·h)的次临界通量下运行两组膜组件,五孔膜和单孔膜的稳定运行时间分别为13 d和9 d;通过对膜阻力的计算分析,发现五孔膜和单孔膜的总阻力值分别为57.04×1011m-1和68.45×1011m-1。膜阻力主要由浓差极化阻力和滤饼层阻力造成,且五孔膜的浓差极化阻力所占的比例大于单孔膜,而滤饼层阻力的比例小于单孔膜,因此五孔膜较单孔膜耐污染。     

平板膜-生物反应器中膜的优选

将膜特性与膜-生物反应器(MBR)运行状况相结合,进行3种膜的优选. 对3种膜进行膜表面形态、孔径、孔隙率及水通量、临界通量的测定,同时将其置于MBR中进行短期高通量连续恒流运行及长期低通量间歇恒流运行,考察2种运行模式下的跨膜压差(TMP)平均增长率(Δp). 结果表明:具有平整表面、最小孔径、高孔隙率、高水通量以及高临界通量的A膜在MBR长期运行中表现出最低的膜污染速率,因此确定A膜为3种膜中的最优膜;在优选具有工程适应性的膜时,应采用长期间歇恒流运行的方法.      

双模式微孔曝气对MBR膜污染的控制

为减轻膜生物反应器运行过程中的膜污染,研究了不同曝气模式对膜污染的影响。结果表明:单模式微孔曝气条件下,曝气孔径越大膜污染阻力越低;双模式(双管)微孔曝气条件下,孔径差值越大膜污染阻力越低,曝气管与膜组件间距越大膜污染越严重;双模式(三管)微孔曝气条件下,曝气管存在最佳位置。所用反应器的最佳曝气组合为1μm+10μm+1μm双模式(三管)曝气,膜污染阻力为0.834×10~(12)m~(-1)。     

Control of membrane fouling during hyperhaline municipal wastewater treatment using a pilot-scale anoxic/aerobic-membrane bioreactor system

Membrane fouling limits the effects of long-term stable operation of membrane bioreactor (MBR). Control of membrane fouling can extend the membrane life and reduce water treatment cost effectively. A pilot scale anoxic/aerobic-membrane bioreactor (A/O-MBR, 40 L/hr) was used to treat the hyperhaline municipal sewage from a processing zone of Tianjin, China. Impact factors including mixed liquid sludge suspension (MLSS), sludge viscosity (μup), microorganisms, extracellular polymeric substances (EPS), aeration intensity and suction/suspended time on membrane fouling and pollution control were studied. The relationships among various factors associated with membrane fouling were analyzed. Results showed that there was a positive correlation among MLSS, sludge viscosity and trans-membrane pressure (TMP). Considering water treatment efficiency and stable operation of the membrane module, MLSS of 5 g/L was suggested for the process. There was a same trend among EPS, sludge viscosity and TMP. Numbers and species of microorganisms affected membrane fouling. Either too high or too low aeration intensity was not conducive to membrane fouling control. Aeration intensity of 1.0 m³/hr (gas/water ratio of 25:1) is suggested for the process. A long suction time caused a rapid increase in membrane resistance. However, long suspended time cannot prevent the increase of membrane resistance effectively even though a suspended time was necessary for scale off particles from the membrane surface. The suction/suspended time of 12 min/3 min was selected for the process. The interaction of various environmental factors and operation conditions must be considered synthetically.     

Fouling distribution in forward osmosis membrane process

Fouling behavior along the length of membrane module was systematically investigated by performing simple modeling and lab-scale experiments of forward osmosis （FO） membrane process. The flux distribution model developed in this study showed a good agreement with experimental results, validating the robustness of the model. This model demonstrated, as expected, that the permeate flux decreased along the membrane channel due to decreasing osmotic pressure differential across the FO membrane. A series of fouling experiments were conducted under the draw and feed solutions at various recoveries simulated by the model. The simulated fouling experiments revealed that higher organic （alginate） fouling and thus more flux decline were observed at the last section of a membrane channel, as foulants in feed solution became more concentrated. Furthermore, the water flux in FO process declined more severely as the recovery increased due to more foulants transported to membrane surface with elevated solute concentrations at higher recovery, which created favorable solution environments for organic adsorption. The fouling reversibility also decreased at the last section of the membrane channel, suggesting that fouling distribution on FO membrane along the module should be carefully examined to improve overall cleaning efficiency. Lastly, it was found that such fouling distribution observed with co-current flow operation became less pronounced in counter- current flow operation of FO membrane process.     

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.     

不同原水中膜污染物质的表征与确定

本文采用有机物的组分分析、相对分子质量分布及三维荧光等分析手段,研究了青草沙水库和滆湖原水的膜过滤通量的表现,探讨了膜污染的机理.试验结果表明,中亲组分有机物造成的微滤膜和超滤膜的通量下降最为严重,而疏水性有机物对通量的影响甚微.滆湖水对微滤膜的通量下降较青草沙水库水严重,而青草沙水库水对超滤膜的通量下降较滆湖水严重.膜污染机理的分析表明,微滤膜污染主要由膜孔堵塞造成,而超滤膜的通量主要受大分子有机物形成的滤饼层的影响.三维荧光分析表明,蛋白质类的有机物是造成膜污染的主要物质.     

粉末活性炭预处理对超滤膜通量的影响

研究了粉末活性炭预处理对改善超滤膜过滤通量的效果.试验采用了4种具有不同亲疏水性的水样,着重探讨粉末活性炭对有机物的疏水性和亲水性组分的去除效果以及所带来的通量改善.试验结果表明,对于4种水样,超滤膜直接过滤原水时,通量下降严重.虽然粉末活性炭预处理能在一定程度上提高通量,但通量下降的趋势仍未改善.对有机物各组分的分析表明,直接过滤原水时,膜主要截留疏水性有机物;粉末炭吸附主要去除亲水性有机物,而超滤膜过滤粉末炭处理水时,主要截留疏水性有机物.由此,超滤膜的通量下降主要是由疏水性有机物引起的,亲水性组分对通量的影响较小.     

纳米二氧化硅改性聚酰胺复合膜及其抗污染性能

采用经3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APTMS）修饰的纳米二氧化硅（SiNPs）,对正渗透聚酰胺复合膜（TFC）进行抗污染改性.在静电吸附作用下,APTMS-SiNPs可通过表面涂覆的方式接枝在带负电的TFC表面,以提高膜的亲水性和抗污染效能.改性后,大量纳米材料成功接枝在膜表面,膜表面的接触角降低了54%,而膜电位和表面粗糙度无明显变化.采用海藻酸钠作为代表污染物,对原膜和改性膜的动态污染行为进行探究,通过监测污染阶段的通量变化和膜表面滤饼层含量,发现改性膜在膜污染后期表现出优良的抗污染性能,最终通量衰减降低了28%,膜表面滤饼层含量减少了35%.改性膜的抗污染性能主要归因于APTMS-SiNPs带来的膜表面亲水性的大幅提高.     

亲水聚合物改性微滤膜在膜生物反应器中的膜污染研究

采用经过聚合多巴胺和氨基聚乙二醇(mPEG-NH_2)表面改性的PVDF微滤膜,通过浸没在膜生物反应器(MBR)中验证改性微滤膜的抗污染性能.同时,采用多种分析手段对改性膜进行表征,包括膜表面微观形貌、润湿性、粗糙度和表面官能团等.实验同时考察了改性膜在MBR中运行的水通量衰减、污染膜的阻力分布,以及对膜面污染物的胞外多聚物组分的影响.结果发现,所采用的膜改性方法明显改善了膜表面的亲水性.短期过滤实验结果表明,多巴胺涂覆膜的稳定通量比原膜高47%,PEG改性膜则在水通量方面有进一步提高;在长期恒通量过滤阶段,多巴胺涂覆膜和PEG接枝膜的比膜通量分别比原膜高37%和88%.实验还发现,改性膜表面滤饼层中蛋白质和多糖含量均低于原膜.     

内置转盘式膜-生物反应器处理污水的工艺条件研究

对内置转盘式膜-生物反应器(SRMBR)处理污水工艺进行了研究.进水COD 160～368 mg/L时,出水COD在运行1d后降低到20 mg/L以下,去除率大于90%;转盘式膜组件的转速在0～25 r/min范围内,平衡膜通量随转速增大而快速增加,继续增大转速则平衡膜通量的增加变得不显著;在一定范围(0～1min)内延长停抽时间有助于缓解膜污染;SRMBR在较低的气水比(15∶1)下运行,也可达到较高的平衡膜通量.研究表明,SRMBR在最佳组合操作条件(转速为25r/min,抽/停为9min/1min,气水比为15∶1,抽吸压力为25kPa)下运行,其平衡膜通量高达53.75L/(m²·h).