MBR的临界膜通量及其影响研究

采用通量阶梯式递增法测定了MBR的临界膜通量,研究了膜面气液两相流流速对临界膜通量影响,并考察次临界膜通量下MBR处理垃圾渗滤液的运行特性。试验结果表明,膜面气液两相流流速对临界膜通量影响较大,膜面气液两相流流速由0.9 m/s增至1.8 m/s,临界膜通量由12～14 L/(m2·h)增加至16～18 L/(m2·h),两者呈显著正相关关系,相关系数为0.997。次临界膜通量下运行时,膜污染包括不可逆污染和可逆污染2个阶段：不可逆污染阶段以凝胶层污染为主,占总量的72%,而可逆污染阶段以滤饼层形成的阻力为主,占总阻力的68.5%。     

膜生物反应器次临界通量运行的膜污染特性研究

膜生物反应器（MBR）是将膜分离与生物反应相结合的污水处理新工艺,近年来已引起广泛的关注,但不可避免的膜污染限制其更广泛的应用。临界通量在膜污染控制中是个非常重要的概念。本试验研究平板膜生物反应器在次临界通量运行下的膜污染状况,并结合膜污染模型进一步表征膜表面的污染特性。试验结果表明。该平板膜生物反应器在次临界通量运行的情况下,膜污染可分为膜污染缓慢发展阶段（第Ⅰ阶段）和膜污染迅速发展阶段（第Ⅱ阶段）,可分别用膜孔堵塞模型和泥饼阻力模型表征膜阻力与时间的变化关系。同时,对运行后的膜阻力分布进行分析,表明泥饼阻力和孔道吸附堵塞阻力是膜污染的主要组成部分,分别占到总阻力的73％和24％,而膜本身阻力仅占3％。     

平板膜生物反应器中临界通量问题研究

通过小试试验,探讨了平板膜生物反应器中临界通量问题。在试验中发现,平板膜生物反应器运行过程中,存在临界通量值,本试验中污泥质量浓度为10 g/L,临界通量值为4.86×10-6m/s;在该通量值以下运行时,膜污染速度比较缓慢,在该通量值以上运行时,膜污染比较迅速。通过对膜运行过程阻力的分析发现,随着通量的提高,内部污染阻力增加速度大于膜泥饼污染阻力增加速度。膜片在恒流下运行一段时间后,压力会突然上升,其主要原因是由于膜面泥饼的聚集。     

曝气对MBBR联合管式膜MBR处理生活污水的影响及膜污染分析

采用移动床生物膜反应器(MBBR)联合管式膜构建气提式管式膜MBR体系用以处理生活污水,考察了曝气对污水处理效果、膜内气液流态及膜过程的影响,探讨了污泥特性的变化及其对膜污染过程的影响机制。结果表明,气提式管式膜MBR体系下膜出水DO浓度高于混合液,且随着曝气量由50 L·h⁻¹提高至150 L·h⁻¹,管式膜内气含率由0.33增至0.60并呈“活塞流”流态,操作周期由6~7 d延长至17 d,膜污染速率由1.54 kPa·h⁻¹降至0.21 kPa·h⁻¹,临界通量显著增大;同时,MBBR混合液中EPS总量呈减小趋势,但MBBR内悬浮污泥粒径变小,且膜表面EPS中PN/PS比例显著高于MBBR混合液。膜表面污染阻力构成分析表明,气提式管式膜MBR体系下容易发生膜孔堵塞,膜污染以不可逆污染阻力为主。     

曝气强度对膜污染的影响

混合液浓度的高低及其粒度分布特性是影响膜生物反应器膜污染的重要因素。在一定污泥浓度下,主要考察了曝气强度对污泥絮体粒度分布的影响,以及不同粒度下的膜污染特性。试验结果表明,曝气强度提高,可以起到减缓污泥颗粒在膜表面的沉积作用,但高的错流流速产生的剪切效应使得污泥颗粒变得琐碎,导致细小胶体粒子和溶解性部分增多,增加了膜孔吸附和堵塞的机会,加剧了膜污染的进程。膜污染速率在曝气强度提高初期阶段迅速降低,接着又随曝气强度增加而缓慢升高,在污泥质量浓度为8 g/L的试验条件下,对应的最适曝气强度为84 m3/(m2.h)。     

新型膜-生物反应器在不同通量下的膜污染特性研究

选择适当的膜通量是膜-生物反应器控制膜污染的有效手段之一.本文根据膜通量与临界通量的关系选取了5个不同的膜通量,考察在这些通量条件下新型膜-生物反应器膜污染发展特性的变化.试验结果表明,膜通量的变化会影响膜污染的发展特性.当膜通量小于临界通量区时,膜污染发展具有"2阶段"趋势,并且膜通量越小"第1阶段"和"第2阶段"的膜污染发展速率对比越显著.当膜通量在临界通量区通量内时,首先出现短暂的膜污染快速增长期,随后膜污染发展仍呈现"2阶段"现象.当膜通量大于临界通量区通量时,膜操作压力(TMP)从开始运行即迅速上涨直至试验结束.     

次临界操作下的膜污染机理研究

临界通量在膜污染控制的水动力学条件优化中是一个非常有意义的概念。本研究用一种新型的中空纤维膜组件过滤活性污泥混合液，采用通量阶式递增法对临界通量进行测定，实验表明，气水二相流是一个提高临界通量非常有效的方法，而且临界通量随着曝气强度的增大而增大，根据测定结果，可以得出膜生物反应器(MBR)的3个水动力学操作区：超临界区、临界区和次临界区。次临界操作可以防止颗粒物质在膜面上沉积引起的可逆污染，在次临界操作下，膜污染分为两个阶段，第一阶段为不可逆污染发展阶段，跨膜压力(TMP)发展缓慢；第一阶段膜的不可逆污染导致膜丝点通量不断的重分配，一旦出现膜丝上某一点的通量大于临界通量时，颗粒物质就以此点为突破口，不断沉积到膜丝表面，发生可逆污染，膜污染进入第二阶段，TMP急剧增加。     

次临界操作下的膜污染机理研究

临界通量在膜污染控制的水动力学条件优化中是一个非常有意义的概念。本研究用一种新型的中空纤维膜组件过滤活性污泥混合液 ,采用通量阶式递增法对临界通量进行测定 ,实验表明 ,气水二相流是一个提高临界通量非常有效的方法 ,而且临界通量随着曝气强度的增大而增大 ,根据测定结果 ,可以得出膜生物反应器 (MBR)的 3个水动力学操作区 :超临界区、临界区和次临界区。次临界操作可以防止颗粒物质在膜面上沉积引起的可逆污染 ,在次临界操作下 ,膜污染分为两个阶段 ,第一阶段为不可逆污染发展阶段 ,跨膜压力 (TMP)发展缓慢 ;第一阶段膜的不可逆污染导致膜丝点通量不断的重分配 ,一旦出现膜丝上某一点的通量大于临界通量时 ,颗粒物质就以此点为突破口 ,不断沉积到膜丝表面 ,发生可逆污染 ,膜污染进入第二阶段 ,TMP急剧增加。     

外置管式MBR处理垃圾焚烧渗沥液中的膜污染

采用外置管式膜生物反应器进一步处理垃圾焚烧渗沥液生化出水,研究水洗和化学洗后污染膜的清洗效果。采用扫描电镜、傅里叶红外光谱对膜表面污染物进行分析;采用变性梯度凝胶电泳技术分析了膜表面泥饼层中细菌群落结构。实验结果表明,采用低压力(0.03 MPa)、高流速(2.84 m/s)的清水洗能使膜通量恢复到45%;化学清洗采用pH=2的盐酸酸洗较好。两者清洗方法结合能使膜通量恢复至初始通量的88%。膜表面污染物主要由无机垢体和蛋白质多糖类物质构成,膜表面泥饼层中的细菌主要含有芽孢杆菌、腐螺旋菌、红杆菌等。     

SPG膜微气泡曝气生物膜反应器运行性能——空气通量的影响

空气通量是影响SPG膜微气泡曝气生物膜反应器运行性能的重要参数。在不同空气通量条件下,考察了微气泡产生特性及氧传质特性,以及SPG膜微气泡曝气生物膜反应器运行性能。结果表明,当空气通量由31.85 L/（min·m2）降低至12.74 L/（min·m2）时,产生的微气泡平均直径由62.9 μm减小到32.6 μm,氧传质系数由0.31 min-1降低至0.19 min-1,但氧传质效率由67.7%提高至90.3%。生物膜反应器DO浓度随空气通量的降低而下降,导致生物膜好氧代谢活性下降,进而COD和氨氮去除效率降低;同时,在较低DO浓度下,可实现同步硝化反硝化过程去除TN。随着空气通量的降低,生物膜反应器氧利用率增加,空气通量为12.74 L/（min·m2）时,可接近100%;同时,曝气能耗降低,在相同条件下能耗低于传统大气泡曝气。     

曝气冲刷对膜生物反应器膜污染的控制机理研究进展

膜污染是膜生物反应器(MBR)进一步推广应用的瓶颈问题。曝气冲刷是一种操作简单、无二次污染的MBR膜污染控制技术,但在缓解膜污染的同时也显著增加了系统的运行能耗。优化曝气能耗需深入理解膜污染控制的流体力学机理和生物化学机理。重点综述了曝气冲刷通过剪切力去除膜表面污垢的作用机理,以及曝气冲刷影响污泥混合液的作用机理。在综述的基础上展望了未来研究的发展方向。     

复合式膜生物反应器膜污染机理研究

通过在膜生物反应器中添加填料,在保持良好出水水质的前提下可有效降低悬浮污泥浓度,从而减轻膜表面的污泥沉积,减轻膜污染。在处理生活污水的试验中,膜表面泥饼层阻力在总阻力中的比例下降到10％,而膜孔吸附阻力中由溶解性有机物所造成的阻力占到83．3％,这表明由于膜表面的污泥沉积降低,膜组件对溶解性有机物的吸附增加,因而应当选择合适的污泥浓度以得到最佳的综合效果。     

好氧MBR处理垃圾渗滤液中膜面优势污染物及污染阻力

将好氧MBR处理垃圾渗滤液装置中的污泥混合液进行合理分离,通过死端过滤实验和膜污染阻力测定实验,以确定MBR中造成膜污染的优势污染物和优势污染阻力。实验结果表明,上清液中的胶体物质和大分子粘性有机物是造成膜污染的优势污染物;膜污染阻力主要由凝胶极化阻力和外部污染阻力构成,二者之和占总污染阻力的95%以上。     

新型膜-生物反应器在不同通量下的膜污染特性研究

选择适当的膜通量是膜．生物反应器控制膜污染的有效手段之一。本文根据膜通量与临界通量的关系选取了5个不同的膜通量，考察在这些通量条件下新型膜．生物反应器膜污染发展特性的变化。试验结果表明，膜通量的变化会影响膜污染的发展特性。当膜通量小于临界通量区时，膜污染发展具有“2阶段”趋势，并且膜通量越小“第1阶段”和“第2阶段”的膜污染发展速率对比越显著。当膜通量在临界通量区通量内时，首先出现短暂的膜污染快速增长期，随后膜污染发展仍呈现“2阶段”现象。当膜通量大于临界通量区通量时，膜操作压力(TMP)从开始运行即迅速上涨直至试验结束。     

不同氨氮浓度对混凝-超滤组合工艺水质处理效果及膜通量的影响

我国地表水源污染物中氨氮是普遍存在的,且难以处理,实验选择混凝-超滤组合工艺,腐殖酸为NOM的代表物,通过考察污染物中氨氮不同含量水平的变化,考察氨氮含量对出水水质、通量下降和污染类型这3个方面的影响。结果表明,在给定实验条件下,氨氮含量由0.1 mg/L增大至0.5 mg/L时,加快了污染物在膜表面的沉积,最终导致出水有机物含量降低。PVDF和PVC膜的TOC去除率分别提高17.31%和23.21%,UV254去除率分别提高2.78%和11.72%,膜组件通量分别下降了3.51%和10.17%。考察膜污染类型,发现氨氮促进了标准孔堵塞和滤饼层形成,同时削弱完全孔堵塞和中间孔堵塞。     

膜曝气生物反应器对受污染地表水的处理效果

以聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜为膜曝气生物反应器（MABR）的膜载体,探讨了MABR对模拟地表水的处理效果及其主要控制条件。采用序批式处理方式,重点考察了不同曝气强度（0.5、1和1.5 L·min-1）、不同压力（0.01、0.015和0.02 MPa）以及不同膜面积（0.3、0.5和0.6 m2）等受试条件下,MABR对TOC、总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮等主要污染物的处理效果。结果表明：在受试范围内相同膜面积下压力越大,氨氮、总氮处理效果越好。不同压力对TOC的去除率影响不大,TOC去除率均在85%左右。压力对硝态氮含量影响效果显著,0.01 MPa下同时硝化反硝化作用最好。曝气强度为1 L·min-1 MABR处理效果优于0.5和1.5 L·min-1曝气强度,而膜面气流流速为6.7 cm·s-1时MABR处理效果最佳。     

膜生物反应器中新型无纺布膜过滤特性及膜污染特征

通过无纺布和聚偏氟乙烯平板膜组件在相同操作条件下的对比实验,研究无纺布膜的过滤特性。结果表明,2种膜的膜生物反应器COD、氨氮平均去除率均＞90%。过膜压力变化表明在长期运行条件下,无纺布可适于作为膜生物反应器的过滤介质,其过滤机理为膜表面滤饼层形成动态膜,从而增强了膜截留能力。膜污染研究表明,无纺布膜阻力主要来自滤饼层（占总阻力的83.6%）,经清洗后膜通量可恢复至94%。扫描电镜显示膜表面滤饼层较厚,结合膜阻力分析结果认为,该滤饼层对膜污染和可逆性影响较大。对膜表面和膜孔中胞外聚合物（EPS）的红外分析证实,其中含有蛋白质和多糖物质,而且组分分析表明蛋白质是膜污染物EPS中的主要组分,在膜孔中的含量比滤饼层中还高。     

叠式空气隙膜蒸馏组件膜污染实验研究

采用一种具有旋流结构的多层层叠式空气隙膜蒸馏膜组件,以20 g/L氯化钠盐水为热工质,考察在70℃条件下膜污染情况,实验结果表明,一个周期的连续运行和间歇性操作膜表面在高温下较快进入膜污染,8个周期后膜通量下降为初始通量的42%。膜表面有大量黄色附着物,电镜SEM分析显示,膜表面被不均匀堆积的颗粒状污染物及长方体结晶物覆盖,能谱EDS分析,污染物有极少量NaCl结晶的Na、Cl元素,还有O、C、Mg、Cu和Fe等元素。污染膜经5%盐酸溶液清洗后无机垢沉淀被去除,表观效果较好。     

填料添加方式对MBR运行稳定性及膜污染特征的影响

为提高MBR的去除性能并延缓膜污染,采用复合型悬浮生物膜强化膜生物反应器(hybrid suspended biofilm enhanced membrane bioreactor, HSBE-MBR)处理生物制药废水,考察了填料添加方式对HSBE-MBR中典型污染物的去除特征、运行稳定性及膜污染特征的影响,并分析了膜污染机理。结果表明：缺氧区和好氧区添加填料时(工况1),TCOD、${{\rm{NH}}_4^ + }$-N和TN平均去除率分别为91.61%、97.08%和79.40%;缺氧区、好氧区及膜区添加填料时(工况2),TCOD、${{\rm{NH}}_4^ + }$-N和TN平均去除率分别为91.09%、97.24%和83.66%。在上述2种工况下,HSBE-MBR对TCOD、${{\rm{NH}}_4^ +} $-N和TN均具有良好的去除性能,且运行稳定性良好,工况2中TN去除率提高了4.26%。在工况1下,膜运行时间为0.02~8.17 d;在工况2下,膜运行时间为0.26~138 d。2种工况下的膜污染机理均以滤饼层污染为主,滤饼层阻力占比分别为94.7%和90.1%;膜区添加填料能够减缓膜表面滤饼层的形成,使滤饼层阻力降低8.07%;同时,混合液中溶解性微生物代谢产物(soluble microbial products, SMP)、松散结合EPS (loosely bound-EPS, LB-EPS)和紧密结合EPS (tightly bound-EPS, TB-EPS)浓度分别由(63.70±12.95)、(13.97±2.03)和(153.82±12.64) mg·g⁻¹(工况1)降低为(31.77±3.17)、(9.11±0.40)和(78.12±18.92) mg·g⁻¹(工况2)。粒度分布测定结果表明,膜区添加填料后,污泥平均粒径从31.35 μm(工况1)增大至34.71 μm(工况2)。根据污染物去除特征及膜污染特征,确定最优添加方式为在缺氧区、好氧区和膜区添加填料。上述研究结果可为提高MBR运行稳定性并改善膜污染提供参考。