复合式膜生物反应器的膜污染控制机理

采用常规膜生物反应器(CMBR)和复合式膜生物反应器(HMBR)处理城市生活污水,对HMBR的膜污染控制机理进行了研究。试验结果表明,HMBR能够有效去除胞外多聚物(EPS),反应器内溶解性EPS(S-EPS)、松散附着性EPS(LB-EPS)和紧密附着性EPS(TB-EPS)的含量比CMBR分别降低了42.8%、41.5%和2.1%。附着性EPS(B-EPS)特别是LB-EPS与活性污泥的物理性能密切相关,随着其含量的降低,HMBR中活性污泥的絮凝性能和沉淀性能比CMBR分别提高了24.4%和34.8%。由于滤饼层污泥主要来源于活性污泥,因此随着活性污泥絮凝性能和沉淀性能的提高,HMBR中的滤饼层比阻比CMBR降低了31.1%。作为结果,当跨膜压差(TMP)到达20 kPa时,HMBR运行了143 d,而CMBR仅运行了57 d。     

污泥龄对膜生物反应器性能的影响

研究了膜生物反应器污泥龄对胞外聚合物(EPS)含量、污泥特性、污泥颗粒粒径分布及膜过滤阻力的影响.结果表明,污泥龄(SRT)为30 d时混合液中胞外聚合物(EPS)和膜面上的EPS含量分别约为90 mg/g、0.8 g/m2,随污泥龄的延长二者同步增加,EPS在膜面上几乎没有积累;混合液EPS含量的增加改变了细菌表面电荷且增大了细菌表面亲水基和疏水基的比例,使细菌存在状态由不稳定型(R型)向稳定型(S型)转变.造成污泥的沉降困难;在长污泥龄运行中.混合液中污泥颗粒呈现双峰分布,泥龄30 d时在O.5 μm和16 μm处有2个峰且平均粒径约14μm,污泥龄延长双峰分布向颗粒小的方向移动;混合液中微细颗粒含量及粒径分布对膜污染起决定性作用.综合考虑膜污染和污泥特性,膜生物反应器的污泥龄应控制在优势菌最小世代时间(运行温度下的最大比增长速度)的120倍以下.     

MFC-MBR耦合系统中SMP与EPS特性的研究

将膜生物反应器与以剩余污泥为底物的微生物燃料电池结合建立了能够有效控制膜污染的MFC-MBR耦合系统,以传统MBR作为对照研究了MFC-MBR耦合系统内泥水混合液的溶解性微生物产物(SMP)与胞外聚合物(EPS)浓度、分子量分布及荧光特性的变化情况.结果表明与传统MBR相比耦合系统中SMP与TB-EPS浓度分别升高了8.5%与9.2%,而LB-EPS浓度则降低了47.9%,并且LB-EPS中芳香性蛋白质与腐植酸的浓度也显著降低.同时还考察了传统MBR与MFC-MBR耦合系统中膜污染情况,结果发现,在传统MBR中TMP达到30KPa所需时间为38d,而MFC-MBR耦合系统则为55d.说明MFC污泥回流能够有效减缓膜污染的发生.     

SRT对UCT-MBR反硝化除磷性能与膜污染行为的影响

采用脱氮除磷膜生物反应器(UCT-MBR)工艺处理冀南地区城市污水,考察了SRT对UCT-MBR工艺反硝化除磷性能与膜污染行为的影响.结果表明:较短(15d)与较长(40d)SRT均不利于反硝化聚磷菌(DPAOs)的富集;SRT控制在25d时系统的反硝化除磷性能得到最大程度强化,反硝化聚磷菌(DPAOs)占聚磷菌(PAOs)的数量比例及缺氧除磷率达到最大值,分别稳定在50.9%和88%,并且此时系统总磷(TP)、总氮(TN)去除率也达到最大值91.7%、73.6%,出水浓度分别稳定在0.48, 13.3mg/L左右;SRT对系统COD、氨氮(NH₄⁺-N)的去除效能影响不大,COD、NH₄⁺-N平均去除率分别为89.8%、99.7%,出水浓度分别稳定在30.8, 0.15mg/L;随着SRT的延长,膜池混合液固体(MLSS)浓度升高,分子量大于100kDa、小于1kDa的溶解性微生物代谢产物(SMP)浓度和胞外聚合物(EPS)比污泥浓度升高及污泥粒径(PSD)减小,是导致膜池污泥可滤性变差的主要原因,从而致使系统膜渗透性加速降低、持续运行周期缩短,而红外光谱(FT-IR)分析表明SRT对膜污染物质的组成无显著影响,光谱折射率与SMP、EPS含量呈现一致性.     

芬顿试剂氧化对污泥脱水性能的影响

利用芬顿试剂调理污泥,以W_C(污泥滤饼含水率)和CST(毛细吸水时间)作为评价污泥脱水性能的指标,通过分析污泥中各层ρ(EPS)(EPS为胞外聚合物)和上清液中小分子有机物质量浓度来阐明污泥脱水性能的变化. 结果表明:芬顿试剂调理可促进EPS氧化分解,TB-EPS(紧密结合的胞外聚合物)破解转化为LB-EPS(松散结合的胞外聚合物)和S-EPS(上清液层胞外聚合物),大幅降低W_C和CST. 试验中当pH为4,w(H₂O₂)和 w(Fe2+)均为40 mg/g时,ρ(EPS)降低了33.04%,W_C和CST分别降至63.36%和28.7 s. Pearson相关性分析表明,ρ(TB-EPS)与W_C和CST均存在显著的正相关性(P＜0.01),是影响污泥脱水性能的重要因素,而ρ(LB-EPS)和ρ(S-EPS)与污泥脱水性能的相关性较低. 液相色谱分析表明,随着芬顿试剂投加量的增大,EPS等有机物分解程度增大,污泥上清液中小分子有机物种类明显增多,其质量浓度显著升高,ρ(甲酸)和ρ(乙酸)分别由原污泥的52.72、15.99 mg/L升至446.05、522.36 mg/L.      

次氯酸钠与亚铁对污泥破解及脱水效果的影响

采用次氯酸钠（NaClO）与亚铁（Fe（II））结合处理污泥以提高污泥破解和脱水效能,考察了NaClO和Fe（II）投加量的影响,并通过定量和定性分析污泥中胞外聚合物质（EPS）的迁移转化,确定NaClO和Fe（II）对污泥脱水和破解的机制.试验结果表明,NaClO和Fe（II）投加量（以干泥固体计）分别为44 mg·g^-1和66 mg·g^-1时,污泥毛细吸吮时间（CST）从原泥的112 s下降到66.3 s.同时,NaClO/Fe（II）处理污泥能够使上清液中化学需氧量（COD）显著升高,并使污泥中紧密束缚型EPS（TB-EPS）和松散束缚型EPS（LB-EPS）转化成溶解性EPS（S-EPS）,导致S-EPS的溶解性有机碳（DOC）含量升高,而LB-EPS和TB-EPS的DOC含量降低.此外,NaClO/Fe（II）还能使污泥中有机物质矿化,使3种EPS中蛋白质类和腐殖酸类物质减少.NaClO和Fe（II）能够改善污泥脱水性能,强化污泥破解效果,利于污泥后续的处理处置.     

好氧颗粒污泥MBR工艺处理变电站生活污水性能分析

实验对比研究了好氧颗粒污泥膜生物反应器（AGMBR）和传统絮状污泥膜生物反应器（MBR）处理变电站生活污水过程中的膜污染行为及净水性能。以变电站生活污水作为进水,经60 d可以成功培养出好氧颗粒污泥。与传统絮状污泥相比,好氧颗粒污泥能够有效减缓膜污染,尤其是不可逆膜污染。AGMBR水力反洗频率仅为传统MBR的33.3%,30 d连续运行的膜孔阻力仅为传统MBR的69.3%。进一步分析发现,AGMBR反应器中EPS含量显著低于传统MBR,而且EPS中多糖组分含量也远低于传统MBR（仅为MBR的46%）。净水性能对比结果表明,AGMBR对TN和TP有着优异的去除性能,30 d运行平均去除率比传统MBR分别高出37.8%和40.5%。     

膜生物反应器中排泥方式对污泥胞外聚合物的影响

研究了膜生物反应器(MBR)中间歇排泥以及连续排泥条件下污泥停留时间(SRT)与污泥胞外聚合物(EPS)变化的关系。试验结果表明:在间歇排泥方式下的污泥EPS都明显高于连续排泥方式下的。随着SRT的增加,附着型EPS浓度先是稍有减少,之后快速增加,溶解性EPS则增加。     

酸碱-微波耦合预处理对污泥胞外聚合物溶裂与产甲烷行为的影响

对酸碱-微波耦合预处理后不同EPS组分在污泥厌氧消化行为中扮演的角色进行研究，通过产甲烷潜能实验评价其甲烷转化性能。结果表明:酸碱-微波耦合预处理通过溶出胞内有机物和改变EPS的分布来影响污泥产甲烷行为。甲烷累积产量最优预处理条件为pH=10，微波500 W，预处理时间120 s。此时，预处理后溶解型胞外聚合物（S-EPS）中的溶解性化学需氧量（SCOD）浓度达到11460 mg/L，是对照组浓度的184.5%，累积甲烷产量为89.08 mL/g，较对照组增加59.9%。碱处理（pH=10和12）时，S-EPS对累积甲烷产量的贡献率分别达到了16.6%和30.4%，远高于松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）与紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）。在48 d的厌氧消化过程中，S-EPS对产甲烷的贡献率在1~4 d内快速升高，随后缓慢持续下降。因此，酸碱-微波耦合预处理通过强化污泥S-EPS中的多糖、蛋白质等有机质的溶出，促进污泥甲烷化。     

土壤芽孢杆菌产胞外聚合物对Pb~(2+)吸附特性研究

根据与细菌菌体结合的紧密程度,胞外聚合物(EPS)可以分为粘液层EPS(S-EPS)、松散附着EPS(LB-EPS)、紧密附着EPS(TB-EPS),以土壤芽孢杆菌作为实验菌株,研究了各层EPS在不同温度、pH值条件下对Pb~(2+)的吸附特性,建立了EPS的吸附动力学模型和吸附等温线模型,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察各层EPS吸附Pb~(2+)前后的表观形态的变化.当吸附温度为35℃、pH值为5.5时,S-EPS、LB-EPS、TB-EPS对Pb~(2+)的吸附量分别为91.35、100.61和90.28mg/g,表明LB-EPS对Pb~(2+)的吸附能力更强.各层EPS吸附Pb~(2+)的吸附动力学模型和吸附等温线模型均符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,表明吸附过程分别受化学吸附机理控制和单分子层吸附控制,并通过Langmuir模型计算得到,S-EPS、LB-EPS、TB-EPS对Pb~(2+)的最大吸附量分别为124.224、127.389和119.760mg/g.同时,扫描电镜结果表明吸附前后各层EPS表观形态均差异明显,其中LB-EPS呈肺泡状,具有更大的比表面积,因此更多的Pb~(2+)吸附在其表面.     

膜生物反应器中膜污染控制方法的研究

从膜生物反应器的类型、气水比和粉末活性炭的投加浓度等方面研究了控制膜污染的方法。结果表明 ,最优的一体式和分置式膜生物反应器的类型是不同的 ;大的气水比有利于减轻膜的污染 ,但在一定的水质条件下 ,增大曝气量所引起的膜通量减少速度是有限的 ;投加适量的粉末活性炭 ,可减缓膜污染 ,但投量过大时 ,反而易造成膜堵塞     

膜堵塞机理研究与膜阻力测定

对膜污染堵塞机理进行了深入的研究 ,提出了膜内部的生物堵塞机理 ,指出膜表面的浓差极化、膜表面与膜孔内的污染、膜内部的生物堵塞是造成膜通量下降的主要原因。同时对膜阻力进行了测定 ,得出实验所用超滤膜组件的自身阻力Rm 为 5 4 4× 10 1 2 m- 1 ,膜污染产生的总阻力RZ 为 19 88× 10 1 2 m- 1 ,RZ 约是Rm 的 3 6倍 ,是导致膜通量下降的主要因素。     

膜生物反应器膜污染的水力学控制实验研究

叙述了膜污染是影响膜-生物反应器处理技术推广应用的关键因素，采用水动力学方法是控制膜污染的有效方法。在不同污泥浓度条件下。对不同曝气强度下膜污染的发展速率及其形成机理进行了试验研究，研究结果表明：对应于不同污泥浓度均存在一个经济曝气强度，其大小随污泥浓度升高呈线性增加，膜生物反应器在经济曝气强度条件下运行可控制膜污染的发展；并从理论上推导出一个临界污泥浓度，其值为5．15g／L。对应于临界污泥浓度，并且污泥絮体在膜面可形成比较稳定的动态膜，膜过滤压差上升的速率最慢，膜生物反应器在此临界污泥浓度条件下运行膜污染发展最为缓慢。     

空气隙膜蒸馏膜污染控制实验研究

采用空气隙膜蒸馏组件,采用美国进口膜,以自来水、伞盖3号原水和苦咸水为工质,实验分析了膜污染情况,结果显示:料液无旋转时,自来水间歇累计运行32 h后出现污染;质量分数分别为20%和50%的盐水8 h后传质通量降低到最初通量32%和12%;3号原水瞬时产生污染,经砂滤处理后为苦咸水,传质通量比原水提高4倍～5倍,运行8h后通量下降到初始通量的6%。削弱膜污染方法采用最优参数的三向旋转入流组件(α=70°、δ=2 mm、β=45°),自来水进入污染期由32 h推迟到65 h,传质通量比无旋转增大近20%;采用具有分水盘的并接式空气隙膜组件,开槽2 mm膜污染较严重,开槽3 mm的膜通量比无旋转入流传质通量平均增大60%,两种组件设计形式均可提高膜通量,一定程度缓解了膜污染的产生。     

膜传质的统计力学模型研究

本文根据压力驱动膜分离过程的特点,采用统计力学传质模型,通过相关的热力学理论和数学方法,建立了考虑粘性流动在内的适用于任意浓度非理想多组分溶液的可实际应用的统计力学膜传质模型,并通过实验对该模型进行了检验,结果表明该模型与实验结果符合的较好。     

用膜结构参数模型评价溶解性有机物分子量分布对超滤膜污染的影响研究

研究了不同预处理对原水分子量分布的改变和对膜透水通量的影响,用膜污染的结构参数模型,评价了分子量分布对平均孔径和膜孔密度的影响。结果表明:(1)经过不同的预处理后,原水的分子量分布有所改变,混凝对大分子量有机物去除率较高,PAC吸附对小分子量有机物去除率较高,臭氧PAC联用预处理使大分子量有机物和小分子量有机物均有所去除。(2)分子量分布对膜通量影响较大。(3)通过试验并应用膜结构参数模型,评价了分子量分布对膜平均孔径和膜孔密度的影响,表明小分子量有机物易引起孔内吸附,大分子量有机物容易在膜面附着。     

污水直接膜过滤用于农灌可行性试验

本试验尝试用膜直接截留污水中对人体健康有害的细菌病毒,而保留水中对作物有益的氮、磷等营养元素,以期实现水、肥双成分资源化。试验结果表明,无论是微滤膜还是超滤膜均对细菌及粪大肠菌有很高的截留率(99.9%～99.999%),污水中有机物、氮与磷的保留率分别为32%～67%、72%～78%和60%～62%。用渗滤液灌溉的小麦较之清水灌溉和常规灌溉的小麦,麦穗单重分别提高13%和7.5%。     

膜参数对膜吸收法天然气脱硫传质性能的影响研究

以N-甲基二乙醇胺(MDEA)溶液为吸收液,采用膜吸收法进行了模拟天然气脱硫试验,考察了不同膜参数对MDEA溶液脱硫过程中传质性能的影响。结果表明:在较为理想的稳态膜吸收过程中,多孔膜孔径大小、膜厚度以及膜孔形态等因素对稳态膜吸收过程中的传质效果影响不大;在其他条件不变的情况下,多孔膜的传质性能随着孔隙率的增大而提高;同时传质效果还受到膜润湿现象的影响。这说明在较为理想的稳态膜吸收过程中孔隙率是对传质效果产生影响的主要因素,为膜吸收过程传质的影响因素探究及多孔膜选择提供了依据。     

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     

温度对分置式厌氧膜生物反应器处理效果及膜污染的影响

研究了温度对分置式厌氧膜生物反应器(An MBR)废水处理系统处理效果及膜污染的影响。结果表明:与35℃相比,25℃时污泥混合液和滤饼层的EPS都有所积累,且污泥颗粒较小,滤饼层污泥不易被水力冲刷剪切力剥离,膜污染速率较快,不利于对膜污染的控制;滤饼层EPS成分分析表明,蛋白质类是造成膜污染的主要物质,高激发波长类色氨酸是影响膜污染速率的重要因素;在HRT为32 h,温度为35℃时系统COD去除率较高,膜污染速率较低,膜运行周期较长,是较合适的运行温度。