曝气强度对膜生物反应器膜污染形成特性影响的研究

曝气是控制膜生物反应器膜污染的重要手段,而曝气强度大小的确定是有效控制膜污染的关键因素.本文通过实验考察了浸没式中空纤维膜生物反应器在5种不同的曝气强度下[40,60,80,100,120 m3/(m2·h)]处理人工合成有机废水过程中膜污染的发展变化情况,并对膜污染的形成特性进行了分析.结果表明曝气强度为80 m3/(m2·h)时,膜过滤压差及压差变化率dp/dt最低,膜污染阻力中沉积层所占的比例较大,随着曝气强度的增加,压差下降不明显,甚至出现回升,阻力构成开始发生变化,达到120 m3/(m2·h)时,膜孔堵塞和凝胶层所占阻力比例明显增加,污染加重.实验确定80 m3/(m2·h)为最佳曝气强度.     

一体式膜生物反应器运行参数间运动力学分析

运用气、液、固三相流运动力学原理对一体式膜生物反应器运行过程分析,得出:①反应器内错流流速与曝气量、反应器设计高度、主副腔的过流面积的关系.曝气量越大、反应器主腔高度越高、主腔的过流面积越小、副腔过流面积越大,反应器内错流流速越大;②膜抽吸压力与反应器内膜污染错流临界流速及主腔宽度的关系.减小管膜的抽吸压力,减小主腔的宽度,可减小膜面不淤临界流速;③膜管内污染的临界速度与膜管径、污染物与膜壁吸引力关系,消除膜污染的运行控制条件.     

基于微气泡曝气的生物膜反应器处理废水研究

微气泡曝气有助于强化氧传质过程,在废水好氧生物处理中具有潜在的应用优势;生物膜反应器是应用微气泡曝气的可行工艺形式.本研究在生物膜反应器中采用SPG膜微气泡曝气处理模拟生活废水,探讨反应器连续运行过程中,SPG膜空气通透性、溶解氧变化、污染物去除效果及氧利用情况.结果表明,基于SPG膜微气泡曝气的生物膜反应器能够实现长期连续稳定运行,是微气泡曝气与废水好氧生物处理结合的可行方式.SPG膜表面性质及膜孔径影响其空气通透性,疏水性膜的空气通透性优于亲水性膜;膜孔径越大,空气通透性越好.一定的SPG膜空气通量下,反应器内的溶解氧浓度主要受有机负荷影响.SPG膜微气泡曝气生物膜反应器较优的COD处理负荷(以SPG膜面积计算)为6.88 kg·(m2.d)-1.氨氮的去除主要受溶解氧浓度及生物膜内氧扩散传质的影响,在高有机负荷下生物膜内出现同步硝化反硝化.微气泡曝气的氧利用率显著高于传统曝气方式,在优化的运行条件下,氧利用率可以接近100%.     

新型膜-生物反应器中膜丝长度对临界通量的影响

为了优化膜-生物反应器中的膜组件长度,考察了4组不同长度膜组件(膜丝长度为0.2、0.4、0.6、0.7m)在不同曝气量下的临界通量区.试验结果发现,曝气强度相同时,膜丝长度为0.4m膜组件的临界通量区高于膜丝长度为0.2m、0.6m和0.7m的膜组件,说明膜丝长度存在最优值;膜组件中膜丝长度相同时,曝气强度越大临界通量区越高.膜丝(膜组件)长度对临界通量产生影响主要体现在2方面:一是膜丝长度的变化会改变膜丝上局部通量的非均匀分布状况;二是曝气气泡对不同长度膜丝的冲刷作用不同.应用局部通量分布方程模拟了清洁膜丝上局部通量的分布状况;结果表明,膜丝长度越长,沿膜丝长度方向的局部通量分布越不均匀,则膜组件的临界通量越小.从曝气气泡对膜丝的冲刷作用看,相同曝气量下膜组件(即膜丝)长度越长,形成的气泡越大,在大气泡的作用下膜丝更易于摇摆和震动以达到减轻膜表面污染物沉积的效果,即可能达到的临界通量越大.因此,对于减轻膜污染而言,即得到最高的临界通量区,膜丝(膜组件)长度存在最优值.     

MBR中水力条件对五孔中空纤维膜污染的研究

为了对五孔中空纤维膜在分置式膜生物反应器(MBR)处理模拟印染废水中膜污染特性进行研究,提出从水力学角度考察膜污染特性。在曝气强度分别为25,50,75,100 L/h,出水通量分别为9,12,15,18 L/(m2·h)的工况下考察膜污染表征系数跨膜压差(TMP)的变化情况。得出如下结论:出水通量稳定时,在一定范围内曝气强度的增加可使TMP的增长率降低,即延长膜稳定运行时间,有效缓解膜污染;在次临界通量下曝气量恒定时,出水通量越小,TMP的增长率越小,即膜的稳定运行时间越长。此实验结果对MBR中膜污染的有效控制和水力条件优化提供数据依据。     

曝气管开孔直径对一体式膜-生物反应器的影响

在中试水平上考察了3种不同开孔直径的穿孔曝气管(A:φ4mm,B:φ2mm,C:φ1mm)对一体式膜-生物反应器整体性能的影响.清水充氧性能试验表明,3种穿孔管条件下的反应器整体充氧性能基本一致;流态特性分析显示,3种穿孔管条件下的反应器流态均近似完全混合流.水动力学特性试验发现,升流区液体表观流速随着升流区曝气强度的增大呈现先上升后趋于稳定的现象,低曝气强度[<120m³/(m²·h)]时穿孔管A条件下的升流区液体表观流速最高,高曝气强度[>120m³/(m²·h)]时3种穿孔管条件下的升流区液体表观流速趋于一致(稳定值约为0.4³m/s),恒通量膜过滤试验表明,穿孔管A条件下的跨膜压差上升速率(0.0382kPa/h)低于穿孔管C(0.05kPa/h).对本中试装置来说,开孔直径较大的穿孔管A的综合性能优于开孔直径较小的穿孔管B和C.     

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。     

曝气强度对膜生物反应器处理石化废水工艺运行特征的影响

采用膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)处理石化废水,研究曝气强度分别为1.50,3.00 m3/(m2·h)的条件下,MBR对石化废水中主要污染物的去除特征、跨膜压差(Trans Membrane Pressure,TMP)和混合液性质的变化特征。结果表明:在两种曝气强度条件下MBR对COD、NH+4-N及挥发酚等污染物的平均去除率分别为80.74%、80.23%、96.79%和97.55%、99.34%、98.84%,即在不同曝气条件下,曝气强度的变化对MBR的污染物去除性能无显著影响。但随着曝气强度由1.50 m3/(m2·h)增加到3.00 m3/(m2·h),MBR达到设定的最大跨膜压差(TMPMax=25k Pa)的运行时间由11.8 d增加到31.4 d,TMP上升速率降低。通过活性污泥颗粒粒径分析发现:增加曝气强度后,对膜污染影响显著的活性污泥颗粒粒径范围(0~2μm)所占体积比由2.10%减小到1.78%;并且混合液中溶解性微生物产物(soluble microbial product,SMP)和胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)质量浓度分别由24.07 mg/L和15.66 mg/g减小到15.14 mg/L和9.81 mg/g,从而降低了膜污染速率。     

膜曝气-生物膜反应器生物强化处理阿特拉津废水运行性能

在疏水SPG(shirasu porous glass)膜表面形成基因工程菌生物膜,构建SPG膜曝气-生物膜反应器(MABR)生物强化处理阿特拉津废水,考察MABR反应器稳定运行过程中污染物去除性能及其影响因素.结果表明,增大SPG膜孔径和曝气压力,能够提高曝气供氧能力,改善COD和阿特拉津生物强化去除效能.1.5μm疏水SPG膜在70 k Pa曝气压力下的最大供氧能力约为22.4 g·(m~2·d)~(-1).曝气压力为70 k Pa、水力停留时间(HRT)为1.5 h时,1.5μm膜MABR反应器COD平均去除率为80.1%,平均去除负荷为1.86 kg·(m~3·d)~(-1);阿特拉津平均去除率为62.5%,平均去除负荷为0.18 kg·(m~3·d)~(-1).进一步缩短HRT、增加进水负荷后,MABR反应器DO浓度显著下降,COD和阿特拉津去除效率大幅降低.DO浓度对阿特拉津去除的影响更为显著.随着MABR反应器的稳定运行,SPG膜表面单一基因工程菌生物膜逐渐演化为复杂微生物群落,但基因工程菌可以较好地存在于生物膜内,从而保持阿特拉津生物强化去除能力.     

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.     

炭管膜曝气生物膜反应器亚硝化的启动试验研究

利用包裹无纺布的多微孔炭管为膜组件的膜曝气生物膜反应器,对不含有机碳的氨氮废水进行了亚硝化启动试验的研究.结果表明,在进水NH₄⁺-N 浓度为200mg/L,温度为(34±1)℃, pH 值为7.5~8.3,HRT 为8h 的条件下,通过逐步降低炭管内腔气压进而降低供氧量的方法,反应器连续运行83d,实现了稳定的亚硝化.荧光原位杂交(FISH)分析表明,硝化细菌主要集中在靠近曝气膜/生物膜界面区域,其中亚硝酸菌占优势地位,而靠近生物膜/液体界面区域硝化细菌数量较少.     

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。     

通气量及曝气密度对微孔曝气器充氧性能影响的中试研究

通气量及曝气密度是曝气系统重要的运行参数,在中试条件下,以充氧能力和氧利用率为评价指标,研究了橡胶膜及刚玉微孔曝气器在不同通气量及曝气密度下充氧性能的变化规律。结果表明:橡胶膜微孔曝气器的充氧能力随通气量及曝气密度的增大而增大,氧利用率随通气量及曝气密度的提高先增大后减小。刚玉微孔曝气器充氧能力随曝气密度的增大而增大,氧利用率随通气量的增大而减小,而随曝气密度的增大先增大后减小。橡胶膜微孔曝气器氧利用率最大时,其最佳通气量为3.0 m3/h时,最佳曝气密度为4.5%~5.5%,刚玉微孔曝气器最佳曝气密度为11%~15%。     

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 .     

SPG膜微气泡曝气生物膜反应器运行性能影响因素研究

SPG膜微气泡曝气生物膜反应器是微气泡曝气与废水好氧生物处理结合的可行方式.本研究采用SPG膜微气泡曝气生物膜反应器处理模拟生活废水,探讨运行条件、SPG膜污染及膜孔结构变化等因素对系统运行性能的影响.结果表明,空气通量、进水有机负荷、填料类型及床层孔隙率对COD去除性能影响较小,各运行条件下COD平均去除率保持在80%～90%.随着空气通量降低或进水有机负荷提高,溶解氧(DO)浓度显著下降,造成氨氮去除性能恶化,其平均去除率可由80%～90%降至20%～30%;同步硝化反硝化过程受此影响,总氮(TN)平均去除率也由30%～40%降至20%左右.此外,采用环形填料并提高床层孔隙率,有助于改善污染物去除性能.低空气通量或高进水负荷条件下,微气泡曝气的氧利用率接近100%.长期运行中,SPG膜表面生物膜生长及有机物累积会造成SPG膜污染,而在线清洗中碱性NaClO溶液侵蚀SPG膜孔结构,使SPG膜的平均孔径及孔隙率显著增大,从而影响SPG膜空气通透性.     

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&#8901;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.     

膜分离-光催化组合工艺中膜污染的控制

文章主要研究膜分离-光催化组合工艺中膜污染的控制措施。研究表明,该体系中,膜可逆阻力是造成膜污染的主要因素。通过减小抽吸压力,提高曝气强度,间歇抽吸等措施可以有效地减小膜可逆污染。实验表明:最佳抽吸压力为0.02MPa,经济曝气量为0.4 m3/h,采取抽吸13min、停抽2min的运行模式。膜不可逆污染可通过化学清洗加以去除。     

平片膜生物反应器中膜污染特性的实验研究

采用聚偏氟乙烯平片膜生物反应器 ,通过测定不同运行条件下的水通量研究其污染特性 ,重点考察了运行时间、操作压力、曝气状况对膜污染的影响。实际结果表明 ,在曝气量为 3m3 h、操作压力为 0 .0 2MPa条件下运行 6h后 ,膜水通量从2 4 0mL min·m2 降至 5 5mL min·m2 ,下降率超过 77%。     

气泡直径对气-液-污泥流态及污泥颗粒化的影响

通过建立三维Eulerian-Eulerian模型,用计算流体动力学模拟了鼓泡好氧活性污泥反应器中,不同气泡直径下气-液-污泥三相流的流态,分析了反应器内的流体动力学特性,并研究了其对污泥颗粒化的影响机理.结果表明：曝气头表面的孔径大小与反应器中气含率负相关,而与污泥所受的水力剪切速率正相关.气相、液相速度与曝气头的孔径和表观气速正相关.反应器中的流态由尺度较大的环流和尺度较小的旋涡构成.随着表观气速和入口气泡直径的增加,液相和颗粒的流态均由尺度较大的环流转变为尺度较小的旋涡.相同曝气孔径时,液相与颗粒的流态之间存在差异,且气泡直径越小,表观气速越大,两者的差异越明显.为满足好氧污泥颗粒化所需的凝聚条件,反应器中曝气头孔径应大于1mm.     

丝状菌膨胀对无纺布生物反应器处理效果及膜污染特征的影响

研究了丝状菌膨胀状态和正常污泥状态下无纺布生物反应器的污泥絮体形态、出水水质对比,膜通量变化,膜阻力分析和胞外聚合物(EPS)含量分析.结果表明,膨胀污泥的平均粒径为448.6μm,正常污泥的平均粒径为234.8μm;丝状菌膨胀状态下的平均COD去除率、NH+4-N去除率、出水浊度分别为90.1%、93.1%、1.33 NTU,较之正常污泥状态下的91.4%、97.0%、0.99 NTU,丝状菌膨胀对COD去除几乎没有影响,对NH+4-N去除有一定的抑制,对出水浊度略有影响;膨胀污泥状态和正常污泥状态下的平均膜通量衰减速率分别为3.29 L·(m2·h2)-1、4.87 L·(m2·h2)-1,膨胀状态下的膜污染较轻,膨胀状态下的膜污染以可逆污染为主,正常状态下以不可逆污染为主,优先发生可逆污染可以减少不可逆污染的发生,从而减缓膜通量的下降;正常污泥和膨胀污泥混合液中溶解性微生物产物(SMP)含量分别为21.369 mg·L-1、10.182 mg·L-1,蛋白质/多糖(P/C)分别为0.370、0.497,SMP的总量与膜污染阻力有关系,P/C与可逆污染所占的比例有关系,混合液污泥的松散附着性EPS与膜污染的关系同SMP相似;EPS含量较高的污泥更易于在膜表面累积,并且累积于膜表面的EPS主要是蛋白质,混合液污泥EPS总量、膜面污泥EPS以及它们的P/C都与膜表面可逆污染存在正相关性.