利用边界层理论确定预涂动态膜生物反应器稳定曝气量的试验研究

研究了膜生物反应器中低浓度活性污泥的流变性,确定当污泥浓度低于8 000mg·L^-1时的泥水混合液近似于牛顿流体,进而利用牛顿流体力学中边界层理论计算预涂动态膜(PDM)厚度等于平板膜表面层流边界层厚度时的稳定曝气量.为保证预涂动态膜生物反应器(PDMBR)运行的稳定性,在其运行初期选择满足生物所需最佳溶解氧(DO)3～5 mg·L^-1的供氧曝气量,随后逐渐增加到稳定曝气量的运行方式.实验结果表明,此运行方式能较好地提高动态膜的稳定性,在稳定运行的31d内出水COD低于12.48 mg·L^-1,平均去除率达到97.49%,NH₄⁺-N约为5.27 mg·L^-1,平均去除率为76.13%,而操作压力仅上升至27kPa.试验后期考察了PDMBR在高于稳定曝气量下运行的稳定性,发现PDM发生脱落,从而证明利用边界层理论确定的预涂类动态膜的稳定曝气量具有一定的应用价值.     

聚乙烯醇微球预涂动态膜的制备及表征

为了提高微滤膜的抗污染性和降低膜组件的价格,利用循环预涂工艺制备出新型聚乙烯醇微球预涂动态膜（PVA-MS/PCDMs）.对不同聚乙烯醇微球预涂量的动态膜进行了系统表征,结果显示,PVA-MS/PCDMs的清水过滤阻力介于0.64×10¹⁰～3.84×10¹⁰ m^-1, 渗透性良好;当预涂量≥23.9 g·m^－２时,可达到微滤分离水平;亲水性随预涂量的增加而增强,动态接触角由基膜的118.25°降低到预涂量为61.9 g·m^－２时的61.52°;利用流动电位法在20℃,pH为8.0±0.2,0.01 mol·Ｌ^－１　KCl溶液的测试条件下,测得当预涂量为15.7 g·m^－２时膜面相对Zeta电位值可达-36.4　mV.并且,通过PVA-MS/PCDMs在SMBR中的短期通量衰减变化（恒压）和对EPS的扩散实验发现,预涂量为23.9～61.9 g·m^－２时,增加了对EPS的扩散渗透性能,且膜通量衰减趋于稳定时仍为基膜的3.5～4.8倍,即提高了抗污染性.     

新型动态膜预涂剂交联聚乙烯醇微球的制备及表征

提出用乳液聚合法制备交联聚乙烯醇(PVA)微球,使其吸附在膜表面实现膜的改性.通过聚乙烯醇(PVA)与戊二醛(GA)的乳化交联试验制备PVA微球粉末,并考察了W/O型乳状液内相的浓度、内外相体积比、乳化剂的性质和含量对形成稳定乳状液的影响.结果表明,当内相PVA水溶液浓度为2.7%、内外相体积比为40∶60、交联剂司盘-80的浓度为1.30 g/dL时,乳状液的稳定性好,形成的交联PVA微球满足需要.在乳化剂浓度足够的前提下,提高乳化机转速,制备的微球的粒径减小.随着理论交联度的提高,微球粒径有变小的趋势,而对Zeta电位影响不大.对制备的微球进行接触角、SEM和FTIR表征,考察了微球的亲水性、表面形态和交联反应对微球官能团的影响.     

响应曲面法优化KOH改性污泥生物炭的制备及其强化去除Pb（Ⅱ）的研究

采用响应曲面法优化了KOH改性污泥生物炭（SB-KOH）的制备条件,研究了各因素之间对生物炭吸附性能的交互影响,并且探讨了KOH强化生物炭吸附能力的机制.同时,研究了吸附时间、吸附温度及pH对SB-KOH吸附Pb（Ⅱ）的影响,探讨其吸附机理.结果表明：KOH浸渍浓度是最显著因素,较高浸渍浓度有利于提高SB-KOH的吸附性能;增加KOH浸渍浓度和升高热解温度可以协同提高SB-KOH的吸附性能;最佳制备条件为2.5 mol·L^-1的KOH浸渍浓度、7 h的浸渍时间、631 ℃的热解温度和44 min的热解时间.KOH改性后的污泥生物炭表面粗糙, 比表面积增大,微孔数量增加,SB-KOH的比表面积为141.22 m²·g^-1,是原污泥生物炭（SB,5.93 m²·g^-1）的24倍,改性后的生物炭碱性提高、K元素含量增加.SB-KOH吸附Pb（Ⅱ）是以化学吸附为主的多分子层混合吸附,膜扩散是主要的速率控制步骤,增加溶液pH、提高温度可促进吸附.吸附机制涉及矿物沉淀（Q_mp）、离子交换（Q_ie）、含氧官能团的络合（Q_oc）和金属π键结合（Q_mπ）,不同吸附机理的贡献顺序为：Q_mp（143.5 mg·g^-1）>Q_ie（39.67 mg·g^-1）>Q_oc（8.56 mg·g^-1）>Q_mπ （1.65 mg·g^-1）,KOH改性强化了生物炭对Pb（Ⅱ）的矿物沉淀和离子交换吸附量.本研究丰富了KOH改性污泥生物炭的制备理论,阐明了SB-KOH吸附Pb（Ⅱ）吸附机理及其影响的主要机制.     

活性炭纤维去除水中有机微污染物的效果

采用 4种活性炭纤维 (ACF)作为吸附剂 ,对水中 CHCl₃、CCl₄、高锰酸钾指数 COD_Mn、紫外吸光值 E_UV254等有机微污染物的去除进行了初步研究 ,并与 ZJ-15型颗粒活性炭 (GAC)进行了对比 .吸附等温线的结果表明 ,ACF3对 CHCl₃的去除效果最好 ,当 CHCl₃的平衡浓度为 60μg· L^-1 时 ,ACF3对 CHCl₃的吸附容量为 212μg·g^-1 ;GAC对 CCl₄的去除效果最好 ,当 CCl₄的平衡浓度为 3μg· L^-1时 ,GAC对 CCl₄的吸附容量为 0.83μg·g^-1;GAC及 ACF1对 COD_Mn、E_UV254有较好的去除效果 ,当COD_Mn的平衡浓度为 2.5mg·L^-1 时 ,GAC及 ACF1对 CODMn的吸附容量分别为 2.16mg·g^-1 和 1.98mg·g^-1 ,当 E_UV254的平衡浓度为 0.05时 ,GAC及 ACF1对 E_UV254的吸附容量分别为 0.32 g^-1和 0.15g^-1.     

膜序批式间歇反应器的膜污染特性及控制

采取厌-好氧交替运行、实验室人工配水的方式,连续运行300 d,研究膜序批式间歇反应器运行过程的膜污染特性及其控制.结果表明,在运行初期的75 d内,污泥处于絮体状,SVI值64.6～110.6 　mL·g^-1,膜污染呈快速指数增长趋势,TMP平均增长速率为0.309　kPa·d^-1,膜阻力变化在0.393×10¹¹～1.298×10¹¹ m^-1·d^-1之间,比膜通量从4.4 　L·(m²·h·kPa)^-1下降为0.52 　L·(m²·h·kPa)^-1,75　d时的临界膜通量为20 　L·(m²·h)^-1.从75～120　d对系统进行了调控,反应器培养出好氧颗粒污泥,SVI值逐渐下降,从170　d开始,SVI一直保持在40 　mL·g^-1左右,污泥粒径逐渐增大,220　d时污泥粒径分布大多在500～1 000　μm.120～300　d运行过程中的膜污染呈缓慢增长趋势,TMP平均增长率仅为0.062 　kPa·d^-1,膜阻力变化率在0.291×10¹¹～0.404×10¹¹m^-1·d^-1,比膜通量从4.4 　L·(m²·h·kPa)^-1下降为1.4 　L·(m²·h·kPa)^-1,220 d时的临界膜通量为40 　L·(m²·h)^-1.这些数据表明好氧颗粒污泥的培养对减缓膜污染发生具有极大作用.曝气强度为100 m³·(m²·h)^-1时,比膜通量最大,曝气强度为69 m³·(m²·h)^-1时,膜污染速率最小.     

温度对一体式厌氧流化床膜生物反应器运行效能及微生物群落结构的影响

本研究采用一体式厌氧流化床膜生物反应器（integrated anaerobic fluidized-bed membrane bioreactor,IAFMBR）处理含苯并噻唑的高浓度合成废水,考察了温度变化（35、25和15℃）对反应器运行效能,膜污染情况和微生物群落结构的影响.结果表明,温度下降对反应器运行效能和膜污染情况产生不利影响.当温度从35℃下降到15℃时,COD去除率下降7.4%,苯并噻唑去除率下降49.2%,挥发酸总量上升225.66 mg·L^-1,甲烷产率（以CH₄/COD_removed计）下降0.118m³·kg^-1.膜污染周期从5.2 d下降到2.5 d.对于滤饼层而言,达到膜污染时,SMP（soluble microbial product）的质量浓度从42.47 mg·L^-1上升到70.62 mg·L^-1,EPS（extracellular polymeric substance）的含量（以VSS计）从46.30 mg·g^-1上升到82.22 mg·g^-1;对于混合液而言,SMP的质量浓度从36.46 mg·L^-1上升到69.35 mg·L^-1,EPS的含量从47.47 mg·g^-1上升到81.63 mg·g^-1.蛋白质是EPS和SMP的主要成分,约占总成分的80%.微生物群落结构表明,Firmicutes（厚壁菌门）和Chloroflexi（绿弯菌门）始终是最优势的菌门,占全部菌门相对丰度的42.6%~61.0%.随着温度的下降,优势菌属分别是Clostridium（13.7%）,Levilinea（15.2%）和Lactococus（17.9%）.产甲烷古菌的优势菌属始终是Methanosaeta.     

异化还原铁泥合成蓝铁矿/微生物复合材料固载铅研究

铁基复合材料具备优异的吸附/固载重金属性能,常用于钝化土壤中的铅,但常规的化学合成方法成本较为昂贵.为此,本文研发一种基于芬顿铁泥（Iron Sludge, IS）资源化利用的铅钝化材料,即通过异化铁还原菌（Shewanella Oneidensis MR-1）调控形成官能团丰富、比表面积大、表面负电荷量高的蓝铁矿/微生物复合材料（Vivi/MR-1）,并研究其对铅的吸附固载性能.结果发现,Vivi/MR-1对铅的最大吸附容量为118 mg·g^-1,高于MR-1（78 mg·g^-1）、IS（61 mg·g^-1）、Vivi（52 mg·g^-1）,且具有较宽的pH工作范围,受环境中其他金属离子的影响较小.结合X射线衍射仪（X-ray diffractometer, XRD）、傅里叶红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectrometer, FTIR）等表征技术,确定吸附成矿、官能团络合是Vivi/MR-1钝化铅的主要机制.最后,通过土壤钝化实验进一步验证该复合材料对土壤中铅的固载性能,研究表明,Vivi/MR-1可将土壤中酸溶解态铅降低93.6%,极大地降低了铅的迁移性.     

电增强活性炭纤维吸附有机污染物的动力学研究

研究了在电极化条件下,几种具有代表性污染物质在活性炭纤维上的电吸附动力学特性.结果表明,各种污染物的电吸附动力学比较好地符合Lagergren一级吸附动力学,其平衡吸附量在电极化下的增加量各不相同.在400mV的极化电位下,苯酚钠的吸附量从开路时的0.008 3mmol·g^-1增加到0.18 mmol·g^-1,增加了17倍;而对硝基苯酚的吸附量从开路时的2.93mmol·g^-1降到2.65 mmol·g^-1.在-400mV的极化电位下,苯胺的吸附量从开路时的3.60 mmol·g^-1增加到3.88 mmol·g^-1;而十二烷基苯磺酸钠的吸附量从开路时的2.20 mmol·g^-1降到1.59 mmol·g^-1.说明不同取代基的苯衍生物,电吸附改变量不相同,供电子基团的单取代苯,正极化都能明显增强其吸附量;但是吸电子基团的单取代,正负极化对吸附量的影响都很小;供体-共轭桥键-受体型结构的苯衍生物,正负极化都使其吸附减弱但吸附速率加快.静电作用在离子型污染物的电吸附中表现明显.     

好氧颗粒污泥膜生物反应器的运行特性

以人工合成模拟废水对好氧颗粒污泥膜生物反应器(MBR)的运行特性和膜污染进行了研究.结果表明:在HRT为6h,溶氧浓度为4～6mg.L^-1,COD的容积负荷为7.24kg·(m³·d)^-1的条件下,COD的去除率可达96%以上.当NH₃-N的容积负荷为0.17kg·(m³·d)^-1时,NH₃-N的去除率可达60%.COD/N比的变化,对好氧颗粒污泥MBR的COD及NH₃-N去除率基本没有影响.稳定运行过程时,MBR中好氧颗粒污泥浓度(MLSS)基本维持在14～16mg·L^-1.较高的污泥浓度和颗粒污泥内部缺氧和厌氧环境的存在,使MBR中硝化和反硝化过程能同时存在.同时,比较了2种不同形态的活性污泥(颗粒污泥和絮状污泥)在MBR运行过程中膜通量的变化趋势,结果表明,颗粒污泥MBR膜通量的下降速度明显比絮状污泥MBR的下降速度慢很多,且通过空气反冲或用水清洗即可使通量基本恢复.     

预涂动态膜强化超滤去除海水中有机物及其对膜污染的影响

以粉末活性炭和硅藻土为涂膜材料,在聚醚砜超滤膜表面形成预涂动态膜,考察了预涂动态膜对海水中有机物的去除效果和作用机制,通过比较分析直接超滤和预涂动态膜过滤海水前后膜表面亲疏水性、形貌结构、粗糙度及膜阻力分布的变化,探讨了活性炭和硅藻土预涂覆对超滤膜污染的影响.结果表明,预涂动态膜可提高超滤膜对海水中溶解有机碳(DOC)和UV_(254)的去除率,活性炭预涂动态膜对海水中DOC和UV_(254)的去除率较直接超滤分别提高11.2%和11.3%.硅藻土预涂膜主要利用超滤膜表面形成的硅藻土滤饼层强化海水中蛋白质类有机物的截留,活性炭对海水中小分子有机物的额外吸附导致海水过滤过程中活性炭预涂膜对有机物的去除效果优于硅藻土预涂膜.与直接超滤相比,预涂动态膜过滤海水后膜表面亲水性更好,膜表面粗糙度更低,膜过滤阻力也更小,活性炭预涂动态膜净化海水时膜过滤总阻力较直接超滤降低50.3%.利用涂膜材料在超滤膜表面形成的滤饼层将超滤膜与有机物进行了"隔离",避免了超滤膜与有机污染物直接接触,降低了小分子有机物在膜孔内的吸附堵塞,能够有效减缓超滤膜的不可逆污染.     

预涂动态膜-生物反应器处理生活污水试验研究

采用孔径56um的工业滤布制作膜组件,以PAC作为预涂剂,组成预涂动态膜一生物反应器．对比预涂膜、未预涂膜和0．4um中空纤维膜的污染物去除效果和膜污染状况．试验结果发现,预涂动态膜．生物反应器不仅污染物质去除效果更好,而且预涂膜可以防止污染物质与微生物向膜材料表面和内部扩散,从而减轻膜污染,运行1128h后,操作压力仅上升至6kPa,并且只需刷洗,膜通量就可以恢复．无须消耗化学试剂．     

城市污水二级出水超滤膜污染与膜特性的研究

以城市污水二级出水为过滤介质,考察了PVA、PVP、PMMA等与PVDF的二元及三元共混超滤膜的过滤污染行为.结果表明,共混优化了PVDF超滤膜的结构参数,添加剂PVP、PVA可有效改善膜的亲水化程度,提高膜渗透通量.超滤膜的亲水性和结构特性对膜抗污染性能影响较大;堵孔阻力是二级出水过滤膜污染不可逆的主要原因.亲水性较强的超滤膜,二级出水过滤初期易因浓差极化而导致滤饼层污染,造成一定的通量衰减,但易清洗恢复,不可逆污染指数(rir)为0,抗污染性能好.致密的超滤膜表面有利于防止二级出水中的中低分子量污染物进入膜内部,而断面通透大孔和疏松海绵层结构的超滤膜,能减少二级出水中的污染物在膜中沉积形成堵孔阻力.膜表面多孔,内部大孔发育不充分,易形成堵孔污染,通量衰减大且不易清洗恢复,膜污染不可逆.     

污泥性质对动态膜形成和膜污染的影响

以一体式尼龙筛网动态膜生物反应器（DMBR）为研究体系,探讨了正常污泥、膨胀污泥和解体污泥的动态膜形成和膜污染特点,并从胞外聚合物（EPS）、相对疏水性（RH）、污泥混合液粘度（μ）、接触角这些物化性质角度定量研究膜污染机理.研究结果表明,膨胀污泥由于丝状菌累积导致严重的泥饼层污染;解体污泥由于胶体颗粒和可溶性物质沉积...     

两亲性共聚物共混PVDF超滤膜的界面性质与抗蛋白质污染的研究

考察了两亲性共聚物聚氧乙烯/聚氧丙烯/聚氧乙烯[PEO-PPO-PEO(F127)]共混聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液,在水相凝胶浴中的相转化动力学过程.结合衰减全反射傅立叶转变红外光谱(ATR-FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等表征手段,分析了F127含量在PVDF膜表面的PEO富集率、膜微观形貌及结构参数的影响规律.以静态吸附量、过滤比通量衰减及膜污染阻力模型,评价了F127/PVDF共混膜对牛血清蛋白(BSA)的抗污染性能.结果表明随着F127添加量增大,相转化延迟分相行为增强,膜表面及内部孔径和孔隙率升高,表面粗糙度增大,膜面PEO富集率的增幅在F127含量达15%后趋于稳定.F127含量在15%~25%之间的共混膜有较高的渗透通量和BSA截留率,静态吸附量低,比通量衰减速度慢,不可逆污染指数低,堵孔阻力及滤饼层阻力分布系数小,表现了良好的抗污染性能.     

pH值对有机物(BSA)膜污染的影响

选用BSA(牛血清蛋白)代表有机污染物,使用QCM-D技术考察了BSA在PVDF膜面的吸附行为及吸附层结构随pH值的变化特征,并采用原子力显微镜定量测定了相应pH值条件下PVDF-BSA及BSA-BSA之间作用力,结合膜污染试验,解析pH值对有机物污染膜行为的影响机理.结果发现,在BSA的等电点,PVDF-BSA及BSA-BSA之间的静电排斥力最小,导致BSA迅速吸附累积于膜面,形成密实的BSA污染层,引起超滤膜通量大幅度衰减.当pH值偏离BSA等电点后,BSA间静电排斥力的增强有效削弱了BSA在膜面的吸附量,相应BSA污染层松散度增大,膜污染减弱.在实际的水处理中,通过适当的pH值调节,针对性将超滤膜及污染物调整至带有相同电性、并增大二者所带净电荷量,是减缓超滤膜污染的有效手段.     

膜生物反应器中进水组成对膜污染的影响

研究了膜生物反应器中进水组成对膜污染的影响. 结果表明, 相对于正常组成来说进水中限氮或限磷引起的膜污染程度更重, 尤以进水中限氮时更为严重. 系统缺氮或缺磷时, 污泥絮体的相对憎水性和膜的憎水性增加, 使得膜和污泥之间的憎水相互作用增强, 加速了污染物在膜表面的沉积和/或吸附. 另外, 进水中限氮或限磷时, 污泥中丝状菌的数量增加, 把颗粒污泥捆扎、束缚在其立体网状结构中, 滤层结构更加致密, 孔隙度减小, 增加了膜污染阻力; 丝状菌的作用还在于它们能够将污染物牢牢地缠绕、固定在膜表面, 加强了膜表面污染物抵御曝气的水力冲刷作用的能力, 从而也加速了膜污染.     

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.