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.     

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.     

具有自由端的梳状中空纤维膜-生物反应器中的膜污染控制研究

采用具有自由端的梳状中空纤维膜-生物反应器处理污水,考察了其膜污染控制性能.结果发现,如果将膜污染定义为恒压操作下的膜通量下降,膜组件b比膜组件a易获得更大的膜通量,具有更优异的抗污染效果.含膜组件b的MBR在温度为22～26℃,污泥浓度为7 500～10 500 　mg/Ｌ,曝气量为200 Ｌ/h,抽停时间比为9 min/1 min,压力为0.02 MPa的条件下连续运行47 d,膜通量维持在4.0～8.0 　L·(m²·h)^-1,其间不需要任何水力或化学清洗.由于这种膜组件易充分发挥曝气的作用,不易污染,因而所需曝气量较小,并且当抽停时间比从12 min/1 min变化到6 min/1 min,膜通量差别不大.对膜的清洗试验表明,水力清洗＋化学清洗＋乙醇浸泡是最有效的清洗方法.水力清洗+化学清洗后,较之水力清洗,中空纤维膜表面上的胶团数目和面积大大减少,膜孔变得更加清晰.     

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.     

新型管式动态膜生物反应器及处理垃圾渗滤液的研究

研究了1种新型玻璃纤维管式动态膜生物反应器（DMBR）并考察其对垃圾渗滤液的处理效果.研究表明,动态膜生物反应器运行稳定,DMBR在重力自流出水下运行近80 d,在过滤压差为2?900 Pa的情况下,膜通量维持在3.75　L/(m²·h)左右,在膜组件的结构参数改进之后,膜通量有较大提高,在过滤压差为1 450 Pa下能较长时间稳定在6 L/(m²·h).本研究还考察了动态膜的过滤性能和系统处理效果,系统出水浊度在1.0　NTU以下,对COD、BOD₅和NH⁺₄-N的平均去除效率分别超过71%、96%和98%,动态膜对混合液上清液COD有19.34%的截留作用.     

分体式膜-生物反应器在废水处理中的工艺条件

对分体式膜-生物反应器(RMBR)处理废水进行了研究.进水COD_Cr:312～584mg/L,RMBR的出水CODCr在运行4d后＜15 mg/L并稳定.向生物反应器添加0.5g/L(混合液)的粉末活性炭(PAC)后出水COD_Cr＜4.22mg/L.膜侧污水流速在0.9～1.9m/s范围内,临界膜通量随膜侧污水流速的增大而增大.添加PAC,组合添加PAC和Al₂(SO₄)₃·18 H₂O均可有效提高临界膜通量.在膜侧流速1.9m/s的条件下,临界膜通量从72L/(m²·h)分别增至76L/(m²·h)和81 L/(m²·h)在22℃～30℃范围内,每升高1℃可提高膜通量1.9%.在连续运行100d中,RMBR可在无任何物理,化学清洗的条件下运行14d而透膜压力无增大,膜通量不降低.对于已污染的膜,水清洗、水碱共间清洗、水碱酸共同清洗可分别恢复至新膜膜通量的47%、83%、94%.     

微曝气垂直流湿地中4种基质的充氧性能研究

通过模型曝气实验研究了公分石、火山石、500级陶粒、高强级陶粒4种基质和空白水柱分别在0.19、 0.38、 0.76 m³·(m²·h)^-1 3种曝气强度下的充氧性能.结果表明,在相同条件下,曝气强度越大,氧转移速率常数K_La越大,填充了基质的模型的氧转移速率常数比空白提高了5～7.8倍;在0.19 m³·(m²·h)^-1曝气强度下,500级陶粒和高强级陶粒的氧利用率最高,分别为14.39%和14.21%,火山石和公分石的氧利用率分别为13.11%和11.68%;随着曝气强度的提高,公分石的氧利用率明显高于其它基质,在0.38 m³·(m²·h)^-1曝气强度下达到最大值14.04％,比该状况下空白模型的氧利用率高出3倍,火山石的氧利用率持续下降,在0.76 m³·(m²·h)^-1曝气强度下,氧利用率为7.67%,500级陶粒和高强级陶粒的氧利用率较为稳定,维持在10%左右.     

出水水头对自生生物动态膜过滤性能的影响

增加出水水头不利于自生生物动态膜(SFDM)的恢复.随着恢复期出水水头的增加,SFDM的稳定出水通量逐渐达到一个极限通量,约为35L·(m²·h)^-1.继续增大出水水头,稳定出水通量甚至有降低的趋势在相同的出水通量下,动态膜的稳定运行时间随着恢复期出水水头的增加而显著降低.当恢复期出水水头为0.5cm时,稳定运行的时间＞10d,当恢复期出水水头为10cm时,稳定运行时间＜5h.研究了产生上述现象的原因,并提出使每个过滤周期从出水水头为0处开始的操作策略.     

逆出水方向曝气反冲洗在动态膜生物反应器中的应用

采用逆出水方向曝气措施对以无纺布构建的动态膜生物反应器生活污水处理系统中的动态膜进行在线反冲洗.当反冲洗曝气强度为5.6 m³/(m²·h)、反冲洗时间为5　min时,生物动态膜的恢复需要45　min,生物动态膜恢复后出水浊度保持在5　NTU以下.在该反冲洗条件下,反应器稳定运行2个月,反冲洗周期可以稳定在15　h左右.扫描电镜观察表明,逆出水方向曝气反冲洗能够有效破坏附着在膜基材上的生物动态膜.生物动态膜截留能力研究表明,新的生物动态膜形成后,反应器对相对分子质量3×10⁴以上的有机物的截留率大于50％.逆出水方向曝气是一种经济有效的动态膜反应器在线清洗方法.     

应用大气扩散模式进行区域稻田甲烷源强估算

传统通量箱方法对区域稻田甲烷源强的估算具有很大不确定性 .本研究应用箱模式和 ATDL模式估算区域稻田甲烷排放率 .箱模式和 ATDL模式估算排放率分别为 :6月 13.2～ 30.4mg· (m²·h)^-1 和 6.1～ 8.5mg·(m²·h)^-1,9月 10.4～20.0 mg·(m²·h)^-1 和 5.5～9.3mg·(m²·h)^-1;而传统通量箱方法估算排放率为 :6月 0.3～ 14.3mg·(m²·h)^-1 ,9月 0～0.3mg·(m²·h)^-1.分析表明 ,北京地区水稻生长季的接地逆温等不利气象条件使箱模式应用的基本假设难以满足 ,使之得出偏高的估算结果 . ATDL模式能较好地适应这种不利气象条件 ,并在 6月得出了与通量观测结果相近的估算结果 ,而其 9月高于通量观测结果的估算 ,却可能证实了通量箱方法难以测得的干旱稻田土壤裂缝的甲烷排放 ,有待于进一步研究证实 .     

Influence of aeration intensity on the performance of A/O-type sequencing batch MBR system treating azo dye wastewater

Among the numerous parameters affecting the membrane bioreactor (MBR) performance, the aeration intensity is one of the most important factors. In the present investigation, an anoxic/aerobic-type (A/O-type) sequencing batch MBR system, added anoxic process as a pretreatment to improve the biodegradability of azo dye wastewater, was investigated under different aeration intensities and the impact of the aeration intensity on effluent quantity, sludge properties, extracellular polymeric substances (EPS) amount generated as well as the change of permeation flux were examined. Neither lower nor higher aeration intensities could improve A/O-type sequencing batch MBR performances. The results showed 0.15 m³·h⁻¹ aeration intensity was promising for treatment of azo dye wastewater under the conditions examined. Under this aeration intensity, chemical oxygen demand (COD), ammonium nitrogen and color removal as well as membrane flux amounted to 97.8%, 96.5%, 98.7% and 6.21 L·m⁻²·h⁻¹, respectively. The effluent quality, with 25.0 mg·L⁻¹COD, 0.84 mg·L⁻¹ ammonium nitrogen and 8 chroma, could directly meet the reuse standard in China. In the meantime, the sludge relative hydrophobicity, the bound EPS, soluble EPS and EPS amounts contained in the membrane fouling layer were 70.3%, 52.0 mg·g⁻¹VSS, 38.8 mg·g⁻¹VSS and 90.8 mg·g⁻¹VSS, respectively, which showed close relationships to both pollutant removals and membrane flux.     

基于厌氧膜生物反应器的剩余污泥-餐厨垃圾厌氧共消化性能

采用厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)进行剩余污泥与餐厨垃圾的共消化,研究其有机物的去除特性、产气性能和微生物群落组成等运行性能.结果表明,反应器运行过程中有机负荷(organic loading rate,OLR,以VS计)稳定在0.59～0.64 kg·(m~3·d)~(-1),挥发性固体(volatile solids,VS)降解率由单消化17.5%上升至共消化40%,COD截留率为95.3%.消化液含固率提高了3.9倍,最终CH_4体积分数稳定在60%,CH_4产量(以COD_(added)计)为78.7 mL·g~(-1).跨膜压差(transmembrane pressure,TMP)和平均Flux分别维持在-3.1～-2.7 kPa和0.106 L·(m~2·h)~(-1),膜污染较轻.16S rRNA微生物多样性分析表明,AnMBR内部厌氧消化细菌主要是Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)和Cloacimonetes(阴沟单胞菌门),产甲烷菌中的优势菌科为Methanobacterium(甲烷杆菌科),优势菌属为Methanosaeta(甲烷鬃毛菌属)和Methanolinea(甲烷绳菌属).这将为AnMBR处理污泥及其它高含固率废物流的稳定性和运行性能研究提供有力的理论参考依据,进而为生物质资源化和能源危机提供有效解决途径.     

蠕虫在膜生物反应器和活性污泥法中的污泥减量研究

通过长达345d的中试规模试验,研究比较了蠕虫在膜生物反应器(MBR)和活性污泥法(CAS)的生长状况及其导致的污泥减量效果.CAS中的蠕虫生长状况明显优于MBR的蠕虫生长状况.MBR曝气池中平均蠕虫密度(10条·mg-1)远低于CAS曝气池中平均蠕虫密度(71条·mg-1),并且CAS中蠕虫连续保持高密度(>30条·mg-1)生长达172d.CAS中红斑瓢体虫和仙女虫交替成为优势蠕虫.蠕虫生长对MBR的污泥产率(0 40kg·kg-1)和污泥沉降性能(污泥沉降指数133mL·g-1)影响很小,但却能显著减少CAS的污泥产率(0 17kg·kg-1)和改善污泥沉降性能(污泥沉降指数为60mL·g-1).仙女虫比红斑瓢体虫能更大地减少污泥产量和更好地改善污泥沉降性能.蠕虫生长不影响MBR的COD去除率和出水水质,但却显著影响CAS的COD去除率和出水水质.     

影响一体式好氧膜生物反应器膜清洗周期的几个因素

一体式好氧中空纤维膜生物反应器不同操作条件下处理生活污水的试验结果表明,在膜通量１０．４Ｌ／ｍ＾２．ｈ）污泥龄２０ｄ,污泥去除负荷（ＣＯＤ／ＶＳＳ）为０．２２ｋｇ（ｋｇ．ｄ）的正常稳定运行条件下,该系统可在整个膜寿命期限内（３－５ａ）不同洗燕得到优质出水;ＣＯＤ〈２０ｍｇ／Ｌ,ＮＨ３－Ｎ〈１．０ｍｇ／Ｌ,无色无味透明,未检出大肠杆菌,其中,污泥去除负荷,系统运行稳定状况和反应器流态是影响膜清洗周期     

臭氧-CNT膜改性联用工艺阈通量及膜污染分析

采用碳纳米管(carbon nanotube,CNT)对聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)中空纤维超滤膜进行改性,结合臭氧预氧化技术,考察了臭氧-CNT膜改性联用工艺的阈通量及膜表面污染情况.结果表明,原膜阈通量为45 L·(m~2·h)~(-1),联用工艺下阈通量为81 L·(m~2·h)~(-1),联用工艺相对原膜阈通量提高了约80%;且联用工艺的污染速率最低,约为0. 001 37k Pa·min-1·L-1·m~2·h.相同臭氧投量与CNT负载量下,对比联用工艺阈通量与临界通量运行情况,得出阈通量下运行过水量高于临界通量运行,表明阈通量下运行能够缓解膜污染,延长膜组件的运行时间.膜污染碳平衡实验结果表明,采用CNT对膜改性后,膜组件的纳污能力与可恢复性得到明显提高,臭氧氧化能够进一步提高CNT改性膜组件的可恢复性,大幅提高其过水性能和使用时间.     

PES/PAN膜在MBR中膜污染机理及抗污染性能

采用液-固相转化法,以聚醚砜(PES)、氯化锂(LiCl)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为原料制备PES膜,并在体系中添加聚丙烯腈(PAN)制备PES/PAN膜。在操作温度25℃,操作压力90KPa条件下制得的PES/PAN膜、自制PES膜和商品PES超滤膜分别为222L/(m·2h)左右,130L/(m·2h)左右,82L/(m·2h)左右。通过膜生物反应器中膜阻力的测定,表明膜污染主要由沉积层引起的,另一方面长期运行膜孔堵塞也是阻力增大的原因。在MBR中运行时,PES/PAN膜、自制PES膜和商品PES超滤膜膜通量的衰减速率分别为0.2559L/(m·2h·min)、0.3366L/(m·2h·min)、0.3539L/(m·2h·min),PES/PAN膜通量衰减最慢;在MBR中运行15d后,经过化学清洗,PES/PAN膜、自制PES膜和商品PES超滤膜纯水通量恢复率分别为83.75%、63.58%、61.32%,PES/PAN膜通量恢复率最大,抗污染性优于PES膜。     

间歇梯度曝气下缩短SRT强化短程SNEDPR系统脱氮除磷

为了探究间歇梯度曝气下污泥龄对氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）的影响,研究短程硝化内源反硝化除磷系统对于处理低C/N比生活污水的优势作用,本文采用SBR反应器培养好氧颗粒污泥,实验进水采用实际生活污水.结果表明,在SRT由50 d逐渐降低至30 d过程中,比氨氧化速率由3.16 mg·（g·h）^-1增加至4.38 mg·（g·h）^-1,比亚硝酸盐氧化速率由3.4 mg·（g·h）^-1降为1.8 mg·（g·h）^-1左右,可知NOB活性降低约44%,从而使系统实现了短程硝化.当SRT为30 d时,由典型周期实验可知亚硝酸盐最大积累量可达6.93mg·L^-1.由于系统中污泥浓度随SRT的减少而略有降低,因此在反应进行至40 d左右时根据DO曲线采取降低曝气量的策略,最终SRT为30 d时系统出水COD浓度为40.76 mg·L^-1,TN浓度为12.4 mg·L^-1,TP浓度为0.31 mg·L^-1,强化了系统中C、N和P的同步去除,最终得到了稳定运行的短程硝化内源反硝化除磷系统.同时好氧颗粒污泥EPS含量与SRT呈现负相关性,蛋白质含量由污泥龄为50 d的66.7 mg·g^-1升为30 d的95.1mg·g^-1,多糖保持在12.1~17.2 mg·g^-1的范围内,说明SRT的降低对蛋白质含量的影响较多糖大,当SRT为30 d时,PN/PS值保持在6.2左右,好氧颗粒污泥在该条件下仍能保持较好的结构稳定性.     

农副食品加工业高浓度废水的厌氧膜生物反应器技术

农副食品加工业COD年排放量在41种行业废水中排名第2,污染减排刻不容缓.农副食品加工业废水COD浓度高达8 000~30 000 mg·L-1,目前主要采用厌氧-好氧组合工艺处理,存在工艺流程长、管理难和成本高等问题.厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)由于高效的膜与厌氧微生物协同作用,具有COD去除率高(92%~99%),COD负荷率高[2.3~19.8 kg·(m3·d)-1]等工艺特征,同时排泥少(SRT>40 d),基建成本低(HRT为8~12 h).根据高浓度COD的不同构成,COD甲烷化的限速步骤可分为水解酸化限速型、产甲烷限速型.AnMBR的膜污染特征及其控制比好氧MBR更为复杂和困难,现有膜污染控制措施包括错流过滤、曝气冲洗和膜松弛等.针对我国农副食品加工业高浓度废水达标排放的技术需求,AnMBR主要研究方向为提高COD去除率、控制膜污染和提高能源回收率,从而实现短流程厌氧的出水一步达标.