利用数学模拟方法分析硝化MBR系统中SMP转换过程

为深入了解膜生物反应器（MBR）中微生物代谢产物（SMP）的生成降解以及利用情况,研究了以NH4Cl为惟一能源物质的硝化MBR反应器中SMP浓度以及分子量（MW）变化情况,并运用活性污泥模型3（ASM3）准确地计算出微生物利用底物相关的溶解性产物（UAP）和微生物死亡相关的溶解性产物（BAP）的量分别是多少,最终证明硝化系统中产生的SMP可作为能源物质被异养菌进一步利用,而且相较于BAP而言UAP更易于被生物降解,得出结论BAP是SMP中的主要污染成分。     

不同泥龄MBR中溶解性微生物代谢产物对膜污染的影响

通过4套平行运行的小试膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)研究了不同泥龄下溶解性微生物代谢产物(soluble microbial products,SMP)对膜污染的影响.以多糖、蛋白质表征SMP的含量,并通过三维荧光光谱(EEM)、分子量分布(MW)、红外光谱(FTIR)及扫面电镜-能谱分析(SEM-EDX)技术分析了不同泥龄下SMP的变化.结果表明,各泥龄MBR对氨氮和COD均有较好的去除效果,但SMP的含量以及膜污染程度均随着泥龄的升高而降低.泥龄越低,膜阻力越大,小分子量物质(＜1 000)积累程度越大,低泥龄MBR中蛋白质以及腐殖酸类物质含量较高;扫描电镜-能谱分析(SEM-DEX)结果表明,金属元素更容易在低泥龄MBR中的膜表面堆积.     

水力停留时间对MBR中溶解性微生物产物生成的影响

考察水力停留时间(HRT)对MBR中膜污染的主要污染物——溶解性微生物产物(SMP)生成的影响。结果表明,在装置稳定运行期间,MBR中SMP随运行时间出现累积。与HRT为8 h相比,HRT为12 h时,SMP在MBR中平均累积量要少10.1%,SMP中多糖含量平均高7 mg/L左右,而蛋白质含量平均低45.6%。SMP的平均粒径随装置运行呈下降趋势,并且HRT较短有利于粒径较小的SMP生成,从而堵塞膜孔;HRT较长有利于粒径较大的SMP生成,从而形成凝胶层,两种情况导致膜污染的机制不同。     

PAC-MBR处理垃圾渗滤液的硝化性能研究

研究了粉末活性炭(PAC)作为载体的膜生物反应器(MBR)处理吹脱后垃圾渗滤液的硝化性能.在HRT=3 d、NH 4-N=200～500 mg/L条件下,进水pH＞8.7时,PAC-MBR和没有添加PAC的普通MBR均只能将氨氮转化为NO-2;降低pH至7.6～8.2时,PAC-MBR中的亚硝酸盐氧化菌迅速恢复活性,将NO-2完全转化为硝酸盐,而普通MBR仍然停留在亚硝化阶段;当吹脱取消后,NO-2迅速消失,这可能与取消吹脱后,不再使用大量硫酸进行pH调节有关.研究发现,当SO2-4为3 g/L时,氨氮氧化速度出现了明显的下降,表明SO2-4对硝化菌具有抑制作用;同时,微生物代谢产物(SMP)分泌量越高,NO-2含量越低,但是SMP不是影响NO-2积累的主要原因.     

PAC-MBR处理垃圾渗滤液的硝化性能研究

研究了粉末活性炭（PAC）作为载体的膜生物反应器（MBR）处理吹脱后垃圾渗滤液的硝化性能。在HRT=3d、NH4^＋N=200～500mg／L条件下，进水pH〉8．7时，PAC-MBR和没有添加PAC的普通MBR均只能将氨氮转化为NO2^-；降低pH至7．6～8．2时，PAC—MBR中的亚硝酸盐氧化菌迅速恢复活性，将NO／完全转化为硝酸盐，而普通MBR仍然停留在亚硝化阶段；当吹脱取消后，NO／迅速消失，这可能与取消吹脱后，不再使用大量硫酸进行pH调节有关。研究发现，当SO4^2-为3g／L时，氨氮氧化速度出现了明显的下降，表明SO4^2-对硝化菌具有抑制作用；同时，微生物代谢产物（SMP）分泌量越高，NO2^-含量越低，但是SMP不是影响NO2^-积累的主要原因。     

光照强度对光能自养生物膜去除低污染水体中硝态氮的影响研究

低污染水体存在C/N较低的特征,往往导致水体自净过程中反硝化碳源的不足.提出采用光能自养生物膜去除低污染水体中的硝态氮,研究不同光照强度对光能自养生物膜脱氮能力的影响,并验证了生物膜自行产生的胞外聚合物(EPS)及溶解性微生物产物(SMP)中多糖能否成为反硝化的碳源.结果表明,采用光能自养生物膜去除低污染水体中硝态氮具有良好的效果,光照强度的提高可以有效促进硝态氮的去除,在光暗比为12:12、水力停留时间为72 h时,1 500、3 000、4 500 lx光照强度下系统的硝酸盐去除率分别为37.1％、56.7％、62.5％,且随着光照强度增加硝酸盐去除速率逐渐提高;光照强度的增加可促进光能自养生物膜系统的EPS、SMP中多糖的产生,且光暗交替时EPS、SMP中多糖浓度呈“锯齿形”变化,在有光照时浓度明显上升,而在无光照时浓度下降;光能自养生物膜系统的EPS、SMP中的多糖可作为碳源被反硝化菌利用,而且在无外加碳源条件下,SMP中多糖对碳源的贡献大于EPS中的多糖.     

膜-生物反应器中溶解性微生物产物的研究进展

本文就膜 -生物反应器中溶解性微生物产物的生成特性及其影响的研究进展进行了总结。在膜 -生物反应器中 ,膜的高效固液分离作用在提高系统容积负荷和出水水质的同时 ,也使生物反应器成为一个相对封闭的系统。以腐殖质、多糖、蛋白质等物质为主要成分的溶解性微生物产物是生物处理出水中溶解性TOC或COD的主要组成部分 ,主要产生于微生物的基质分解过程和内源呼吸过程 ,其高分子物质的含量较多且可生物降解性较差 ,因此 ,在膜 -生物反应器中会出现积累。溶解性微生物产物的过高积累不仅有可能降低膜过滤出水的水质稳定性 ,而且有可能影响污泥活性 ,并引起膜污染。进水浓度和污泥浓度是影响溶解性微生物产物产生量的重要因素。目前有关膜 -生物反应器中溶解性微生物产物的研究还很不完善 ,有很多问题需进一步研究     

不同分子量聚乳酸的异养反硝化脱氮性能及脱氮反应机制

聚乳酸(PLA)是一种发展潜力巨大的反硝化固体碳源。为探究不同分子量PLA反硝化脱氮路径及机制,以不同分子量PLA为固体碳源研究了PLA的静态释碳性能和反硝化脱氮效果,考察了反硝化出水溶解性有机质(DOM)组分和微生物群落结构。结果表明：PLA释碳稳定,在清水和脱氮反应器中出水COD均能稳定在20 mg·L^-1;PLA分子量越低,脱氮效果越好,5 000 g·mol^-1分子量PLA的NO₃^--N去除率和反硝化速率达到100%和1.29 mg·L^-1·h^-1。PLA脱氮路径有2条：一是反硝化功能菌群利用水解微生物分解PLA释放的小分子碳源作为电子供体进行异养反硝化作用;一是微生物利用溶解性微生物代谢产物等有机物进行反硝化脱氮。该研究结果可为PLA固体碳源在反硝化脱氮工艺中的高效应用提供参考。     

废水生物处理出水中溶解性微生物产物的形成机制与特征

废水生物处理出水中的溶解性微生物产物(SMP)主要产生于基质降解和微生物的内源呼吸过程,它的存在是影响生物处理出水水质和有机物去除率的一个重要因素,已引起人们的普遍关注.简单阐述了SMP的定义,详细探讨了废水生物处理出水中溶解性微生物产物的形成机制与特征.     

CAS和MBR工艺污泥微生物在贫营养环境中代谢产物的研究

在恶劣环境下不同污泥的微生物代谢产物组分是具有差异的。这种差异将导致活性污泥对环境的适应能力有所不同。MBR工艺和传统活性污泥法(CAS)工艺的污泥在贫营养的恶劣条件下适应能力也有所不同。由于MBR污泥在环境适应的初期便能大量的利用可生物降解的EPS作为碳源,并迅速产出SMP维持细胞两侧压力,使得其污泥活性降低速度较为缓慢。而CAS工艺污泥则经过一段时间的适应后,才能将EPS中可生物降解的部分作为营养物质进行代谢。CAS污泥对EPS降解能力低于MBR污泥,污泥中残存的EPS高于MBR污泥。当污泥中微生物大量死亡时,由于EPS的保护作用,污泥絮体得到较大的保存,胞内物质不能大量扩散至污泥上清液中。两者EPS中蛋白质和多糖呈下降趋势,而SMP的蛋白质和多糖呈上升趋势,且微生物对多糖的利用能力高于蛋白质。     

Long term performance of MBR for biological nitrogen removal from synthetic municipal wastewater

This study monitors the long term performance of membrane bioreactor (MBR) for the treatment of synthetic municipal wastewater at solid retention time (SRT) of 40 and 20d with particular emphasis on simultaneous nitrification-denitrification (SND). SND was greatly influenced by the operating dissolved oxygen (DO). It was found that at an SRT of 20d, nitrogen removal through assimilation into biomass increases as a result of higher biomass yield. The profile of soluble microbial products (SMP) conformed to a cyclical pattern in the MBR with respect to SRT. Decrease in SRT from 40 to 20d resulted in doubling of accumulated SMP concentration (to 56mgl(-1)) in the MBR. This however, was accompanied by a simultaneous drop in percentage of SMP with MW>100kD, from 42.4% to 33%. Also, the sludge filterability decreased by 24-folds despite a decrease in the biomass concentration, following the above reduction in SRT. It was found that the volumetric oxygen transfer coefficient (K(l)a) was a function of biomass concentration in MBR with the ratio of the oxygen transfer coefficient in mixed liquor to that of clean water (alpha) to be 0.2-0.5.     

吸附-预沉淀MBR工艺处理生活污水及膜污染控制效果

膜污染是限制膜生物反应器（MBR）广泛应用的主要因素之一。针对MBR处理生活污水过程中存在的硝化效果不稳定与膜污染问题,提出了一种新型的MBR系统：通过吸附-预沉淀实现进水中碳氮的分离和单独处理,不仅提高了污染物去除效果,且能够有效控制膜污染。研究结果表明,吸附-预沉淀可以去除进水中约89.7%的有机物,系统出水COD、NH₄⁺-N平均浓度为24 mg/L、0.78 mg/L,去除率分别为95.9%和98.1%。MBR中碳氮比的降低和硝化细菌比例的增加大大降低了MBR内MLSS、EPS和SMP含量,平均浓度分别为5 185 mg/L、41 mg/g MLSS和2.62 mg/g MLSS。在膜通量为4 L/（m²·h）条件下,TMP可稳定保持在20 kPa左右。通过吸附-预沉淀过程可有效控制MBR中的膜污染。     

膜生物反应器污泥内源消化及SMP变化

膜生物反应器（MBR）中高污泥浓度和低F/M会导致部分微生物长期处于贫营养状态下,因此采用污泥内源消化试验模拟MBR中实际存在的贫营养现象。比较了好氧消化（AD）和好氧/缺氧消化（A/A/D）2种模式对于A²O+MBR工艺剩余污泥的内源消化效果及SMP的变化。研究结果表明,常温条件下A/A/D 20 d MLVSS的去除率可达到50%,AD为42%,缺氧段的引入促进了有机物和营养物质等的释放和去除,SMP浓度均呈现出显著降低而后缓慢增长并趋于稳定的趋势。EEM光谱分析表明,SMP中不同的荧光物质在内源消化过程中呈现出不同的变化规律。GPC分析认为,内源消化过程中SMP的分子量范围逐渐扩大,小分子量有机物呈增长趋势,A/A/D对SMP的降解比AD更为有效。     

Influence of soluble microbial products (SMP) on wastewater disinfection byproducts: trihalomethanes and haloacetic acid species from the chlorination of SMP

Introduction  

Effluent organic matter from biological wastewater treatment plants is composed of degradation products and soluble microbial products (SMP). Protein, polysaccharide, humic acid, and DNA were major biomolecules of SMP. Little is known about the effects of SMP as microbially derived precursors on disinfection byproduct formation and speciation in biologically treated wastewater. In addition, there has never been any attempt to directly chlorinate the major biomolecules of SMP.     

The effect of organic and hydraulic shock loads on the production of soluble microbial products in anaerobic digesters.

Anaerobic chemostats were used to investigate the effects of organic and hydraulic shock loads on the production of soluble microbial products (SMP). Production of SMP was found to increase during glucose spikes, reaching up 15% of the influent chemical oxygen demand. These SMP appear to be utilization-associated products produced as a result of the temporarily high organic load, and chemical analysis and ultrafiltration experiments revealed that most of these compounds are difficult to identify and that the majority of them are present in the low molecular weight (MW) range. Production of SMP also increased when the hydraulic retention time was reduced from 15 to 3 days, and an increase in DNA concentration in the bulk solution suggested enhanced cell lysis. Although the cause of lysis was not clear, it is believed that most of the SMP produced under such conditions were biomass-associated products following cell death. While the majority of these compounds lay in the low MW range, as much as 35% were found to have MWs greater than 1 kDa. During the period when the anaerobic chemostat was fed no alkalinity and the pH remained lower than 6.5 for more than a week, a slightly higher production of SMP and a shift in the MW distribution towards the production of higher MW SMP was observed.     

应用自动识别和定量系统评价两种污水再生工艺对微量有机污染物的去除效果

采用气质联用分析,并结合自动识别与定量系统(AIQS-DB)考察2种再生水厂采用的深度处理工艺对微量有机污染物的去除效果。结果表明,以污水为原水的膜生物反应器(MBR)+臭氧氧化+生物活性炭滤池(BAC)工艺用于再生水生产,MBR工艺对有机污染物的去除起主要作用;城市污水厂二级出水为原水的混凝沉降+浸没式超滤(SMF)/连续微滤(CMF)+部分反渗透(RO)+臭氧氧化工艺用于再生水生产,其SMF和CMF工艺段的膜截留作用均可有效消减有机污染物含量,SMF的效果优于CMF;2种工艺中采用的臭氧技术都能进一步加强部分物质的去除效果。气质联用结合AIQS-DB可用于再生水中污染物的筛查和不同污水再生工艺对微污染物消减效果的评价。     

MFC-MBR耦合系统运行效果

膜生物反应器(MBR)是一种高效的污水处理工艺,而微生物燃料电池(MFC)能有效降解污泥中的胞外生物有机质(EBOM)并回收电能.将MFC与MBR联用,建立了一套能够有效抑制膜污染同时回收电能的新系统——MFC-MBR耦合系统,MBR的剩余污泥经MFC处理后回流.以传统MBR为对照,对耦合系统中污水处理效果、膜污染情况和污泥混合液的性质进行研究.研究表明,耦合系统的污水处理效果没有明显恶化,COD去除率为94％,NH4+-N的去除率为92％.耦合系统能够有效减缓膜污染的发生,清洗周期延长了28％.污泥混合液的MLVSS/MLSS稳定在80％ ～ 88％,系统内几乎没有无机颗粒积累.松散结合态胞外聚合物(LB-EPS)降低了48％,使污泥混合液性质得到改善.较低的污泥比阻(2.69×1012m/kg)和标准化毛细吸水时间(1.67 s·L/g MLSS),证明耦合系统污泥混合液脱水性能提高了.