Use of chemical coagulants to control fouling potential for wastewater membrane bioreactor processes.

Chemical coagulation with ferric chloride, alum, and an organic polymer were used to control the fouling potential of mixed liquors for submerged membrane bioreactor (MBR) processes in treating municipal wastewater. Their filterability was evaluated using a submerged hollow fiber ultrafiltration apparatus operated in constant permeate flux mode. The collected transmembrane pressures over filtration time were used to calculate the membrane fouling rates. The results showed that coagulation pretreatment can reduce fouling rates when MBRs were operated above the critical flux. Even though coagulation with the organic polymer formed larger mixed liquor suspended solids particles and had shorter time-to-filtration than those with ferric chloride and alum, the filterability for membrane filtration were similar, indicating that the membrane fouling in MBR systems was mainly controlled by the concentration of smaller colloidal particles.     

膜强化污水病毒去除效能：厌氧和好氧膜生物反应器的对比

城市污水处理系统作为人类生活排水的主要收纳者,是人类肠道病毒的重要储存库,也是肠道病毒进入水环境的重要途径。膜生物反应器在保证出水水质稳定的前提下,同时强化了污水中病毒的削减。但是,目前对好氧(aerobic membrane bioreactors, AeMBR)和厌氧(anaerobic membrane bioreactors, AnMBR)膜生物反应器在削减病毒效能和机制方面的差异了解较少。基于此,本研究对比了AeMBR和AnMBR在同一工况下对城市污水中病毒的去除效能,并探究了污泥吸附病毒,病毒在污泥混合液中的灭活及膜污染对病毒截留的差异。结果表明,AeMBR和AnMBR对城市污水中的病毒去除效率均能达到3 log,但在去除机制上存在差异。AeMBR对病毒的去除率在反应器运行初期迅速上升至2 log,而AnMBR对病毒的去除率随着膜污染的加剧而提高,且和TMP有显著相关性(r=0.81,P<0.05)。厌氧污泥的病毒吸附能力高于好氧污泥,而好氧污泥混合液中病毒的灭活速率高于厌氧污泥混合液。泥饼层是膜生物反应器的膜污染组分中截留病毒的主要贡献者。以单位膜阻力对病毒截留效率为计算依据,AeMBR的膜污染各组分中不可逆污染和原始膜的单位膜阻力对病毒截留效率最大,AnMBR的膜污染的孔道有机污堵物的单位膜阻力对病毒截留效率最大。     

Parameters governing permeate flux in an anaerobic membrane bioreactor treating low-strength municipal wastewaters: a literature review.

The objective of this review was to conduct a comprehensive literature survey to identify the parameters that govern the permeate flux in an anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) treating municipal wastewater. Based on the survey, research to date indicates that the optimal membrane system for an AnMBR consists of an organic, hydrophilic, and negatively charged membrane with a pore size of approximately 0.1 microm. The use of both external and submerged membrane configurations shows promise. The operating parameters that affect permeate flux in an external membrane system are transmembrane pressure (TMP) and cross-flow velocity. The operating parameters that affect permeate flux in a submerged membrane system are TMP, sparging intensity, and duration of the relaxation period. Both cross-flow velocity and sparging intensity impart a significant amount of shear force on the biomass in an AnMBR. High shear forces can reduce the microbial activity in an AnMBR. In addition, high shear forces can reduce the size of the biosolids in the mixed liquor and increase the release of soluble microbial products. In this respect, external and submerged membrane systems are expected to perform differently because the magnitude of the shear forces to which the biomass is exposed in an external membrane system is significantly greater than that in a submerged system. The size of the biosolid particles and concentration of soluble microbial products in the mixed liquor affect permeate flux. Higher concentrations of soluble microbial products may be present in the mixed liquor when an AnMBR is operated at relatively low operating temperatures. Aerobic polishing following anaerobic treatment can potentially significantly reduce the concentration of some components of the soluble microbial products in the mixed liquor. It is not possible to remove the foulant layer on an organic membrane with caustic cleaning alone. Acidic cleaning or acidic cleaning followed by caustic cleaning is required to remove the foulant layer. This suggests that both biological/organic and inorganic material contribute to membrane fouling.     

钙离子对短期膜污染的影响

以处理生活污水的平板膜-生物反应器为依托,通过将进水调配成30、200和500 mg/L 3种不同的钙离子浓度,考察钙离子对短期膜污染的影响。结果表明,随着钙离子浓度的增加,TMP增长趋势变小,膜污染得到缓解;钙离子浓度为200 mg/L时,膜的渗透性最好,而过高的钙离子浓度并不利于降低膜污染。钙离子的投加强化了生物絮凝作用,可以降低SMP和LB-EPS的含量,主要通过降低外部阻力减缓膜污染;投加钙离子也可以增加絮体的大小,较大的絮体形成的泥饼有更好的过滤性,然而过高的钙离子浓度会使无机颗粒的量增加,造成平均粒径下降,将会加重内部污染,进而加剧膜污染。     

3种工艺处理南方某水库水的超滤膜污染

采用3种不同工艺处理南方某水库水,研究了各工艺中超滤单元运行情况和膜污染原因。对于水库原水直接超滤的工艺A,跨膜压差随运行时间的延长持续增长;对于投加混凝剂后的絮凝出水和沉淀出水再进行超滤的工艺B和工艺C,跨膜压差随运行时间的延长增长不显著。对比3种工艺进水/出水基本水质,浊度与无机金属类物质不是导致膜污染的主要因素。三维荧光光谱分析发现水库原水与絮凝和沉淀出水相比,有较高浓度的富里酸和腐殖酸类有机物。ATR-FTIR分析表明含C-OH基团的腐殖酸类有机物会在直接过滤水库原水的超滤膜表面累积,是造成超滤膜不可逆污染的主要物质。对于该水库原水,投加混凝剂后不经沉淀的短流程工艺可有效减缓上述有机物造成的膜污染,具有一定的可行性。     

A modeling study of fouling development in membrane bioreactors for wastewater treatment.

Membrane fouling is a primary concern in membrane bioreactors (MBRs) in wastewater treatment because it strongly affects both system stability and economic feasibility. A mathematical model was developed in this study for membrane fouling in submerged MBR systems for wastewater treatment, in which both reversible and irreversible fouling were quantified. While mixed liquor suspended solids are the major components of the reversible fouling layer, dissolved organic matter is thought to be the key foulant, in particular, responsible for the long-term irreversible fouling of the filtration unit. The model was calibrated (parameter identification) with a set of operational data from a pilot MBR and then verified with other independent operational data from the MBR. The good agreement between theoretical predictions and operational data demonstrates that the outlined modeling concept can be successfully applied to describe membrane fouling in submerged MBR systems.     

次临界操作下的膜污染机理研究

临界通量在膜污染控制的水动力学条件优化中是一个非常有意义的概念。本研究用一种新型的中空纤维膜组件过滤活性污泥混合液 ,采用通量阶式递增法对临界通量进行测定 ,实验表明 ,气水二相流是一个提高临界通量非常有效的方法 ,而且临界通量随着曝气强度的增大而增大 ,根据测定结果 ,可以得出膜生物反应器 (MBR)的 3个水动力学操作区 :超临界区、临界区和次临界区。次临界操作可以防止颗粒物质在膜面上沉积引起的可逆污染 ,在次临界操作下 ,膜污染分为两个阶段 ,第一阶段为不可逆污染发展阶段 ,跨膜压力 (TMP)发展缓慢 ;第一阶段膜的不可逆污染导致膜丝点通量不断的重分配 ,一旦出现膜丝上某一点的通量大于临界通量时 ,颗粒物质就以此点为突破口 ,不断沉积到膜丝表面 ,发生可逆污染 ,膜污染进入第二阶段 ,TMP急剧增加。     

微纳米磁性粒子对膜生物反应器运行效能的影响

针对膜生物反应器(MBR)应用中膜污染这一难题,构建了3套MBR系统对比研究了微纳米磁性粒子对MBR运行效能的影响,包括污染物去除效果、污泥混合液特性、膜污染情况等;并基于高通量测序技术,深入分析了微生物群落演替规律与MBR运行效能的关系。结果表明：微纳米磁性粒子的引入均未在污染物去除方面产生负面影响,MBR出水COD浓度低于50 mg·L−1,出水NH$\ _{{4}}^{{ + }}$-N维持在5 mg·L−1以下,均可达到国家污水排放标准一级A标准(GB 18918-2002);微纳米磁性粒子的引入均有效减缓了膜污染,并且微米尺度材料延缓效果更显著。膜污染组分分析表明：不同粒径磁性材料引入均有效降低了SMP、LB-EPS各组分浓度;同时有效减少了反应器中大分子物质含量,增加了小分子物质含量,因而降低了膜污染速率。微生物群落分析表明,微纳米磁性粒子的引入可能抑制了应器中易引起膜污染的先锋物种Alphaproteobacteria的生长,有效延缓了膜污染,并且微米粒径材料抑制效果更显著。研究结果可为磁活性污泥法调控MBR膜污染的工程应用提供参考。     

在线超声对流化床膜生物反应器污泥混合液性能影响的研究

在流化床膜生物反应器中引入在线超声辐射来控制膜污染,超声功率为300 W、频率分别为中频(50 kHz)和中低频(50 kHz和25 kHz)混合频率,考察了在线超声对反应器内混合液性能的影响及对膜污染的控制效果。结果表明,中频超声辐射不会对反应器内混合液的污泥浓度和粘度产生显著影响,而中低频超声辐射会降低混合液的污泥浓度并造成混合液粘度的升高。2种频率的超声辐射对污泥混合液的过滤性能和污泥活性都有一定的改善作用。连续运行26 d和29d后,在中频和中低频超声辐射的作用下,超声流化床膜生物反应器比普通流化床膜生物反应器的跨膜压差分别低8 kPa和14 kPa,说明2种频率的在线超声均可显著延缓膜污染。     

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.     

膜-生物反应器混合液性质对膜污染影响的研究进展

膜-生物反应器作为一种新型的污水处理和回用技术,近年来在基础研究和实际应用领域都得到广泛关注,但是影响其长期稳定运行的膜污染问题却一直没有得到深入研究和解决.混合液特性是影响膜污染控制的重要因素,从混合液理化性质(组成、功能、结构和环境因素)和生物学性质(微生物群落结构、微生物功能特征)2个方面进行介绍,综述了目前关于混合液性质与膜污染关系的研究现状.目前的研究虽然取得一定进展,但在相关性分析、群落特征与膜污染关系、污染层形成机理等方面仍存在许多不足.     

印染生化尾水反渗透深度处理工艺膜污染成因分析简

为阐明印染生化尾水反渗透膜处理时膜污染的成因,使用小试装置进行40 h膜污染实验,研究膜污染速率、污染程度以及可逆性,同时应用扫描电子显微镜-EDS能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、电感耦合等离子发射光谱仪、总有机碳测定仪等仪器对进水水质、膜表面污染物的形态和组成等进行表征。结果表明,膜表面主要是碳酸钙无机污染和钙与有机物络合污染,无机污染占主导,且可逆性差,有机污染物主要含有—OH和—CC官能团;单一去除废水中有机物污染物（TOC去除率达88%）对膜污染缓解不明显,但钙离子的去除可显著缓解膜污染,膜通量可增加72.6%;同时去除有机物和钙离子,膜通量可增加80.4%。     

曝气对MBBR联合管式膜MBR处理生活污水的影响及膜污染分析

采用移动床生物膜反应器(MBBR)联合管式膜构建气提式管式膜MBR体系用以处理生活污水,考察了曝气对污水处理效果、膜内气液流态及膜过程的影响,探讨了污泥特性的变化及其对膜污染过程的影响机制。结果表明,气提式管式膜MBR体系下膜出水DO浓度高于混合液,且随着曝气量由50 L·h⁻¹提高至150 L·h⁻¹,管式膜内气含率由0.33增至0.60并呈“活塞流”流态,操作周期由6~7 d延长至17 d,膜污染速率由1.54 kPa·h⁻¹降至0.21 kPa·h⁻¹,临界通量显著增大;同时,MBBR混合液中EPS总量呈减小趋势,但MBBR内悬浮污泥粒径变小,且膜表面EPS中PN/PS比例显著高于MBBR混合液。膜表面污染阻力构成分析表明,气提式管式膜MBR体系下容易发生膜孔堵塞,膜污染以不可逆污染阻力为主。     

厌氧膜生物反应器处理低浓度废水的运行效能及膜污染特性

针对厌氧膜生物反应器(AnMBR)成本高、膜污染严重的问题,构建了以不锈钢丝网作为膜材料的新型厌氧膜生物器并将其用于处理低浓度废水,探究了其稳定运行以及耐温度波动的能力。同时,对甲烷产量、跨膜压差(TMP)以及反应器出水中的COD和挥发性有机酸(VFAs)进行了监测和分析,并利用扫描电子显微镜(SEM)对膜污染进行了表征。结果表明：反应器的COD去除率稳定在93%以上;出水中的VFAs仅可检测到乙酸,且平均浓度低于10 mg·L⁻¹;甲烷平均产率为0.28 L·g⁻¹ (以COD计);当温度由35 ℃降到25 ℃时,反应器有较强的耐受能力;在66 d的运行期间内,TMP从0 kPa增长到20 kPa,膜阻最高为4×10¹² m⁻¹。以不锈钢丝网为膜材料构成的新型AnMBR,出水效果良好、产能高、运行稳定。     

助凝剂投加量及pH对BF-UF工艺膜污染的影响

以聚丙烯酰胺(PAM)为助凝剂,在加载絮凝(BF)与超滤(UF)组合工艺净水过程中,系统考察了PAM投加量和原水pH对膜通量衰减及污染可逆性等的影响,并结合加载絮体形态特征与膜污染的相关性,进一步探究了膜污染的生成机理。结果表明,PAM投加量对加载絮体形态、膜滤效能和膜污染的影响显著,且PAM投加量在不足或较大的情况下均会产生不利影响,应以0.3 mg·L⁻¹为宜;在中性条件下的膜污染程度低于偏碱性条件下,而酸性条件下的膜污染程度最为严重,此时膜表面累积形成滤饼层与膜本身之间的静电作用主导膜污染;对于平均粒径大于0.75 mm、分形维数小于1.35的加载絮体,其粒径较大、结构较为松散时形成的滤饼层并不能有效缓解膜污染。从优化运行的角度来看,减少加载絮凝水样中溶解态污染物和未被捕获微砂颗粒的含量以及不含微砂的凝聚体的占比,成为延缓膜污染和稳定出水水质的关键。     

膜-生物反应器处理超市废水中污泥性质与膜污染关系分析

在以处理超市废水实际工程的基础上,通过对污泥性质中的胞外聚合物(EPS)、溶解性微生物产物(SMPs)、溶解性COD(SCOD)和污泥浓度(MLSS)变化的分析,得出EPS积累的原因是多方面的,而EPS的过度积累对沉降性能有一定的恶化作用;此外,EPS与SMPs有很好的相关性.作者采用SPSS软件对污泥性质与膜污染之间...     

纳米材料对膜生物反应器影响的试验研究

通过向一体式膜生物反应器中投加纳米材料来改变料液性质,预防膜污染和提高膜生物反应器对污染物的去除效率,并利用扫描电镜分析中空纤维膜的表观结构的变化情况,通过红外光谱分析活性污泥性质的变化,以探讨防治膜污染的机理。试验结果表明,纳米材料的投加对COD和NH₃-N的去除无明显影响,提高了TP的去除率,TP去除率达70%。而且投加纳米材料可改变活性污泥的性质和生物膜的表观结构,减缓膜污染。     

高效聚合氯化铝对超滤膜污染影响的中试研究

针对某水厂以超滤为核心的短流程水处理工艺,在通过聚氯乙烯(PVC)超滤膜之前选择不同投加量(5、10、15和20 mg/L)的高效聚合氯化铝(HPAC)对长江下游原水进行混凝处理。通过跨膜压差(TMP)增长趋势、CODMn的去除率以及混凝后的水质,可知HPAC的最优投加量为15 mg/L。在此投加量下,运用体积排阻色谱法分析原水、膜前水、膜后水中各相对分子质量有机物的变化,可以发现混凝去除有机物的效果要优于超滤截留的。继而将HPAC与另外4种常用混凝剂:硫酸铝(分析纯)、氯化铁(化学纯)、聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁进行对比,结果表明,在它们各自最优投加量下,HPAC能够更有效地减缓超滤膜TMP的增长率,从而降低膜污染。因此,认为HPAC是与PVC超滤合金膜契合效果最佳的混凝剂。     

曝气对管式MBR膜污染及临界通量影响

采用管式膜微滤高岭土悬浊液,考察了恒通量下曝气对膜污染的影响,并对不同膜面气体流速下跨膜压力和膜污染周期变化进行了研究,此外,采用阶梯通量法对临界通量进行了测定。结果表明,曝气可显著减缓膜污染,延长膜污染周期,同时提高膜的临界通量;随着膜面气体流速由0.067 m·s-1提升至0.251 m·s-1时,膜污染平均速率由0.366 kPa·h-1降低至0.104 kPa·h-1,膜污染周期由8 d延长至31 d,临界通量由8~10 L·（m2·h）-1提高至22~26 L·（m2·h）-1。此外,通过惯性模型分析发现,膜的临界通量与膜面混合流速呈良好的线性关系,R2=0.98;但随着膜面气体流速的增加,悬浊液中高岭土粒径逐渐变小,并且通过膜表面污染阻力构成分析发现,膜表面不可逆污染阻力由13.9%提高至31.6%,这不利于膜污染控制。     

好氧MBR处理垃圾渗滤液中膜面优势污染物及污染阻力

将好氧MBR处理垃圾渗滤液装置中的污泥混合液进行合理分离,通过死端过滤实验和膜污染阻力测定实验,以确定MBR中造成膜污染的优势污染物和优势污染阻力。实验结果表明,上清液中的胶体物质和大分子粘性有机物是造成膜污染的优势污染物;膜污染阻力主要由凝胶极化阻力和外部污染阻力构成,二者之和占总污染阻力的95%以上。