膜-生物反应器处理高盐废水膜面污染物特性研究

研究MBR在低有机负荷条件下处理高盐废水的膜面污染物特征.结果表明,稳定运行121 d后,MBR对有机物和NH+4-N去除率稳定,出水效果良好;污泥性质发生较大变化,挥发性固体含量(VSS)/固体含量(SS)的下降,污泥体积指数(SVI)下降,表明污泥中无机成分含量增加,絮体更为紧密,沉降性能变好;污泥溶解性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)成分发生较大变化,蛋白质所占比例降低,腐殖酸所占比例增加;扫描电子显微镜-X射线能谱仪(SEM-EDX)结果表明膜面存在无机污染物,其主要组成元素为Na、Al、Mg、Ca、K、Fe、Ti、Cr、W、Si和Cl;凝胶过滤色谱(GFC)分析表明,SMP中的大分子有机物被膜截留并累积是形成膜污染的原因之一;傅立叶红外(FTIR)光谱和三维荧光光谱(EEM)分析表明,膜面有机污染物的主要成分为糖类、蛋白质和腐殖酸;膜污染物组分质量分析说明在处理高盐废水时无机膜污染不可忽略.     

曝气膜生物反应器运行过程中污泥活性特征变化及其对膜污染的影响

研究了曝气膜生物反应器运行过程中活性污泥主要活性特征变化及其对膜污染的影响.通过排出剩余污泥的办法维持活性污泥浓度在4000 mg·L-1左右,并连续运行75 d.运行期间,每日检测活性污泥的各项性质指标便于反映污泥特性的变化.结果表明,随着反应器运行时间的延长,污泥脱氢酶活性逐渐增加,其对反应器的运行有着两方面的作用,一方面会强化微生物对污染物的去除,但另一方面则导致了胞外聚合物的增加,并加速膜污染.而污泥表观产率则随着运行时间的延长先增加后有所减少,其粒径逐渐减小,且胞外聚合物呈现增加的趋势,总的出水水质情况逐渐提高,与此同时,反应器内原生动物及后生动物在运行前期较少,而在后期大量出现.膜污染分析结果表明运行后期膜污染速度明显加快,其原因在于:污泥粒径的减小以及胞外聚合物的增加导致细小颗粒及胞外聚合物堵塞或在膜表面沉积数量增加.     

分置式厌氧陶瓷膜生物反应器处理模拟生活污水试验研究

为强化厌氧系统的处理效能,延缓厌氧膜生物反应器膜污染速率,采用分置式厌氧陶瓷膜生物反应器处理模拟生活污水.结果表明:厌氧反应器UASB经过60 d的启动,可实现对模拟生活污水的良好处理,COD去除率超过90%;耦合膜组件运行后,膜出水COD在22.58 mg·L~(-1)左右,COD总去除率平均为95.53%,甲烷日均产量为352 mL·d~(-1),产率最高达到0.11 m~3·kg~(-1);跨膜压差(TMP)达到26.81 kPa时膜污染严重,周期为14 d,反冲洗能够去除膜表面的泥饼层,有效地延长膜污染周期;对混合液及滤饼层中的多糖和蛋白质浓度进行了分析,结果表明,蛋白质是引起膜污染的主要物质.     

微塑料对短流程膜工艺中膜污染的影响

微塑料作为新型污染物越来越受到关注.随着微塑料在饮用水源地逐渐检出,亟需了解当前水处理工艺对其去除效能与机制.随着膜法饮用水处理技术的发展,短流程膜工艺以其占地面积小、去污效能高成为重要研究方向.因此,考察了微塑料对短流程膜工艺尤其膜污染的影响.结果表明,微塑料混凝前后,滤饼层始终是引起膜污染的关键诱因.超滤膜由于孔径小(d 0. 1μm),微塑料(d 5 mm)本身不会引起严重膜污染.然而,与铁盐混凝后,由于絮体的存在使得滤饼层相对疏松,但随着混凝剂投量增加,小粒径微塑料容易进入絮体形成的网络空间,形成致密滤饼层,严重加剧膜污染.pH 7. 0时0. 1 mmol·L~(-1)和0. 9 mmol·L~(-1)FeCl_3·6H_2O水解絮体导致的膜比通量分别为0. 82和0. 76.然而,0. 1 g小粒径微塑料(d 0. 5 mm)分别与0. 1 mmol·L~(-1)和0. 9 mmol·L~(-1)FeCl_3·6H_2O混凝后导致的膜比通量分别降低至0. 76和0. 62.此外,水环境中微塑料多呈负电.与碱性环境相比,氯化铁水解絮体在酸性环境中呈正电且粒径较小,微塑料容易被絮体吸附、捕获,进而形成相对致密滤饼层,引起严重膜污染.pH 6. 0和8. 0时,0. 1 g小粒径微塑料(d 0. 5 mm)与0. 3 mmol·L~(-1)FeCl_3·6H_2O混凝后膜比通量分别为0. 55和0. 79.     

膜生物反应器膜污染的水力学控制实验研究

叙述了膜污染是影响膜-生物反应器处理技术推广应用的关键因素，采用水动力学方法是控制膜污染的有效方法。在不同污泥浓度条件下。对不同曝气强度下膜污染的发展速率及其形成机理进行了试验研究，研究结果表明：对应于不同污泥浓度均存在一个经济曝气强度，其大小随污泥浓度升高呈线性增加，膜生物反应器在经济曝气强度条件下运行可控制膜污染的发展；并从理论上推导出一个临界污泥浓度，其值为5．15g／L。对应于临界污泥浓度，并且污泥絮体在膜面可形成比较稳定的动态膜，膜过滤压差上升的速率最慢，膜生物反应器在此临界污泥浓度条件下运行膜污染发展最为缓慢。     

膜-生物反应器中荧光物质对膜污染的影响

采用三维荧光(EEM)技术对膜-生物反应器(MBR)运行过程中进出水、膜面溶解性污染物、溶解性微生物(SMP)和胞外聚合物(EPS)进行分析,并对各运行条件下荧光强度与膜污染速率进行比较.结果表明:各工况膜污染顺序为工况1(0.55 kPa/d)<工况3(1.37 kPa/d)<工况2(1.71 kPa/d)<工况4(3.69 kPa/d),SMP中的类蛋白质和类富里酸,以及EPS中的类蛋白质和类腐殖酸,均与各工况膜污染速率呈一致的变化趋势,而膜面溶解性污染物中的类蛋白质荧光峰则与膜污染速率没有明显的关系,说明在膜表面积累的荧光物质可能与其他有机物共同作用影响了膜污染速率.      

环丙沙星对膜生物反应器运行效能的影响及其去除特性

采用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)处理含环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的模拟废水,考察了不同CIP投加浓度(0、5、10 mg·L~(-1))下的污染物去除效果和微生物群落的变化.结果表明,随着CIP投加浓度从0 mg·L~(-1)增加至5 mg·L~(-1)再增加至10 mg·L~(-1),反应器中污泥浓度呈现先减少后波动平衡的趋势;COD和TOC平均去除率分别从98.40%和97.80%下降至84.20%和94.10%,表明CIP对有机物去除有所影响但影响程度不大;氨氮去除效率受CIP投加浓度的影响较大,随着CIP投加浓度从0 mg·L~(-1)增加至5 mg·L~(-1)再增加至10 mg·L~(-1),氨氮去除效率从96.91%降低至84.14%再降低至77.80%,亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、产碱菌属(Alcaligenes)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)和硝化杆菌属(Nitrobacter)的活性明显下降;而CIP去除率总体呈现先增后减的趋势.物料衡算分析表明,MBR中CIP的去除主要是通过生物降解和污泥吸附,在CIP投加浓度为5 mg·L~(-1)时分别去除了30.13%和0.25%的CIP,在CIP投加浓度为10 mg·L~(-1)时分别去除了7.55%和1.81%的CIP.     

盐度对EGSB反应器的运行及厌氧颗粒污泥的影响

高盐废水通常含有高COD浓度,难以处理,引用具有耐盐性能的生物反应器处理高盐废水成为必要.使用模拟高盐废水在3.267 kg·(m~3·d)~(-1)的COD容积负荷下,将Cl~-浓度逐步从0提升至10 000 mg·L~(-1),研究盐度对膨胀颗粒污泥床(expanded granular sludge bed,EGSB)反应器的影响.结果表明,Cl~-浓度小于7 500 mg·L~(-1)时,对微生物的抑制作用较低;Cl~-浓度为7 500 mg·L~(-1)时,反应器的COD去除率能保持在98.1%左右,容积产气率能够基本保持在1.3 m~3·(m~3·d)~(-1)以上,大粒径的厌氧颗粒污泥仍然占据体系的主体;当Cl~-浓度为10 000 mg·L~(-1)时,反应器中的厌氧颗粒污泥受到严重影响.采用高通量测序技术对0和5 000 mg·L~(-1)两个Cl~-浓度下的厌氧颗粒污泥的微生物菌群结构进行分析,结果表明,盐度影响了微生物的种群分布,在5 000 mg·L~(-1)的Cl~-浓度下,主要的优势菌属由Cl~-浓度为0时的Methanoregula与Longilinea变为Methanobacterium、Methanospirillum、Methanothrix和Paludibacter.     

膜基材对连续流动态膜厌氧混合发酵系统的影响

采用动态膜生物反应器(DMBR)成功启动并稳定运行了玉米秸秆与餐厨垃圾中温厌氧混合发酵系统,重点探究了膜基材性质(膜面积、膜孔径和膜材质)对连续流动态膜混合发酵系统运行性能和动态膜性能的影响.结果表明,膜面积、膜孔径和膜材质对动态膜的形成、膜通量的改变和有机质的截留能力均有影响显著.其中,适当增大膜面积以降低膜通量能够显著降低膜反洗频率;与200目尼龙网膜基材相比,相同膜面积的300目不锈钢膜基材的有机质截留率更高(95%),稳定状态出料浊度低于50 NTU,相应的DMBR系统甲烷产率由(111.1±7.9) mL·g~(-1) COD增至(217.1±18.6) mL·g~(-1) COD.比对分析可知,300目不锈钢膜基材能够较好地实现混合发酵系统水力停留时间(HRT)和固体停留时间(SRT)的稳定分离,有利于最大限度地提升混合发酵系统的甲烷产率.此外,在选定动态膜组件较优膜面积、膜孔径(300目)和膜材质(不锈钢网)的基础上,设定有机负荷、HRT和SRT分别为(3.91±0.55) g·L~(-1)·d~(-1)、30 d和46 d,连续流动态膜混合发酵系统能够实现长时间高效稳定运行,反应器内辅酶F_(420)浓度(1.65μmol·g~(-1) VS)较高,且纤维素类生物质降解显著.     

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.     

微藻膜反应器处理海水养殖废水性能及膜污染特性

以海水养殖废水为研究对象,探究了微藻膜反应器的脱氮除磷效能及膜污染特性.采用青岛大扁藻（Platymonas helgolandica tsingtaoensis）作为生物源,经过60 d的运行,微藻膜反应器的TN和TP去除率分别为73.6%和77.9%,TN和TP去除速率达到15g·（m³·d）^-1和2.8g·（m³·d）^-1.反应器中的微藻能够较快富集,最大生长速率可达53.3mg·（L·d）^-1,最大生物量可达1.4 g·L^-1.第18d和38d分别对反应器中的微藻进行采收,未影响反应器的脱氮除磷效能,且可以在一定程度上缓解膜污染现象.微藻生物量的增加会显著提高膜污染物质的含量,三维荧光光谱结果表明,色氨酸类蛋白质和芳香类蛋白质是造成膜污染的重要因素.     

预处理对短流程超滤工艺不可逆膜污染影响的中试试验

以东江水为处理对象,进行直接超滤、微絮凝-超滤和絮凝/活性炭-超滤中试研究,探讨预处理对短流程超滤工艺不可逆膜污染的影响.利用扫描电镜形貌观察、三维荧光光谱(EEM)和高效排阻色谱法等手段对不可逆膜污染物进行表征分析,比较预处理对不可逆膜污染物含量和组分的影响,阐述预处理对不可逆膜污染影响的机制.结果表明,在10 L·(m~2·h)~(-1)低通量运行下,微絮凝预处理使不可逆膜污染增长速率从直接超滤的0.32 k Pa·d~(-1)下降到0.16 k Pa·d~(-1),絮凝/活性炭预处理后超滤工艺几乎零污染运行,且当絮凝/活性炭-超滤运行通量增加至17 L·(m~2·h)~(-1)时,仍没有观察到明显的不可逆膜污染增长.东江水中不可逆膜污染的主要组分是蛋白质类和富里酸等腐殖质类物质.微絮凝通过改变膜表面滤饼层的结构(厚度和密实性),提高物理清洗效率,减轻不可逆膜污染的积累;絮凝/活性炭预处理提高对不可逆膜污染物的去除效果,减轻膜污染负荷,控制不可逆膜污染.因此,采用絮凝和絮凝/活性炭预处理工艺,均可有效降低短流程超滤工艺不可逆膜污染积累.     

盐度条件下ANAMMOX-EGSB反应器颗粒污泥微生物群落

采用高通量测序技术探究了0、15和30 g·L^-1盐度条件下稳定运行ANAMMOX-EGSB反应器中颗粒污泥的微生物群落变化.结果发现,进水盐度提升至15 g·L^-1及30 g·L^-1后,反应器脱氮性能呈现小幅下降,随运行时间延长脱氮性能均可恢复.反应器性能稳定后,3种盐度条件下厌氧氨氧化菌的丰度依次为10.33%、20.90%和35.87%,其中Candidatus Kuenenia属为优势属.浮霉状菌门、变形菌门、绿弯菌门丰度占总体比例较高且累计丰度超过了80%,为反应器的优势菌门.盐度条件下,浮霉状菌门丰度增加,变形菌门丰度降低,绿弯菌门丰度相对稳定.电镜扫描显示盐度条件下颗粒污泥表面有大量丝状菌和胞外聚合物.盐度条件下反硝化菌丰度提高,增强了反硝化协同脱氮,绿弯菌门和拟杆菌门微生物丰度的提高有利于维持颗粒污泥结构稳定,好氧微生物及反硝化菌的存在也有利于维持反应器内部厌氧水平.这些结果表明,厌氧氨氧化菌经驯化可适应盐度,盐度条件下伴生菌对厌氧氨氧化菌功能的发挥提供了支撑.     

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.     

餐厨垃圾和剩余污泥厌氧混合发酵过程的动态膜强化特性研究

比较了厌氧动态膜生物反应器（DMBR）与完全混合式反应器（CSTR）在处理餐厨垃圾（FW）和剩余污泥（WAS）时的发酵产气过程,验证了高负荷餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵时DMBR系统运行的稳定性,考察了动态膜（DM）基材孔径（300目、200目和100目）对DMBR运行性能及其固液分离效果的影响.结果表明：一体式DMBR能够强化餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵的高负荷稳定运行,DMBR过膜滤液中平均总挥发性脂肪酸（TVFA）为86.1 mg·L^-1,低于CSTR排泥中TVFA的浓度（527.3 mg·L^-1）.当动态膜基材孔径为300目时,DMBR过膜滤液中总有机物（TCOD）为（1.6±1.1）g·L^-1,相应的固液分离效果优于200目（（3.2±1.9）g·L^-1）和100目（（32.0±1.3）g·L^-1）动态膜基材,即当动态膜基材孔径为100目时,DMBR过膜滤液中TCOD比300目动态膜基材高6.7倍.与200目动态膜基材孔径相比,300目动态膜基材相应的跨膜压差增长缓慢,反洗频率和运行能耗均较低,而100目动态膜基材孔径过大,固液分离效果较低.因此,在高负荷餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统中,选用300目动态膜基材形成的动态膜过滤效果最优.此外,本文还对比分析了有机废物和废水处理领域中较优的动态膜基材孔径及DMBR的应用情况,为拓展DMBR在有机物处理领域的应用提供依据.     

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.