厌氧膜生物反应器的现状、挑战和前景

厌氧膜生物反应器(AnMBRs)不仅可以高效去除污染物,改善出水水质,而且可以实现生物能源回收,对保护环境和缓解能源危机具有重大意义。膜污染作为制约AnMBRs应用与推广的限制因素得到了大量关注,各种缓解和控制膜污染的方法和技术不断涌现。因此,对AnMBRs的运行机理、多元化应用、膜污染情况进行综述,并分析和评估了微生物电催化系统(BES)-AnMBRs组合工艺的可行性和发展潜力,以期为AnMBRs工程应用和未来发展提供理论和技术参考。     

十二烷基苯磺酸钠(SDBS)-氢氧化钠耦合污泥脱水技术研究

研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)-氢氧化钠(NaOH)耦合预处理对污泥特性的影响,分析了不同预处理条件下污泥溶解性化学需氧量(SCOD)、挥发性悬浮物(VSS)、总悬浮物(TSS)和有机酸溶出率随时间的变化规律,并进一步探讨了其对污泥脱水性能的影响.结果表明,SDBS-NaOH耦合作用时能有效地加速VSS和TSS的溶解,提高污泥水解相SCOD的浓度,当SDBS和NaOH的投加量分别为0.02g·g-1污泥(污泥干基,下同)和0.1g·g-1污泥时,VSS溶解效率高达64.0%,此时TSS含量最低,仅为23.2mg·l-1;另外,当SDBS和NaOH添加量分别为0.02和0.25g·g-1时,污泥的脱水性能良好,脱水后污泥的含水率可降到72%左右,而未预处理的污泥其含水率高达84%。     

间歇通电和电极反转对MEC-CSTR反应器污泥餐厨垃圾协同厌氧消化的影响

城镇化快速发展导致大量污水污泥(Sewage Sludge, SS)和餐厨垃圾(Food Waste, FW)等有机固废的排放和产生。将微生物电解池(Microbial Electrolysis Cell, MEC)引入到厌氧消化(Anerobic Digestion, AD)过程可实现其高效的甲烷转化。本研究探究了间歇通电和电极反转对MEC-连续搅拌式反应器(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)的影响。结果表明,在1.2 V的外加电压和15 d的污泥停留时间(Sludge Retention Time, SRT)的条件下,MEC-CSTR运行良好,甲烷产率达到(741.9±99.2) mL/L_-reactor/d。短暂断电(2 d)未对系统各项性能造成不良影响,而过长断电(7 d)则会降低反应器的有机物水解效果和甲烷产量;同时,连续电极反转会引起甲烷产量((541.7±32.0) mL/L_-reactor/d)的下降;然而,无论间歇通电亦或电极反转均未对消化液的理化性质和系统稳定性造成不良影响。本研究...     

酸碱-微波耦合预处理对污泥胞外聚合物溶裂与产甲烷行为的影响

对酸碱-微波耦合预处理后不同EPS组分在污泥厌氧消化行为中扮演的角色进行研究,通过产甲烷潜能实验评价其甲烷转化性能。结果表明:酸碱-微波耦合预处理通过溶出胞内有机物和改变EPS的分布来影响污泥产甲烷行为。甲烷累积产量最优预处理条件为pH=10,微波500 W,预处理时间120 s。此时,预处理后溶解型胞外聚合物（S-EPS）中的溶解性化学需氧量（SCOD）浓度达到11460 mg/L,是对照组浓度的184.5%,累积甲烷产量为89.08 mL/g,较对照组增加59.9%。碱处理（pH=10和12）时,S-EPS对累积甲烷产量的贡献率分别达到了16.6%和30.4%,远高于松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）与紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）。在48 d的厌氧消化过程中,S-EPS对产甲烷的贡献率在1~4 d内快速升高,随后缓慢持续下降。因此,酸碱-微波耦合预处理通过强化污泥S-EPS中的多糖、蛋白质等有机质的溶出,促进污泥甲烷化。     

微波-Fe(Ⅱ)/S2O82-耦合强化污泥溶胞与定向甲烷转化

本研究探讨了微波-Fe(Ⅱ)/S2O82-耦合预处理对污泥溶裂、甲烷转化以及有机物降解的影响,结果表明,单一微波预处理可促进污泥厌氧消化,而微波-Fe(Ⅱ)/S2O82-耦合预处理则有利于强化污泥细胞溶裂,缩短厌氧停留时间,提高有机质去除率,处理效果与微波瓦数和氧化剂投加量成正比.其中,微波辐射640 W,Fe(Ⅱ)/...     

Fenton预处理强化污泥脱水:胞外聚合物和黏度的特性研究

Fenton试剂具有高效破坏污泥絮体及改善污泥生物可降解性的能力,而被视为强化污泥脱水的有效手段。对Fenton预处理强化污泥脱水过程中污泥胞外聚合物(EPS)和黏度对污泥脱水性能的影响进行了研究,污泥脱水性能采用毛细吸水时间(CST)评价。结果表明:Fenton预处理时,H_2O_2添加量和m(H_2O_2)∶m(Fe~(2+))对污泥的脱水性能有重要影响,优化的污泥脱水条件为m(H_2O_2)∶m(Fe~(2+))=1∶1,H_2O_2添加量200 mg/g(VSS);m(H_2O_2)∶m(Fe~(2+))和H_2O_2添加量对污泥中EPS分布影响显著,EPS分量分布具有明显差异,可能原因为Fenton试剂对污泥絮体结构的破坏程度不同;污泥CST与EPS分量之间基本不符合线性相关,而非线性回归随H_2O_2添加量变化相关性排序为:100>150>200>25(单位为mg/g,以单位质量VSS计);污泥黏度总体上随m(H_2O_2)∶m(Fe~(2+))的增大而增加,而随H_2O_2添加量的增加逐渐下降,污泥CST值与黏度总体上呈显著正相关。     

磁改性污泥基生物炭对猪粪堆肥及土霉素降解的影响

为探究磁改性污泥基生物炭(MMSB)对猪粪堆肥过程和土霉素(OTC)降解的影响,以猪粪和木屑为原料,将0.1 mol·L^-1和0.25 mol·L^-1浓度Fe²⁺/Fe³⁺混合溶液改性的MMSB-0.1和MMSB-0.25以10%的质量比(猪粪干基)分别添加到猪粪中进行批式堆肥试验.结果表明,与CK相比,MMSB处理均延长堆肥高温期(1～3 d),提高峰值温度(1.0～3.3℃),加速含水率(MC)下降(5.14%～7.00%).由于堆体的改善促进了腐殖质的进程,MMSB-0.1组和MMSB-0.25组的胡敏酸(HA)分别提高18.16%、10.76%,胡富比分别提高57.17%、37.75%,低剂量磁改性促进效果更佳.另一方面,MMSB的添加降低了OTC的半衰期,但由于MMSB负载了Fe₃O₄,对OTC吸附性增强,导致MMSB实验组的OTC最终降解率均低于CK,且磁改性浓度高低对此影响差别不大.Pearson相关性分析和冗余分析(RDA)表明,堆肥腐熟度...     

纳米零价铁强化微生物电催化-厌氧膜生物组合反应器抗膜污染能力及其调控机制

膜污染是厌氧膜生物反应器（anaerobic membrane bioreactor,AnMBR）产业化应用面临的最大挑战.本研究构建新型微生物电催化（bio-electrochemical systems,BES）-AnMBR组合反应器,以探究纳米零价铁（nano-zero-valent iron,nZVI）投加对BES-AnMBR组合系统膜污染削减和甲烷产生等性能的影响.结果表明,BES-AnMBR组合系统运行稳定,COD去除率一直维持在95%左右.nZVI投加量（以VS计）为0.1 g ·g^-1时,运行性能最佳,跨膜压差（transmembrane pressure,TMP）较对照组降低28.1%,膜通量亦有轻微增加;甲烷产量为81.3 mL ·g^-1（以COD_removed计）,较对照组提高了12.1%.胞外聚合物（extracellular polymeric substance,EPS）变化和膜阻过滤分析表明,nZVI可以加强EPS分解,促进膜表面无机和有机富铁结垢层形成,改善膜污染分布特征,从而显著缓解膜污染.本研究将丰富传统AnMBR的基础理论,为污泥处理与资源化利用提供了新视角.     

微生物电解池:生物电催化辅助CO2甲烷化技术

微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)在污染物去除、CO_2捕获与碳转化以及可再生能源的生物合成等方面具有巨大潜力,对于缓解能源危机与温室效应具有重要指导意义.尽管目前在作用原理、参数优化和机制探索方面有了重大进展,但MEC从概念设计到技术转化仍面临着诸多难题和巨大挑战.本论文介绍了基于MEC的CO_2电甲烷化技术的基本理论与最新研究进展,并对电甲烷化过程中膜面污染形成、生物阴极电活性功能菌富集及其胞外电子传递机制等进行了系统阐述,以期为MEC在CO_2电甲烷化的工程应用提供理论和技术参考.