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.     

正渗透技术在水和废水处理中的应用研究

正渗透(Forward osmosis,FO)技术是一种由渗透压驱动的膜技术,与传统的机械压力驱动的膜技术相比,具有出水水质高、能耗低、操作压力小、设备简单易操作、污染小等特点,近年来在水和废水处理的研究领域受到越来越多的关注.但FO技术目前仍然存在一些问题,如浓差极化、膜污染、汲取液溶质返混和汲取液的后处理等,使之目前仍未得到广泛的应用.本文对已有FO技术的相关文献进行较为全面系统的归纳,介绍了FO技术的原理,以及在海水脱盐、市政污水处理、特种废水处理等领域的应用,讨论了影响FO运行的主要因素(主要包括FO膜、汲取液、原水性质和运行条件等方面),并着重阐述了FO技术目前存在的问题(浓差极化、膜污染、汲取液溶质返混和汲取液的后处理).最后,对FO技术未来的研究和发展方向给出了建议.     

细菌粘膜对船体表面污损生物附着的影响

细菌粘膜是一个复杂而又可以控制的生态系，它对海中设施有影响，也和大型污损生物的附着有关。本文研究了防污漆表面细菌粘膜的组成，并利用筛选得到的菌株制成人工细菌粘膜验证其对污损生物的附着影响作用，实验结果得到具有抑制作用和促进作用的菌体。     

一体式膜生物反应器中膜污染影响因素的研究

膜污染是一体式膜生物反应器(SMBR)工艺中普遍存在的问题,是SMBR稳定运行和膜寿命的关键影响因素.影响膜污染的因素包括以下几个方面:膜的特性(膜材质、膜孔径的大小及表面粗糙度等);膜组件的类型与结构;SMBR的运行条件(膜通量、抽吸泵抽停时间、曝气量与曝气方式、出水方式与水力停留时间等);污泥特性(污泥浓度、微生物的溶解性产物和胞外聚合物以及污泥龄等).改善膜和污泥的特性、优化SMBR的结构及运行操作参数能够减缓膜污染.     

不同原水中膜污染物质的表征与确定

本文采用有机物的组分分析、相对分子质量分布及三维荧光等分析手段,研究了青草沙水库和滆湖原水的膜过滤通量的表现,探讨了膜污染的机理.试验结果表明,中亲组分有机物造成的微滤膜和超滤膜的通量下降最为严重,而疏水性有机物对通量的影响甚微.滆湖水对微滤膜的通量下降较青草沙水库水严重,而青草沙水库水对超滤膜的通量下降较滆湖水严重.膜污染机理的分析表明,微滤膜污染主要由膜孔堵塞造成,而超滤膜的通量主要受大分子有机物形成的滤饼层的影响.三维荧光分析表明,蛋白质类的有机物是造成膜污染的主要物质.     

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.     

膜-生物反应器中活性污泥沉降性能与膜污染相关性研究

结合连续流小试，对膜．生物反应器运行过程中，活性污泥沉降性能的变化及其对膜污染的影响进行了研究．结果表明，随着运行时间的增长，该系统内丝状菌大量繁殖，活性污泥沉降性能变差，SVI值升高．随之，膜过滤压差(过滤阻力)平均上升速率有所增加，膜过滤周期缩短．膜过滤压差的“两阶段性(平缓上升期和加速上升期)”变化规律趋于明显，平缓上升期和加速上升期的膜过滤压差上升速率随污泥SVI值的升高分别呈现下降和上升的趋势．污泥沉降性能的变化对膜污染过程产生明显影响．电镜观察表明，污泥沉降性能对膜过滤压差的影响与膜面污染层的结构和厚度有关．     

颗粒物对混凝过程及超滤膜污染的影响

以nm-SiO₂和μm-SiO₂体系为研究对象,使用3种不同Al形态的混凝剂（AlCl₃、Al₁₃和Al₃₀）进行混凝-超滤实验,考察不同pH值下SiO₂去除率、出水余Al及混凝预处理对膜通量的影响,借助马尔文激光粒度仪、SEM、BET和AFM表征絮体性质及在超滤膜表面的分布和作用力.结果表明,nm-SiO₂体系中SiO₂去除率均低于μm-SiO₂体系,在纳米颗粒物体系中投加混凝剂后膜通量从0.68分别提升至0.96（AlCl₃）、0.86（Al₁₃）和0.87（Al₃₀）,微米颗粒物体系中投加3种混凝剂后膜通量从0.79提升至0.80~0.84.微米级颗粒物是颗粒间的碰撞,纳米级颗粒物主要以团聚态的形式碰撞.低聚态铝（Al_a）和颗粒物形成絮体的粒径均大于150μm,体系zeta电位为负与膜表面产生斥力;在中性条件下Al₁₃与颗粒物形成絮体的强度因子远高于AlCl₃和Al₃₀,中聚态铝（Al_b）将膜孔内部较小颗粒物堵塞形成的不可逆膜污染转移成膜孔表面的可逆膜污染;高聚态铝（Al_c）具有较强吸附架桥和网捕卷扫能力,无定形、不规则的团聚态小颗粒在这一过程中形成较大絮体缓解膜污染.     

纳滤膜处理高浓度工业废液浓差极化与膜污染

当利用纳滤膜处理高浓度工业废液时,实验研究表明随着浓缩时间的延长,渗透液通量衰减系数和膜污染阻力提高很快;浓缩时间较短时,纳滤膜的分离过程由浓差极化控制;浓缩时间较长时,纳滤膜分离过程由浓差极化和膜污染共同控制;提高卷式纳滤膜浓缩液流量会增加纳滤膜浓差极化与膜污染的影响,板式纳滤膜恰与此相反;原浓度高的母液,其渗透液通量衰减系数和膜污染阻力随浓缩时间的延长其提高速率相对也高。     

横向流超滤膜污染动力学模型

从超滤过程中面滤饼层内对流传输、反向传输和颗粒积累的质量平衡关系出发，建立了描述渗透通量随时间变化关系的横向流超滤膜污染动力学模型，该模型将通常难以确定的滤饼层比阻和反向扩散系数包含在两个经验参数a,b中，通过简单的实验确定参数值后，即可用于横向流超滤过程的数学模拟，模拟计算结果与实验实测数据比较接近，且从理论上说明了横向流超滤从非平衡到最终平衡过渡的原理以及半透膜压，膜面剪切率对渗透通量的影响。