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。     

无过氧化氢添加Fenton氧化法降解有机物的可行性研究

Fenton反应可以氧化分解有机物,在反应中的关键氧化剂羟基自由基(HO·)是通过亚铁离子与过氧化氢作用生成的,因此,传统的Fenton氧化必须由外部添加过氧化氢.研究了一种新的方法,即采用Nafion膜固定化亚铁离子,并通过光催化反应提供Fenton氧化所需的过氧化氢,使得Fenton反应在不添加过氧化氢的条件下也能够连续进行.结果表明,以甲酸为代表有机物,该方法可以在不添加过氧化氢的条件下起到分解甲酸的作用.而且,通过对负载亚铁离子Nafion膜的再生,可以使该方法的降解能力保持在稳定的范围.     

二沉池出水有机物表征及膜污染机理分析

采用树脂分级将二沉池出水有机物(effluent organic matter, EfOM)根据官能团分类,采用红外光谱、荧光光谱、排阻色谱等多种表征方式对EfOM及其分级组成的化学组成进行分析。考察了EfOM及其分级组成的膜通量随时间的变化曲线,研究了二沉池出水主要的膜污染组分以及膜污染模型机理。结果表明,憎水性有机物组分(hydrophobic, HPO)主要为芳香烃类有机酸,胶体有机物组分(organic colloidal, OC)主要为蛋白质类有机物,过渡亲水性有机物组分(transphilic,TPI)主要是有机酸和多糖。膜污染严重程度依次为OCEfOMHPOTPI,在过滤初期,OC和EfOM中的大分子有机物会快速堵塞膜孔并引起膜通量的剧烈下降。另外,OC和TPI组分会与膜表面发生相互作用,导致不可逆膜污染偏高。对于实际水体EfOM及其各分级组分,滤饼层过滤是超滤后期主要膜污染机理,超滤实验初期的膜污染可能是多种膜污染机理共同作用的结果。研究识别了EfOM的主要污染成分和主要膜污染机理,为超滤工艺深度处理二沉池出水提供了理论指导。     

MFC-电催化膜反应器中PPy-PVDF/碳纤维膜的污水处理性能

为解决膜分离技术在水处理中存在膜污染和高能耗的问题,通过电氧化聚合法将聚吡咯(polypyrrole,PPy)沉积在PVDF/碳纤维膜上,制备高活性的PPy-PVDF/碳纤维膜;研究不同沉积时间对电催化膜催化活性的影响及微电场环境对PPy-PVDF/碳纤维膜污染的影响;并构建MFC-电催化膜反应器,测试反应器在处理污水时的产能效果。结果表明,恒电位(0.8 V)聚合10 min时,PPy10-PVDF/碳纤维膜的催化活性最高,PPy的最佳沉积密度为0.75 mg·cm-2。抗污染通量测试结果表明,在0.4 V·cm-1的微电场下,PPy10-PVDF/碳纤维膜的稳定通量(317 L·(m~2·h)~(-1))比无电场时(212 L·(m~2·h)~(-1))提高了约49.5%,说明MFC-电催化膜反应器中的微电场可以有效减缓膜污染。在MFC-电催化膜处理污水的过程中,反应器对COD去除率高达96%以上;反应器产能最大功率密度为166 mW·m-3,与空白PVDF/碳纤维膜(产能密度为99 mW·m-3)相比提高了约67%。PPy10-PVDF/碳纤维膜在MFC-电催化膜反应器表现出较高的污染物去除率、能源回收效率及对膜污染的有效控制。     

不同两性复配修饰半碳化纤维对Pb2+的吸附差异

以聚丙烯腈为原料制备半碳化纤维（SCF）,经化学和生物两性修饰后,再以海藻酸钠进行复配修饰,得到不同的两性复配修饰SCF,通过试验考察其对Pb2+的等温吸附和动力学特征,分析pH值、温度和离子强度对Pb2+吸附的影响。结果表明：供试材料对Pb2+的吸附等温线符合Langmuir和Freundlich模型,最大吸附量（qm）为495.09mmol/kg～770.56mmol/kg,两性和两性复配修饰后的SCF对Pb2+的吸附量提高了1.8%～55.6%。pH值升高有利于各供试材料对Pb2+的吸附,离子强度在0.01mol/L～0.5mol/L范围内,各供试材料对Pb2+的吸附量呈现先增加后减小的趋势,并在0.1mol/L时达到最大。热力学参数表明,Pb2+吸附是一个自发、吸热和熵增的过程。     

一体式膜生物反应器处理印染废水的膜污染模型研究

利用自行研制的水解酸化+一体式膜生物反应器(SMBR)中试系统处理印染废水,通过均匀设计法设置了10组试验.计算各运行条件下的膜过滤阻力.建立了曝气量(G)、混合液污泥浓度(X)和膜通量(J)对膜面污泥沉积速率(K)的影响模型:K=3.645×107·X0.312·J0.13·G-3.46.通过该模型,可以对不同运行条件下的膜污染发展情况进行预测.验证结果表明,实际运行的测试数据与模型预测值符合性很好,可利用建立的模型预测不同运行条件下的膜污染状况.     

一株石油降解菌的活性炭纤维固定化研究

以活性炭纤维为固定化载体将一株石油降解菌固定化,对固定化后的与游离的石油降解菌的石油降解性能进行了研究.结果表明,石油降解菌固定化的最佳活性炭纤维用量为6.25 g/L;当石油培养基盐度为0～3.5%、pH为7、石油用量为5 g/L时,当石油培养基盐度为0、pH为4～10、石油用量为5 g/L时,当石油培养基盐度为0、pH为7、石油用量为1～13 g/L时,最佳活性炭纤维用量下的固定化后的石油降解菌对石油的平均去除率分别比游离的石油降解菌高30.2%、25.4%、23.2%;同一批固定化后的石油降解菌在连续4次的重复利用中,石油去除率均维持在69.1%以上.     

膜生物反应器中新型无纺布膜过滤特性及膜污染特征

通过无纺布和聚偏氟乙烯平板膜组件在相同操作条件下的对比实验,研究无纺布膜的过滤特性。结果表明,2种膜的膜生物反应器COD、氨氮平均去除率均＞90%。过膜压力变化表明在长期运行条件下,无纺布可适于作为膜生物反应器的过滤介质,其过滤机理为膜表面滤饼层形成动态膜,从而增强了膜截留能力。膜污染研究表明,无纺布膜阻力主要来自滤饼层（占总阻力的83.6%）,经清洗后膜通量可恢复至94%。扫描电镜显示膜表面滤饼层较厚,结合膜阻力分析结果认为,该滤饼层对膜污染和可逆性影响较大。对膜表面和膜孔中胞外聚合物（EPS）的红外分析证实,其中含有蛋白质和多糖物质,而且组分分析表明蛋白质是膜污染物EPS中的主要组分,在膜孔中的含量比滤饼层中还高。     

膜蒸馏去除水中砷的研究

采用新型膜蒸馏技术对水中As（III）与As（Ⅴ）的去除展开了研究。实验结果表明,膜蒸馏对水中As (III)及As (Ⅴ)具有较高的去除能力：当产水中砷含量超过10 μg/L时,原水中As (III)与As (Ⅴ)的浓度可分别高达40 mg/L和2 000 mg/L。局部润湿现象的存在导致As (III)及As (Ⅴ)跨膜至产水侧,PVDF微孔膜在溶液中的负电性以及As (III)与 As (Ⅴ)在溶液中存在形式的不同导致膜蒸馏对两者去除能力的差异。360 h连续运行过程中产水通量及电导率稳定,且整个过程中As (III)均低于检测限,说明PVDF微孔膜具有良好的疏水性和稳定的除砷性能。     

ABR反应器的两种快速启动方法对比

ABR反应器的启动是ABR反应器能否高效稳定运行的关键,其影响因素很多。为了更好地实现ABR反应器的启动,提出了通过2种不同启动方法的对比,即1^#反应器采用好氧预挂膜的方法,2^#反应器采用低负荷启动法,得出的结论为,好氧预挂膜启动法的启动时间短,COD去除率高,出水pH稳定,颗粒状污泥生长情况较好,是一种可推广的启动方法。