膜生物反应器中膜污染层胞外多糖性质及污染特征

胞外多糖是污水处理膜生物反应器中的重要膜污染物质,经醇析、Sevag法去除蛋白质、层析纯化、透析、冷冻干燥得胞外多糖样品。紫外光谱扫描鉴定该胞外多糖样品不含核酸及蛋白质,分别采用HPLC、GC、FT-IR及SEM等手段对其性质进行分析,考察其对聚偏氟乙烯膜的污染特征。结果表明,所得胞外多糖的重均分子量Mw为4.8×106,糖苷键类型主要为1-3和1-6型,是由葡萄糖、鼠李糖、木糖、甘露糖等组成、具有高度分枝网状结构的杂多糖。胞外多糖膜污染过程受沉积层控制,膜的主要污染形式为胞外多糖在膜表面的沉积。     

微絮凝对腐殖酸超滤过程膜污染的减缓特性

以硫酸铝[Al_2(SO_4)_3·18H_2O]为絮凝剂,腐殖酸(humic acid,HA)和高岭土(Kaolin)水溶液为原水,研究微絮凝过程产生的不同絮体形态,对自制聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜过滤过程的影响.主要考察了微絮凝过程中絮体的特性(粒径大小及分布,分形维数)以及不同条件下形成的絮体形态对膜通量的影响,利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对污染膜的表面形貌进行表征,并测定了PVDF膜与有机污染物之间黏附力大小,来解析不同絮体形态对超滤膜的膜污染影响机制.结果表明,Al~(3+)以电性中和作用水解去除有机物,随着絮凝剂投加量的增加,絮体粒径不断增大,絮体的分形维数减小.膜通量衰减速率与絮体的粒径呈负相关,絮体粒径越大,膜通量衰减速率越小,超滤过程中形成的滤饼层越疏松,同时,较小分形维数的絮体引起的膜污染较轻,其膜通量恢复率也较高.PVDF-有机污染物之间的相互作用力大小与运行初期相应污染膜通量衰减速率呈正相关.当Al~(3+)投加量为5 mg·L~(-1),初始pH=7时,HA去除率为96.7%,膜通量衰减最小,通量恢复率达到88%.     

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.     

利用玉米浸泡液产电的微生物燃料电池研究

以玉米淀粉生产过程中的浸泡液（玉米浸泡液）作为接种液和基质,利用“三合一”膜电极的单室空气阴极微生物燃料电池进行试验,采用在线监测电压和废水分析方法对产电功率和化学需氧量（COD）、氨氮进行测定,探讨高COD、高氨氮有机废水产电及废水处理的可行性.结果表明,经过94 d（1个周期）的连续运行（固定外电阻为1 000 Ω）,17 d时输出电压达到最大（525.0 mV）,稳定期最大输出功率可达169.6 mW/m²,此时电池相应的电流密度为440.2 mA/m²,内阻约为350 Ω,开路电压619.5 mV;但燃料电池电子利用效率较低（库仑效率为1.6%）;1个周期结束时浸泡液的COD去除率达到51.6%,氨氮去除率25.8%.本试验利用玉米浸泡液成功获得电能,同时对浸泡液有效地进行了处理,为其资源化利用提供新途径.     

蠕虫在膜生物反应器和活性污泥法中的污泥减量研究

通过长达345d的中试规模试验,研究比较了蠕虫在膜生物反应器(MBR)和活性污泥法(CAS)的生长状况及其导致的污泥减量效果.CAS中的蠕虫生长状况明显优于MBR的蠕虫生长状况.MBR曝气池中平均蠕虫密度(10条·mg-1)远低于CAS曝气池中平均蠕虫密度(71条·mg-1),并且CAS中蠕虫连续保持高密度(>30条·mg-1)生长达172d.CAS中红斑瓢体虫和仙女虫交替成为优势蠕虫.蠕虫生长对MBR的污泥产率(0 40kg·kg-1)和污泥沉降性能(污泥沉降指数133mL·g-1)影响很小,但却能显著减少CAS的污泥产率(0 17kg·kg-1)和改善污泥沉降性能(污泥沉降指数为60mL·g-1).仙女虫比红斑瓢体虫能更大地减少污泥产量和更好地改善污泥沉降性能.蠕虫生长不影响MBR的COD去除率和出水水质,但却显著影响CAS的COD去除率和出水水质.     

两相厌氧膜-生物系统处理造纸废水

采用传统两相厌氧工艺 ( BS)与膜分离技术相结合的系统 ( MBS)处理造纸黑液配制废水 .结果表明 :系统 COD去除率可以达到 73.1 % ,高于 BS系统 ( 4 8.6% ) ,且在厌氧污泥活性及运行稳定性方面优于 BS系统 ;在 COD负荷为 6kg·( m³·d)^-1时MBS酸化率为 20.1 % ,酸化水平为 7.5% ,略优于 BS系统 (分别为 7.0 %和 5.0 % ) .探讨了其原因及 MBS系统引入膜的作用 ,并对系统的评价体系进行了初步讨论 .     

具有自由端的梳状中空纤维膜-生物反应器中的膜污染控制研究

采用具有自由端的梳状中空纤维膜-生物反应器处理污水,考察了其膜污染控制性能.结果发现,如果将膜污染定义为恒压操作下的膜通量下降,膜组件b比膜组件a易获得更大的膜通量,具有更优异的抗污染效果.含膜组件b的MBR在温度为22～26℃,污泥浓度为7 500～10 500 　mg/Ｌ,曝气量为200 Ｌ/h,抽停时间比为9 min/1 min,压力为0.02 MPa的条件下连续运行47 d,膜通量维持在4.0～8.0 　L·(m²·h)^-1,其间不需要任何水力或化学清洗.由于这种膜组件易充分发挥曝气的作用,不易污染,因而所需曝气量较小,并且当抽停时间比从12 min/1 min变化到6 min/1 min,膜通量差别不大.对膜的清洗试验表明,水力清洗＋化学清洗＋乙醇浸泡是最有效的清洗方法.水力清洗+化学清洗后,较之水力清洗,中空纤维膜表面上的胶团数目和面积大大减少,膜孔变得更加清晰.     

浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器处理啤酒废水试验

研究了新型浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器(SDRAnMBR)处理模拟啤酒废水的运行性能.研究结果表明,SDRAnMBR对啤酒废水有较好的处理效果,处理过程负荷提高快,有机物去除率高,系统耐冲击负荷的能力强,而且运行非常稳定.正常运行期间,进水COD在2900～5200mg·L-1,容积负荷为4.97～12.48kg·m-·3d-1(以COD计)时,COD的平均去除率为95.15%.膜截留和三相旋转流的共同作用,加强了在高污泥浓度(MLSS)和高负荷条件下运行时的混合和传质,从而强化了SDRAnMBR在高MLSS和高容积负荷下运行的稳定性和出水水质.     

基于微滤技术供水厂的臭氧预氧化前置工艺中臭氧投加量的优化

通过臭氧预氧化降解水体中溶解性有机物(DOM)对DOM的氧化效果以及微滤(MF)膜污染的缓和效应进行了研究,并分析了臭氧氧化过程中光谱参数变化的规律,进而提出一种通过多目标优化模型确定最佳臭氧投加量的方法。结果表明,臭氧预氧化技术能够将中等分子质量的芳香类DOM转化为低分子质量的有机化合物,对应的UV₂₅₄去除率最高可达90.34%,从而显著改变了MF进水的光谱特性。此外,臭氧预氧化还显著缓解了DOM造成的膜污染,膜污染指数(FI)最多可降低51.49%。根据上述结果可建立多目标优化模型,并用于确定臭氧预氧化-膜过滤工艺最佳臭氧投加量。根据层次分析法,对SUVA₂₅₄、FI和臭氧利用率3个客观指标分配不同的权重,以满足不同饮用水厂的需求。此外,模型分析中可用光谱斜率作为SUVA₂₅₄的替代参数,特别是S_275~295 (R²=0.979 7),用UV₂₅₄作为FI的替代参数(R²=0.879 9),进而简化模型系数的获取。以上研究结果可为水厂在实际应用中优化臭氧投加量、综合提高水处理效果、缓解膜污染并降低运行成本提供参考。     

新型真空膜渗透结晶工艺初探

真空膜渗透结晶工艺(vacuum membrane percrystallization, VMPC)是一种新型膜结晶工艺,可同步实现溶质的结晶及其与溶剂的分离回收。以NaCl溶液为目标物系,对VMPC过程的原理进行了分析,初步考察了进料液温度、浓度和操作压力对该工艺产能的影响。结果表明：VMPC过程是膜渗透和真空压差闪蒸结晶的协同作用的过程,随进料液温度的升高,结晶盐通量和水通量均增大;随进料液浓度的升高,结晶盐通量增大,水通量降低;而操作压力对工艺产能影响较小,但对生成晶体的形貌影响显著;当进料液温度为34 ℃,进料质量分数为25%,操作压力为0.5 kPa时,可获得高达8.04 kg·(m²·h)⁻¹的盐通量和30 L·(m²·h)⁻¹的水通量,远高于现有太阳能驱动膜结晶技术的产能。针对现有膜滤浓缩液类高浓盐水结晶工艺流程复杂、能耗高、效率和产能低的问题,VMPC工艺为新型高效处置技术的开发及应用提供了可行的解决方案。