负荷与混合方式对厌氧膜生物反应器中甲烷气-液分配特征的影响

厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactors, AnMBR)出水普遍存在过饱和的溶解性甲烷(dissolved methane, DCH₄),易造成能量流失和温室效应,阐明AnMBR中甲烷气-液分配特征对提高甲烷回收率具有重要意义。为此,本文研究了负荷和混合方式对AnMBR中甲烷气-液分配特征的影响。结果表明,在35 ^oC,负荷为0.6~1.8 kg·(m³·d)^–1的条件下,AnMBR实现了较好的有机物去除效果(COD去除率>90%),运行过程DCH₄均处于过饱和状态(过饱和度为1.3~2.1),随着负荷的提升DCH₄浓度升高,过饱和度有所下降;相比于循环混合,在浪式脉冲混合条件下的甲烷传质系数(K_La)更大,其中DCH₄浓度、过饱和度及DCH₄占进水COD的比例均较低。AnMBR大部分进水COD转化为甲烷,主要以气态形式存在 (50.2%~60.0%)。浪式脉冲混合时反应器总能耗比循环混合降低了85.9%~88.0%,提升负荷有利于实现AnMBR处理废水过程的能量平衡。     

室温下厌氧膜生物反应器处理生活污水的运行特性

为进一步改善农村、小城镇等分散型区域生活污水的处理现状,搭建了一套外置浸没式厌氧膜生物反应器（anaerobic membrane bioreactor,AnMBR）处理实际生活污水,在室温（18~37 ℃）下运行288 d,优化HRT为12~14 h。进水取自某校园中水处理站内的调节池出水,日水质变化较大,TCOD（总COD）、NH3-N、TN、TP的平均浓度分别为477、69.1、76.9、6.3 mg·L-1。自启动运行55 d后,AnMBR出水的TCOD平均值降至50 mg·L-1以下,并稳定运行117 d,期间进水容积负荷率VLR平均为0.83 kg·（m3·d）-1,TCOD去除率平均值为90.6%。AnMBR对氮和磷几乎无去除效果。     

AnMBR对高浓度餐厨废水的处理效能

餐厨废水是一类高油、高盐、高氮等较为复杂的废水,在传统厌氧处理中面临污泥漂浮流失、有机负荷低及COD去除效果差等问题。通过构建中试规模厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane reactor, AnMBR)处理餐厨废水,考察了3个运行阶段(污泥驯化阶段、容积负荷(volume loading rate, VLR)提升阶段和污泥停留时间(sludge retention time, SRT)缩短阶段)的厌氧消化性能、稳定性能、污泥性质和膜性能变化。结果表明,在污泥驯化阶段,低负荷(1.5 kg·(m³·d)⁻¹)污泥驯化方式能够实现AnMBR的快速启动,甲烷产率由227 mL·g⁻¹ (以COD计)迅速提升至267 mL·g⁻¹,COD去除率达到99%。在VLR提升阶段,当负荷由3.0 kg·(m³·d)⁻¹逐渐增加至12.0 kg·(m³·d)⁻¹时,甲烷产率由283 mL·g⁻¹升高并稳定至335 mL·g⁻¹左右,COD去除率达到98.5%。然而此阶段污泥浓度由13.39 g·L⁻¹迅速升高至45.59 g·L⁻¹,从而导致膜污染加剧,平均膜通量下降速率由0.53 L·(m²·h·d)⁻¹增至0.78 L·(m²·h·d)⁻¹。在SRT缩短阶段(由100 d缩短至40 d),尽管排泥量由0.4 L·d⁻¹增加至1 L·d⁻¹,甲烷产率并没有受到明显影响,仍稳定在335 mL·g⁻¹左右,COD去除率达到98.9%。此外,缩短SRT增大了排泥量,反应器内污泥浓度由45.59 g·L⁻¹逐渐降低至45.27 g·L⁻¹,缓解了膜污染,膜通量下降速率减缓到0.42 L·(m²·h·d)⁻¹。在整个运行阶段,AnMBR对毒性物质氨氮具有良好的耐受能力,尽管体系内氨氮质量浓度高达2 600 mg·L⁻¹,VFA/ALK始终低于0.04,表明AnMBR不仅对外界环境变化有着较好的缓冲能力,而且对消化体系的内源性抑制因素也有着良好的耐受能力。综上,AnMBR在处理餐厨废水时表现了良好的处理性能和稳定性能。     

厌氧膜生物反应器耦联部分亚硝化/厌氧氨氧化用于污水处理研究

本研究构建了厌氧膜生物反应器(AnMBR)-部分亚硝化/厌氧氨氧化(PN/Anammox)污水处理工艺,以探究AnMBR-PN/A工艺处理效果最佳的水力停留时间(HRT).AnMBR将厌氧生物处理与膜分离技术相结合实现有机物去除,AnMBR出水NH4+-N通过PN部分转化为NO2--N,最终通过NO2--N氧化剩余NH...     

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.     

AnMBR-Anammox耦合污水甲烷回收及自养脱氮的工艺特性研究

本研究分别启动了厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)和部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器(Partial Nitrification/Anammox, PN/A),两者达到稳态后耦合为"AnMBR+PN/Anammox"新系统,实现前段有机质甲烷化、后段自养脱氮的污水处理目的.耦合系统运行结果表明:化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)在AnMBR的去除率为96%,其中80.3%的COD在此段转化为CH_4,Anammox内一定的反硝化作用进一步强化了COD去除,系统COD总去除率达97%以上;氮污染物经AnMBR处理后均以NH~+_4-N形态存在,再经PN/A处理后,总氮(total nitrogen, TN)平均去除率达78%;系统出水COD和TN值分别低于13和11 mg·L~(-1).因此,AnMBR-Anammox耦合系统在同步实现污水甲烷回收、自养脱氮、低碳氮排放方面具有显著优势,本研究结果为开发AnMBR-Anammox耦合新工艺提供了理论依据.     

厌氧膜生物反应器出水生物脱氮技术研究

为解决AnMBR（厌氧膜生物反应器）出水NH₄+脱除的问题,提出利用AnMBR出水中残余COD_Cr、溶解性CH₄以及低价态硫元素,通过构建缺氧滤池和好氧滤池进行生物异养和硫自养脱氮的方法,进一步削减AnMBR出水COD_Cr、去除溶解性CH₄、同时同步生物脱氮.结果表明:①缺氧滤池与好氧滤池经过120 d单独驯化与33 d串联驯化后,在HRT（hydraulic retention time,水力停留时间）为6 h、进水为实际AnMBR出水的工况条件下,出水ρ（TN）为17.93 mg/L,去除率为52.7%;出水ρ（NH₄+-N）为2.78 mg/L,去除率为92.3%,达到GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准.在HRT为8 h工况条件下,出水ρ（TN）为14.60 mg/L,去除率为59.0%;出水ρ（NH₄+-N）为2.22 mg/L,去除率为93.7%,达到GB 18918-2002一级A标准.②脱氮滤池中氮脱除路径主要包括残余COD_Cr异养反硝化、溶解性CH₄异养反硝化和硫自养反硝化,并通过物料衡算评价了三者对于氮脱除的贡献,在HRT为6 h的工况条件下,脱氮滤池脱氮过程中残余COD_Cr异养反硝化、溶解性CH₄异养反硝化和硫自养反硝化三者占比分别为54.1%、24.3%和21.5%;在HRT为8 h的工况条件下,脱氮滤池脱氮过程中3种途径占比分别为70.4%、13.8%和15.8%.研究显示,脱氮滤池可以实现对AnMBR出水的低耗生物脱氮以及整体水质的达标排放.      

AnMBR/A/OMBR处理焦化废水的运行条件优化与运行效果

采用厌氧膜生物反应器/缺氧/好氧膜生物反应器（AnMBR/A/OMBR）处理某焦化厂实际焦化废水,通过优化运行参数使该工艺达到最佳运行工况,并考察最佳运行条件下系统长期稳定运行的处理效果。结果表明,向进水添加磷源能满足微生物的生长需求并促进脱氮过程,同时控制OMBR内的pH能较好地保证系统出水NH3-N的去除率和稳定性。AnMBR/A/OMBR系统的最佳运行条件为：总HRT为61.3 h,进水TP浓度为（2.3±0.3）mg·L-1,OMBR内pH为（7.5±0.2）、DO为4~6 mg·L-1,回流比为2∶1。当系统进水COD、TOC、NH3-N和TN的平均浓度分别为（1790±17） mg·L-1、（447.3±9.1） mg·L-1、（107.3±5.2） mg·L-1和（221.9±5.6） mg·L-1时,在最优条件下系统出水的平均浓度分别为（254±76） mg·L-1、（53.8±3.2） mg·L-1、（3.9±1.1） mg·L-1和（70.0±8.8） mg·L-1,去除率分别为（85.7±0.9）%、（88.0±0.7）%、（96.4±1.1）%和（68.5±3.7）%。进水中Ⅰ、Ⅱ区芳香族蛋白质类似物和Ⅳ区溶解性微生物副产物的总和所占比例达88.5%,系统出水中Ⅱ区芳香族蛋白质类似物占40%,含量最高。     

厌氧膜生物反应器处理含盐废水运行效能及膜污染特性

采用厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,An MBR)处理模拟含盐有机废水,研究盐度变化对反应器运行效能及膜污染特性的影响.结果表明,当进水盐度逐渐增加但低于9. 1 g·L~(-1)时,反应器运行稳定,出水效果良好;当盐度增加至10 g·L~(-1),反应器COD去除率、产气量及甲烷含量都明显下降;污泥浓度、污泥体积指数(SVI)、溶解性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)均随盐度增加而先升后降,污泥絮体紧密,沉降性良好.中空纤维膜组件在118 d内运行了3个周期,随着盐度增加膜运行周期由31 d延长为48 d,膜污染有所减缓.用SEM-EDX分析发现膜面污染物中有类似结晶状物质,Na、Mg、Al、Si、Cl、K、Ca和Fe为主要无机元素.三维荧光光谱(EEM)分析表明,蛋白质与腐殖酸是膜面有机污染物的主要成分.     

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.