去除水中氧化性污染物的新工艺-氢基质膜生物膜反应器(MBfR)

水中存在的氧化性污染物不仅对生态环境造成危害,还严重威胁人类健康.传统处理工艺具有能耗大,成本高和易产生二次污染等缺点.为了克服上述缺点并达到高效安全的处理效果,将无泡曝气技术和生物膜技术结合起来,研制出了一种完全区别于生物膜反应器的新兴水处理技术——氢基质膜生物膜反应器(Hydrogen-based membrane biofilm reactor,MBfR).因其具有清洁环保,成本低和高效处理氧化性污染物等优点,成为了大家关注的热点.本文论述了氧化性污染物(无机阴离子、重金属离子、有机化合物)的来源及危害,MBfR的发展简史、工作原理、电子供体的选择以及MBfR去除氧化性污染物的实验效果,并总结了影响MBfR的主要因素以及如何控制这些因素,从而使其更好地工业化应用,最后阐述了MBfR未来的研究方向主要包括膜丝的改进、生物膜的控制、优化反应器结构和操作条件,为后续MBfR的相关研究提供一系列有效的参考.

去除饮用水中氧化态污染物的氢基质膜生物反应器

环境污染的加剧导致饮用水中不断出现新的污染物,由于饮用水的贫营养性及传统工艺自身的缺点使传统工艺在实际应用中受到限制,而氢基质膜生物反应器(MBfR)能够有效地利用中空纤维膜外自养微生物以氢气作为电子供体去除饮用水中的氧化态污染物,成本较其他深度处理工艺低,且无后续污染物。作者介绍了MBfR的构造和工作原理,分析了MBfR处理饮用水中各种氧化态污染物的原理,并探讨了该领域的研究重点与方向。

氢基质膜生物膜反应器去除饮用水中氧化性物质研究进展

介绍了氢基质中空纤维膜生物膜反应器去除饮用水中氧化性物质的机理及国内外研究现状。膜生物膜反应器采用中空纤维膜,利用氢气作为电子供体来还原水中氧化性物质(如硝酸盐、砷酸盐、高氯酸盐、溴酸盐和硒酸盐等)。氢基质膜生物膜反应器具有氢气利用率高、操作方便、占地面积小、剩余污泥量少、膜污染小等优点,相对传统污水生物处理是一种新型的水处理技术,因此具有良好的应用前景。

pH对氢基质膜生物膜去除氧化性污染物的影响及控制

氢基质膜生物膜反应器(Hydrogen-based membrane biofilm reactor,H_(2)-MBfR)是一种将膜技术与生物膜结合,利用氢气作为无机电子供体将氧化性污染物高效还原去除的新型氢自养反应器。该反应器除了具有一般生物膜反应器的特点外,还具有高效、洁净、低成本等优点,近些年备受学者关注。然而,目前H_(2)-MBfR的进一步开发和规模化应用仍面临着挑战,这其中就包括pH控制。主要介绍了H_(2)-MBfR工作原理与特性,并阐述了pH在H_(2)-MBfR去除氧化性污染物过程中对反应器性能的影响,进而论述了H_(2)-MBfR中不同的pH控制方法且分析了pH控制对微生物群落的影响。最后针对现阶段H_(2)-MBfR中pH控制研究的不足提出建议。

HRT对CO2-MBfR去除高SO4^2-废水中NO3^--N的影响

针对含NO3^--N与较高浓度SO_4^(2-)实际工业废水处理较难的问题,考察了不同水力停留时间(HRT)下连续运行的CO_2^-氢基质膜生物膜反应器(CO_2^-MBf R)处理模拟废水和实际工业废水的性能,结果表明,2种废水的出水NO3^--N浓度均随着HRT的减小而增大,模拟废水中NO3^--N的处理效果和电子通量分配比例均优于实际废水,但其电子通量分配的格局基本不变:NO3^--N和SO_4^(2-)的电子通量分别在90.09%～97.49%和2.51%～9.91%左右.要实现实际废水总氮达到15mg/L的排放标准,需维持HRT不少于10.4h.

MBfR处理水中氧化性污染物的研究进展

水中的无机阴离子、重金属离子和有机化合物等氧化性污染物在环境中稳定存在且难降解,不仅污染环境,同时也会对人体造成危害.作为一种新型的膜处理技术,氢基质膜生物膜反应器(MBfR)由于其独创性、经济性和对氧化性污染物较好的处理效果而引起了人们的极大关注.本文以MBfR为研究对象,系统介绍了反应器构型和工作原理,详细讨论了MBfR处理水中典型氧化性污染物的实验研究和中试应用现状,针对现有研究的不足,展望了MBfR的发展趋势.

H_(2)-MBfR反硝化效能及影响因素

氢自养反硝化因资源节约、无二次污染,是可持续的低碳污水处理工艺。为探究氢基质膜生物膜反应器(hydrogen-based membrane biofilm reactor)反硝化的快速启动及其脱氮性能,考察了不同进水浓度、pH、氢通量(J_(m))等关键因素对H_(2)-MBfR反硝化过程的影响,分析了系统的微生物群落特征。结果表明:不同接种污泥14 d内反应器的反硝化效率均可稳定在98%以上,接种反硝化污泥更有利于快速启动;在氢气足够的条件下,通过提高进水NO_(3)^(-)-N浓度和缩短水力停留时间(HRT),反应器运行负荷提高了3.3倍,系统维持稳定、高效的反硝化性能,相对于异养反硝化,可节省CO_(2)的理论排放量约为0.83~1.25 g(以NO_(3)^(-)-N计);最佳初始pH在7.5左右,反硝化过程中亚硝酸盐的积累率最低;J_(m)与反硝化速率具有很好的一致性,提高J_(m)有利于提高反硝化效率。16s rRNA高通量测序结果表明,变形菌门Proteobacteria是H_(2)-MBfR系统中主导菌门,随着系统反硝化性能提升,该门类菌属达到47.5%。unclassified_f__Comamonadaceae、norank_f__Blastocatellaceae、Hydrogenophaga和Rhodobacter是H_(2)-MBfR系统中典型的反硝化菌属,在稳定期总丰度可达到46%左右。

基于LCA的MBfR污水深度脱氮应用潜力分析

作为目前应用较广泛的污水深度脱氮工艺,深床反硝化滤池(下流式)操作简单且具有良好的脱氮效果,但该工艺需要外加碳源,这会增加能耗和碳排放量。氢基质膜生物膜反应器(MBfR)是一种新兴的水处理技术,因具有能耗低、碳排放量少、脱氮效率高等优点而受到了广泛关注。为了进一步评估MBfR在污水深度脱氮中的应用潜力,采用生命周期评价(LCA)方法,对两种深度脱氮工艺进行情景模拟和评价,分析两种工艺在应用过程中的能源消耗和碳排放情况。结果表明,相比深床反硝化滤池,MBfR工艺可降低43%的能耗,减少约47%的CO_(2)排放量,在实现相同处理效果的情况下对环境的影响更小,在二级出水深度脱氮处理中占有较明显的优势,可为推进污水处理厂提标改造和实现污水处理碳中和目标提供新思路。