电化学-膜生物反应器强化污废水处理的研究进展

电化学耦合膜生物反应器(EMBR)是新兴的污废水处理技术,除了能够高效去除常规污染物,EMBR在去除微污染物和病原微生物、缓解抗生素抗性基因增殖、控制膜污染和回收生物能源与资源等方面也具有显著的优势。综述了EMBR工艺的原理及特点、污废水处理效能、能源与资源回收效果、膜污染控制和技术挑战。为了推动EMBR的工程应用,未来仍需开发具有高导电性、生物相容性的电极材料,优化反应器构型和操作条件,以持续提升对污废水的处理效能。

基于反向传播神经网络的电化学强化厌氧膜生物反应器膜污染预测模型

厌氧膜生物反应器(AnMBR)在高效处理污水的同时能够捕获污水中的能量,产生清洁能源甲烷,对实现“碳中和”目标具有重要意义。膜污染问题是制约AnMBR在市政污水中大规模工程应用的首要挑战。基于电化学调控的AnMBR是实现膜污染控制耦合高效产能的一种潜在途径。本文构建了电化学强化AnMBR反应体系,收集反应器连续运行试验数据,基于反向传播神经网络(BPNN)理论,建立单层多节点隐含层的BPNN模型。采用两种不同方式分割数据集,经过多次训练实现模型性能的优化,可将已有水质时间序列数据作为输入,对未来的膜污染时间序列进行预测。结果表明,跨膜压差(TMP)与pH值、氧化还原电位(ORP)未呈现出显性关联,但其本身表现出典型的时间序列数据特性。所构建的BPNN膜污染预测模型误差能够达到1e-10以下,预测精确度接近100%,可为电化学强化AnMBR系统的运行管理提供有力的支持。

浸没式膜电化学生物反应器处理印染废水的研究

为实现对纺织印染废水的深度处理与回用，将电化学作用、生物降解作用、膜过滤作用相结合而构成浸没式膜电化学生物反应器（SMEBR）。采用该工艺处理印染废水，控制其参数如下：电压梯度为0．5～1．2V／cm，通电模式为开15min／关60min和开15min／关120min，膜出水泵运行模式为抽吸13min／停抽2min。经过120d的分阶段运行，反应器对COD、氨氮、总磷的平均去除率分别为83．7％、86．3％、93．5％。污泥停留时间约为300d，污泥浓度从起始的2．26g／L上升至5．25g／L，污泥比阻测定结果表明，经过电化学作用后污泥的过滤性能显著提高。

电化学膜生物反应器处理污水性能提升策略及研究现状

针对膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)处理污水时存在脱氮效果差、运行能耗高和膜污染严重问题以及微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)存在出水质量差、所产电能未被有效利用的技术缺陷,电化学膜生物反应器(electrochemistry membrane bioreactor,EMBR)耦合MBR和MFC处理技术,可弥补两者技术缺点,能够实现高效去除污染物的同时减缓膜污染,具有广阔的应用前景。根据EMBR结构特点进行分类;从组成材料选取和运行参数优化角度重点阐述提升EMBR污水处理性能的策略;并从污染物去除、产电性能和膜污染减缓方面详细阐述了EMBR在污水处理中的研究现状;最后指出EMBR处理污水存在的问题及不足,并从新材料的开发与使用、装置规模、膜污染减缓机制、微生物群落结构组成及代谢机理等方面提出建议和展望,以期为EMBR处理技术实现规模化应用提供科学依据。

聚乙烯填料序批式移动床生物膜反应器工艺处理低温市政污水效能研究

针对北方地区冬季低温脱氮效率低的问题,采用序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)对低温市政污水进行处理,并对不同规格的聚乙烯填料进行比较分析。结果表明,在水温9~12℃、pH 7~8、水力停留时间(HRT)48 h的条件下,SBMBBR在64 d启动成功,白色、黑色两种聚乙烯填料在运行7 d后有显著的生物膜,运行31 d后投加白色聚乙烯填料的反应器中化学需氧量(COD)、氨氮、总磷(TP)的去除率分别为83.6%、74.4%、60.8%,所以白色聚乙烯为最佳填料。优化参数后,确定反应器最佳缺氧时间为3 h,好氧时间为7 h;好氧段溶解氧(DO)保持在>6.0~7.5 mg/L,无填料反应器中HRT为82 h时最佳,而投加黑色聚乙烯填料的反应器和投加白色聚乙烯填料的反应器中HRT为42 h时最佳。

间歇浸没式生物反应器在植物组织培养中的应用研究进展

间歇浸没式生物反应器是植物组织培养中的一种新兴技术装备,其基本原理是在无菌条件下将组培苗在培养液中进行周期性浸泡培养以实现快速繁殖。与传统组织培养相比,间歇浸没式生物反应器改进了液体培养的方式,在这种培养方式下,植物组织与液体培养基紧密接触,可刺激和促进植物组织对营养元素和激素的吸收;间歇及连续振动给液体培养基提供了足够氧气,提高了组培苗的繁殖系数。间歇浸没式生物反应器主要应用于快繁后期繁殖苗和生根苗的培育,较好地促进了自动化、机械化和商业化的植物组培快繁技术的发展。因此,间歇浸没式生物反应器具有自动化程度高、生产成本低、组培苗质量好、繁殖系数高、移栽易成活及适应性较强等特点,已在多种植物组织培养上得到应用。为更好地将该系统应用于植物组织培养,文章概述了间歇浸没式生物反应器的发展、参数设置、快繁的优势和缺点等方面的进展情况;同时对间歇浸没式生物反应器技术在植物组织培养中的研究进行展望。

缺氧/好氧电化学膜-生物反应器强化脱氮效果及抗污染性能研究

研究了外加电压下电化学A/O-MBR的污染物去除效果和抗污染性能,分析了抗污染性能提高的原因.结果显示,外加2V电压时系统对COD和总氮的平均去除率分别为89.4%、92.2%,不加电压时COD和总氮的去除率分别为87.6%、77.3%,表明外加电压能够显著提高A/O-MBR的脱氮处理效果;研究同时发现,外加2V电压时,导电膜的平均运行周期为38d,相比不加电压时(平均26d),运行周期有所延长.污染物与导电膜之间的静电排斥作用和H_2O_2的原位清洗作用是系统抗污染性能提升的主要原因.

高回流比对序批式生物膜反应器脱氮性能的影响

硝化液回流是污水生物脱氮工艺实现前置反硝化脱氮的重要手段,通常回流比为200%~400%。本文研究了高回流比对序批式生物膜反应器(SBBR)脱氮性能的影响,结果表明,在回流比为300%、1000%、3000%三种条件下回流比为3000%的总氮去除率最高,稳定运行期间TIN平均去除率为98.69%±0.81%,同时也使NH_(4)^(+)-N得以完全氧化。推测在高回流比引起的强对流环境下,生物膜内传质效率得以加强,从而提高了同步硝化反硝化(SND)效果。本研究结果对集成分散式污水处理装置的研发及改善市政污水处理生物脱氮效率具有重要意义。

溶解性微生物产物对浸没式膜生物反应器运行的影响

对溶解性微生物产物(SMP)的累积行为及其对浸没式膜生物反应器(SMBR)操作运行的影响进行了研究.在90 d的实验过程中,对总有机碳(TOC)、相对分子质量分布(MWDs)、比耗氧速率(SOUR)进行定期监测,采用死端过滤实验来检测SMP对膜污染的影响.结果表明,在SMBR上清液中SMP出现明显累积;随着实验运行,SMP中相对分子质量大于10 000的浓度增加显著;与相对分子质量小于1 000的SMP相比,此部分SMP对污泥活性和膜污染影响较大,对SMBR的出水水质影响较小.

胞外聚合物对浸没式膜-生物反应器膜过滤性能的影响

通过浸没式膜-生物反应器(SMBR)处理上海市城市内河水的试验,研究了反应器混合液中和2种疏水性不同的膜上污泥胞外聚合物(EPS)的量、组成、污泥特性及对膜过滤性能的影响.结果表明,混合液污泥中的溶解性EPS和固着性EPS比膜上污泥多,不同污泥的固着性EPS组分中蛋白质(EPSP)/多糖(EPSC)的大小顺序依次为混合液污泥<亲水膜污泥<疏水膜污泥.疏水膜污泥中溶解性EPS比亲水膜多,溶解性EPS和固着性EPS量及组分均有很大差异.混合液污泥的EPS流动性大,疏水性膜上污泥EPS的流动性较大.溶解性EPS对污泥特性及膜过滤性能影响较大.SMBR中亲、疏水性膜片上黏附的污泥的相对疏水性分别为53%、59%.比较2种膜片通量的变化发现,疏水性膜污染严重.

玻璃轻石序批式生物膜反应器构建参数优化及水产养殖污水脱氮性能研究

【目的】探明玻璃轻石构建序批式生物膜反应器(SBBR)在水产养殖污水中的脱氮性能,为生物膜法处理水产养殖污水工艺中高效、低廉的载体材料选择提供模型及数据参考。【方法】以玻璃轻石为载体构建SBBR模型,利用水产养殖池底泥进行挂膜,并进行玻璃轻石不同孔径(3~8、2~3、1~2和0.1~1.0 mm)、粒径(10~20、20~30和30~50mm)和填充率(20%、30%和40%)脱氮性能优化试验,以获得最佳脱氮性能SBBR参数;以沸石、火山石、活性炭和SiO2颗粒为对照,对比各载体材料生物膜中的挥发性悬浮物(VSS)和细胞外聚合物(EPS)含量,比较不同载体材料对疏水性蛋白的吸附能力。【结果】玻璃轻石以孔径1~2 mm、粒径10~20 mm、填充率20%构建SBBR的除氮性能最优,第30 d时氨氮、亚硝氮和总氮的去除率分别可达(90.61±0.30)%、(99.45±0.08)%和(94.04±0.14)%,玻璃轻石上的VSS含量为3.87±0.11 g/L,EPS含量为80.99±0.05 mg/g-VSS,显著高于其他载体材料处理(P<0.05,下同),同时EPS中具有更高的蛋白/多糖(PN/PS)比值,有利于生物膜的形成;除氮细菌吸附试验结果,玻璃轻石可吸附(58.08±0.15)%的牛血清白蛋白(BSA),显著高于沸石(41.72±0.40)%、火山石(25.34±0.53)%、活性炭(20.68±0.13)%和SiO2颗粒(15.56±0.38)%。【结论】以玻璃轻石构建的SBBR应用于水产养殖污水处理具有良好的脱氮性能,且具有较好的除氮细菌吸附能力,是良好的生物膜技术修复水产养殖污水的载体材料。

浸没式膜-生物反应器膜面污染物性质研究

研究了浸没式平板膜-生物反应器冬季运行时的膜污染状况。结果表明,出水COD稳定,但出现了亚硝酸盐积累,总氮的去除不是很理想。凝胶过滤色谱测定结果发现,O段混合液经0.45μm滤膜过滤的滤液和膜面污染物含有重均分子量千万级以上的大分子物质,而进水中并无此类物质。环境扫描电镜和能谱分析表明,膜面无机污染物的阳离子主要包括Na、Mg、Al、Si、K、Ca和Fe。傅立叶红外光谱分析证明,膜面有机污染物主要是多糖和蛋白质等物质,而且胞外聚合物可能是造成膜面污染的主要物质之一。

浸没式膜生物反应器中生物质的增殖及其对运行效能的影响

研究了浸没式膜生物反应器(sMBR)中生物质的增殖过程及其对反应器运行效能的影响.采用可编程逻辑控制器(PLC)对sMBR实现过程控制,在不排泥的情况下运行20-40d,生物质浓度达到9670mg/L,出水的各项指标达到最佳,但随着生物质的继续增殖,污泥表观黏度急剧增加,引起F/M的降低和传质困难,最终导致污泥活性降低及出水效果恶化.表观黏度与MLSS、EPS的增长趋势一致,表明这2个因素与活性污泥的表观黏度有着密切关系.采用SEM/EDS方法对不同阶段膜表面进行了观察及表面元素分析,结果表明膜表层污染物中有机物占主要部分,无机成分所占比例较小.

浸没式膜-生物反应器污泥组分对膜污染的影响

研究基于中试规模的浸没式膜-生物反应器长期运行的基础上,通过改变操作条件和工艺参数系统考察污泥组分对膜污染的影响。试验结果表明,泥龄10 d时,混合液悬浮固体、胶体物质和溶解性物质对膜污染阻力的贡献分别为24.1%、36.1%和39.8%;泥龄20 d时,混合液悬浮固体、胶体物质和溶解性物质对膜污染阻力的贡献分别为43.9%、32%和24.1%;泥龄40 d时,混合液悬浮固体、胶体物质和溶解性物质对膜污染阻力的贡献分别为50.6%、27.3%和22.1%。随着泥龄的增加,胶体物质和溶解性物质所形成的阻力之和在总阻力中所占的比例逐渐下降,但仍为膜污染的重要因素。

采用浸没式膜生物反应器处理苯胺黑药浮选废水

为了获得高效的有毒选矿药剂浮选废水的处理工艺,率先开展利用膜生物反应器(sMBR)技术来处理含苯胺黑药选矿废水,研究不同水力停留时间和不同进水药剂初始浓度对sMBR系统的处理效果影响,并考察不同进水药剂浓度对系统污泥产生的影响。结果表明:水力停留时间的延长有利于系统的处理效果的提高,经济有效的水力停留时间为3 h;高浓度苯胺黑药对系统的COD去除效果有抑制作用,同时对系统污泥的浓度和活性有一定的抑制作用。sMBR在水力停留时间为3 h的条件下稳定运行,在此条件下处理不同进水药剂浓度的COD去除率大于80%。

浸没式膜生物反应器内膜面传质特性实验

应用粒子图像测速(PIV)技术测试膜面附近的气液两相流动力学特性,在6种不同曝气强度条件下,测试得到膜面附近的液相流场数据,并计算得到膜面传质系数、浓差极化边界层厚度以及膜面切向应力等膜面传质特性参数。结果表明,曝气强度和液相速度对膜面传质特性的影响较大,在一定范围内增加曝气强度可以使得膜面传质特性加强。本文的研究结果为膜生物反应器系统的优化设计提供了研究经验和实验数据。

浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器的污泥特性研究

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污泥特性。结果表明,SDRAnMBR的污泥活性高、旋转剪切力没有对厌氧颗粒污泥的性质造成破坏并具有性能良好的絮体;而且能有效减轻污泥浓度、EPS、污泥粘度、污泥颗粒粒径的变化对膜污染的影响,使之能在较高的MLSS(18～19.5g·L-1)、较高的EPS浓度(50.9～63.9mg·gMLSS-1)、较小的污泥颗粒粒径(4.00～36.54μm)和较大的污泥粘度(6.6～7.5mPa·s-1)时稳定运行。SDRAnMBR中由膜旋转形成的三相旋转流和厌氧颗粒污泥的协同作用,使SDRAnMBR具有性能良好的活性污泥,同时强化了膜组件的抗污染性能。

浸没式厌氧双轴旋转膜生物反应器的开发

针对浸没式厌氧膜生物反应器的膜污染问题,开发了一套内置双轴旋转膜组件的浸没式厌氧膜生物反应器。系统的容积为120 L,内装填平板超滤膜。膜组件采用双轴同向旋转,由膜旋转形成的湍流可减缓膜表面的浓差极化及凝胶层的形成,从而有效控制膜污染。与传统厌氧膜生物反应器相比,该工艺具有结构紧凑、除污效果好、能耗低和可大幅度减轻膜污染等优点。

浸没式膜生物反应器处理啤酒废水

采用浸没式膜生物反应器(MBR)处理模拟啤酒废水。考察了活性污泥的驯化过程,同时考察了不同水力停留时间(HRT)下膜生物反应器对啤酒废水的去除效果及稳定性,确定最佳的水力停留时间(HRT)为10h。在此条件下,当进水CODCr在732.5～1544mg/L时,CODCr的平均去除率达97.02%;进水NH3-N在25.65～41.41mg/L时,的平均去除率为84.69%。实验结果表明,MBR工艺具有很强的耐冲击负荷能力,采用MBR工艺处理啤酒废水技术可行,实验结果可为工业规模应用提供技术参考。

浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器的膜污染机理研究

试验研究了新型浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器处理啤酒废水的膜污染机理.分析了膜阻力分布情况和膜污染速率及稳定运行时膜过滤阻力随运行时间变化的阻力模型.结果表明,最初很短时间内膜污染受膜孔堵塞模型控制,之后受泥饼层阻力模型控制,后一阶段是膜污染的主要控制阶段.经过146天的运行,膜污染较轻,过滤阻力随时间增大的速率非常缓慢,并在一定膜转速下,过滤阻力保持不变.证实了系统由双轴旋转膜组件形成的湍流可削弱膜表面的浓差极化及泥饼层的形成,从而有效地控制膜污染.