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。

在线超声对膜生物反应器膜污染的控制

构建在线超声-膜生物反应器(US-MBR),利用间歇超声辐照控制膜污染.结合跨膜压差的上升和污染膜表面微观形态的变化,在不同超声间隔时间条件下对US-MBR中膜污染过程进行了分析.结果表明,超声时间2min和膜通量12.0L/(h?m2)时,在超声间隔时间分别为8,12,16h的条件下,US-MBR的运行周期比未施加超声的普通膜生物反应器(Control-MBR)分别延长17,13,5d左右,在线超声有效抑制了由上清液有机物导致的凝胶层污染.膜表面污染层阻力分布显示,超声可降低凝胶层阻力.场发射扫描电镜-能谱分析仪分析表明,超声通过减少有机物附着而延长膜运行时间.2套反应器出水水质基本没有差别,超声未造成出水水质的恶化.

影响一体式好氧膜生物反应器膜清洗周期的几个因素

一体式好氧中空纤维膜生物反应器不同操作条件下处理生活污水的试验结果表明：在膜通量１０．４Ｌ／（ｍ２ｈ），污泥龄２０ｄ，污泥去除负荷（ＣＯＤ／ＶＳＳ）为０．２２ｋｇ／（ｋｇｄ）的正常稳定运行条件下，该系统可在整个膜寿命期限内（３－５ａ）不用洗膜并得到优质出水：ＣＯＤ＜２０ｍｇ／Ｌ，ＮＨ３－Ｎ＜１．０ｍｇ／Ｌ，无色无味透明，未检出大肠杆菌．其中，污泥去除负荷、系统运行稳定状况和反应器流态是影响膜清洗周期的重要因素．

浸没式膜-生物反应器膜污染物中胞外聚合物的提取与分析

研究了胞外聚合物对膜生物反应器中膜污染物的贡献和影响,通过对膜表面的EDX分析,发现膜污染物以有机污染物为主;采用碱液离心提取法提取反应器污泥和膜污染物中的EPS,发现二者的EPS主要由相对分子量在12000以上的大分子物质组成,而且这些大分子物质基本上都是难降解的;以TOC表征EPS总量,并对其中多糖、蛋白质、DNA等组分进行测定,发现膜污染物中的EPS浓度是反应器污泥中的4倍左右,多糖类物质是首要的膜污染物,蛋白质对膜污染也起着重要的作用;反应器内DNA含量要高于膜污染物中,可证实DNA不是主要的膜污染物;通过电泳分析发现,二者大片段区间内的DNA的分子量几乎相同.

中空纤维膜生物反应器膜污染影响因素

该文研究了两种不同孔径的聚偏氟乙烯中空纤维膜生物反应器(MBR)在城市污水处理过程中不同外界因素对膜污染的影响。研究表明造成膜污染的主要因素有活性污泥特性、胞外聚合物(EPS)、膜孔径等。试验发现,膜的过滤性能下降并不完全由污泥浓度影响,真正造成膜过滤性能的下降可能是由于污泥自身性质的改变。随着污泥浓度的增加引起粘度的增加,从而加重的膜的污染。EPS越大,膜通量越小。EPS在膜反应器中不断积累,改变膜面沉积层的孔隙率和结构,引起膜污染。膜孔越大,滤饼层污染越迅速,通量的衰减越快。膜通量初期的衰减速率与膜孔径有关,而最终的稳定通量却与膜孔径无关。

厌氧膜生物反应器膜污染特性研究

试验研究了厌氧膜生物反应器(MCAB)在处理酒厂高浓度有机废水时的膜污染特性.试验分析了膜阻力分布状况,结果表明外部阻力(浓差极化阻力和泥饼层阻力之和)占总阻力的98%,小于膜孔的物质进入膜孔内引起堵塞与吸附而形成的内部阻力仅占总阻力的2%.同时对泥饼阻力模型(J(t)与t的关系)进行变形推导得出新的阻力模型(阻力R与t的关系),并对数据进行线性拟合,结果表明厌氧膜生物反应器膜阻力符合新的阻力模型,并得到试验条件下的厌氧膜生物反应器的阻力数学模型方程为:R(t)=2.19×1013(1+0.14t)0.5.

一体式膜生物反应器膜污染形成机理的试验研究

膜污染是影响膜生物反应器技术推广应用的关键.采用一体式膜生物反应器,控制不同污泥浓度条件,对不同曝气强度下膜污染发展速率及其形成机理进行了试验研究.试验结果表明:不同污泥浓度下均存在一个经济曝气强度,当污泥浓度分别为:3,6,8和10g/L时,其对应经济曝气强度分别为:36,72,84和120m3/(m2.h),且经济曝气强度的大小随污泥浓度升高呈线性增加.同时从理论上推导出一个临界污泥浓度,其大小为5.15g/L.膜生物反应器在经济曝气强度和临界污泥浓度下运行膜污染发展缓慢.

一体式厌氧膜生物反应器膜材质选择的试验研究

厌氧膜生物反应器作为一种处理高浓度有机废水行之有效的工艺,膜材质选择是保证其良好运行的关键之一.试验研究了一体式厌氧膜生物反应器中三种不同材质的膜PAN、PES和PVDF膜过滤特性.并通过数据拟合得出不同的膜通量和膜阻力随时间的数学模型表达式.结果表明,在相同的操作条件下,PAN膜通量维持在一个较高水平,膜污染速度增长缓慢,PAN膜是本试验条件下厌氧膜生物反应器的最佳膜材质.

一体式膜生物反应器膜污染现象及清洗试验研究

对新膜和在一体式膜生物反应器中运行而被污染的膜作扫描电镜对比,从微观角度解释膜污染现象。短期运行22d和长期运行210d的膜分别经冷水→热水→次氯酸钠→乙醇清洗,膜通量恢复到新膜的94.4%和70.3%;将另一长期运行210d的膜改变清洗程序为冷水→热水→次氯酸钠→硫酸,膜通量恢复到新膜的61.4%,说明不同的清洗程序清洗效果不同。将短期运行和长期运行的膜组件按Darcy定律过滤模型计算:二者运行后膜总阻力增大,短期运行22d和长期运行210d后,由于浓差极化和膜污染产生的阻力大约是膜自身阻力的4倍和11倍。

化学絮凝预处理对膜生物反应器膜污染的影响

以生活污水为原水,对复合式膜生物反应器(HMBR)与传统膜生物反应器(CMBR)进行了对比研究,探讨化学絮凝预处理对膜污染和除污效果的影响。结果表明,相对于CMBR系统,HMBR系统的膜污染速率很低,在近50d的运行中,HMBR的跨膜压差几乎维持在同一水平,而在同等条件下运行的CMBR则从4.59kPa上升到26.18kPa。EPS分析结果表明,HMBR系统中SMP和LB各组分的浓度相对于CMBR系统大大减小,膜污染的速率得到了大幅降低。化学絮凝预处理可有效减缓后续MBR的膜污染,可以作为膜生物反应器的有效预处理方法。此外,HM-BR的出水水质也优于CMBR系统的。

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。

一体式膜生物反应器膜污染研究

以生活污水为处理对象,对一体式膜生物反应器中不可逆污染形成机理和可逆污染形成机理分别进行了研究;还进行了膜表面改性工作。不可逆污染速度初期快,然后逐渐减缓,第9d不可逆污染达到稳定。过滤初期,膜可逆污染速度较快,之后趋缓,第300min可逆污染达到稳定。膜不可逆污染发展缓慢,而膜可逆污染发展迅速。与原膜相比,膜改性后不可逆污染上升速度和污染程度显著减小。

浸没式厌氧膜生物反应器膜污染及控制进展

叙述了浸没式厌氧膜生物反应器(SAnMBR)的膜污染机理及过程、膜污染的影响因素及其防治方法等,归纳了防治SAnMBR膜污染的有效措施。SAnMBR的运行模式决定了膜污染对其影响将比其他MBR技术(如好氧MBR和外置式An MBR等)更为关键。认为今后的研究中,需要综合考虑废水的水质特征、微生物代谢、操作条件等多种因素以减缓膜污染;从机理上了解污染途径与种类,优化膜通量、气体冲刷、投加填料等操作条件以及选择合适的膜组件和布置方式将是SAnMBR得以可持续、经济有效、稳定运行的保证。

动态膜生物反应器膜污染过程及阻力分析

采用孔径90μm的尼龙筛网作为微网基材,建立动态膜生物反应器系统,用以处理模拟生活污水,并在不同容积负荷下运行3组动态膜生物反应器,研究反应器动态膜污染的特征与机理.结果表明:过大和过小的负荷均会增加膜污染,过小的曝气强度不能有效去除膜表面污染物,而过大的曝气强度会导致污泥絮体破坏,产生大量的胶体粒子和大分子有机物,使得膜通量下降;在较大曝气强度下,胶体粒子和溶解性有机物在膜表面及膜孔的沉积吸附是导致膜污染形成的根本原因.胞外聚合物含量和组成以及污泥黏度是影响动态膜生物反应器膜污染的主要因素.

复合式膜生物反应器膜污染机理研究

通过在膜生物反应器中添加填料,在保持良好出水水质的前提下可有效降低悬浮污泥浓度,从而减轻膜表面的污泥沉积,减轻膜污染。在处理生活污水的试验中,膜表面泥饼层阻力在总阻力中的比例下降到10%,而膜孔吸附阻力中由溶解性有机物所造成的阻力占到83.3%,这表明由于膜表面的污泥沉积降低,膜组件对溶解性有机物的吸附增加,因而应当选择合适的污泥浓度以得到最佳的综合效果。

膜生物反应器膜污染影响因素的分析

膜污染问题限制了膜生物反应器(MBR)在污水处理领域的广泛应用,其机理尚未完全清楚,综合分析了近年来关于膜污染机理及模型表征、影响因素的研究成果,通过模拟实验发现胞外聚合物(EPS),溶解性微生物产物(SMP)在膜污染中发挥了重要作用.

悬浮填料控制膜生物反应器膜污染效能研究

以聚丙烯无纺布为膜组件,向浸渍式膜生物反应器中投加软质悬浮填料处理人工废水。通过分析测定膜污染阻力、滤饼层阻力、膜通量、跨膜压力及处理水浊度和CODCr的变化,研究软质悬浮填料控制膜生物反应器膜污染的效能。结果表明,投加软质悬浮填料能有效降低膜污染阻力、滤饼层阻力和跨膜压力,增加膜通量,有利于延缓膜污染,提高膜组件的过滤性能;膜生物反应器(MBR)中投加软质悬浮填料能提高CODCr的生物去除效率,但是降低了膜组件对微小悬浮固体的截留效能,增加了出水浊度和CODCr浓度。

AHL-QS减缓膜生物反应器膜污染研究进展

首先介绍N-乙酰高丝氨酸环内酯(N-acyl homoserine lactone,AHL)型生物群体感应(quorum sensing,QS)信号分子对膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)膜表面形成生物膜的调节机制,通过AHL-QS信号分子细胞间的交流,可决定生物膜形成及胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)分泌;系统阐述了应用AHL-QS信号分子降解酶及淬灭剂对MBR生物膜污染的控制效果,抑制或降解信号分子可显著降低生物膜形成能力,从根本上控制膜污染。此外,针对降解酶及淬灭剂新的固定化技术在MBR中的应用也作了介绍,如磁性载体、膜表面负载、微生物-管束及多孔微球包埋细胞技术。以AHL-QS为基础的膜污染控制策略对于MBR应用前景广阔,然而该技术的工程化研究仍有待进一步深入;加强AHL-QS信号分子识别及进一步明确QS系统对微生物代谢机制的影响是该领域未来重要的研究方向。

臭氧-活性炭技术对膜生物反应器膜污染减缓研究

本研究目的是探讨臭氧-活性炭技术对膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)膜污染减缓的影响。通过短期批式实验表明,粉末活性炭(power activated carbon,PAC)可强化臭氧的氧化效果,臭氧投加量超过0.25mg/(gSS)将恶化污泥混合液可滤性;对滤出液残余臭氧浓度检测表明,PAC的加入有利于维持本体溶液臭氧浓度。臭氧-活性炭技术引入MBR系统有助于膜污染的减缓,反应器内微生物活性受到一定的抑制作用,但对MBR出水水质影响较小;臭氧-活性炭减小了反应器内溶解性微生物产物(soluble microbial products,SMP)中的蛋白质及多聚糖含量,显著降低了污泥絮体中松散的胞外聚合物(loosely bound EPS,LB)及胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中蛋白质浓度,以上结果表明应用臭氧-活性炭技术来延缓MBR膜污染是可行的。

微生物代谢产物对膜生物反应器膜污染的影响

针对膜生物反应器(MBR)在运行过程中溶解性微生物代谢产物(SMP)及胞外聚合物(EPS)对膜污染进行研究。实验过程中对MBR内的污泥混合液进行了定期膜阻力监测。结果表明,SMP和EPS对膜过滤阻力有负面的影响。SMP中相对分子质量分布(Mw)在3～10kDa对膜内部阻力影响显著,SMP中Mw>10kDa的大分子有机物及EPS浓度对膜外部阻力影响明显。通过傅里叶转换红外光谱(FTIR)检测膜表面污染物表明,EPS主要由多聚糖、蛋白质和腐殖酸组成,而污染层中的SMP主要是多聚糖和腐殖酸。