厌氧膜生物反应器出水溶解甲烷回收研究进展

厌氧膜生物反应器(AnMBR)是一种能耗低、处理效率高的污水处理技术.然而,受温度、污泥龄、水力停留时间等工艺参数的影响,生成的甲烷大量溶解在出水中形成过饱和溶液,并随出水排放至环境中,造成了能源物质损失和温室气体排放.若将溶解甲烷有效回收,其可作为补充能源或脱氮碳源原位利用,具有重要的应用价值.为了实现AnMBR出水溶解甲烷有效回收或再利用,本文阐述了目前3种主流回收溶解甲烷技术(膜回收技术、反硝化厌氧甲烷氧化技术、微生物燃料电池)的原理、回收效能和局限性.在此基础上,评估了AnMBR处理污水全过程的碳足迹,并针对AnMBR出水溶解甲烷回收的未来研究进行了展望.本研究可为双碳背景下AnMBR技术实现能量盈余和资源回收提供理论依据和技术参考.

PVDF/PZT混合基质膜的制备及在膜生物反应器中的应用

利用热致相分离(TIPS)法,以乙酰基柠檬酸三丁酯(ATBC)为稀释剂,1-丁基-3-甲基咪唑([BMIM][PF_(6)])离子液体、锆钛酸铅(PZT)为添加剂,制备了聚偏氟乙烯(PVDF)/PZT混合基质膜.通过研究混合基质膜的微观结构、熔点、结晶度及压电性能等,考察了PZT掺杂量对PVDF/PZT混合基质膜结构和性能的影响.结果表明,当PZT质量分数达到4%时,混合基质膜的微观结构由球晶状与致密状共同组成,致密结构会导致水通量的下降.当PZT质量分数为3%时,其孔隙率为51.4%,纯水通量为333.8 L/(m^(2)·h),机械性能较好,拉伸强度为3.53 MPa.通过高压极化,混合基质膜获得比PVDF膜更高的压电特性,用于压电膜生物反应器(MBR)时,混合基质膜的抗污染性能提高,通量较原膜增加了36.3%.

低碳水处理与资源化技术:厌氧膜生物反应器(AnMBR)的特性、应用与新技术简介

厌氧膜生物反应器(AnMBR)集成了厌氧生物处理的高效率和膜技术的精准选择性,开创了污水处理技术的新篇章。在当前全球环境保护意识和资源循环利用需求日益加强的背景下,AnMBR技术不仅响应了追求低碳水处理的趋势,还在资源回收利用方面展示了广阔的发展前景。本文详细探讨了AnMBR的原理、操作优势以及其在当下的应用实践,并阐述了AnMBR技术在推广过程中面临的技术挑战和最新的科研进展。即便AnMBR在商业化应用中仍存有挑战,但得益于科学研究的不断深入和技术创新的推动,这些挑战正被一一克服。基于AnMBR的新技术开发与应用为实现废水资源化利用与推动循环经济方面提供了有力支持。AnMBR技术在提高污水处理效率、减少碳排放,以及促进能源和资源的可持续利用方面取得了突破性进展,预示着水处理技术正在向更加绿色、高效的方向发展,对未来水资源管理与环境保护具有深远意义。

厌氧膜生物反应器处理市政污水的产甲烷性能及微生物代谢特征

厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)作为一种新型厌氧处理技术,可高效去除污水中的有机物并以CH4的形式回收再利用,降低污水处理能耗与碳排量,助力实现“双碳”目标.为评估AnMBR处理市政污水时的能源回收潜力,进一步揭示处理系统工艺特性,考察了不同水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)下AnMBR处理市政污水的污染物去除及产甲烷性能、微生物代谢产物及微生物群落组成特征.结果表明:(1)在室温条件下,HRT从24 h缩短至3.2 h过程中反应器均可实现高效的化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除与产甲烷性能,COD去除效率稳定在95%以上,进水77%以上的COD转化为CH_(4),出水COD浓度低至(21.2±7.8)mg/L.(2)反应器中溶解性微生物代谢产物(soluble microbial products,SMP)浓度为70~200 mg/L(以COD计),蛋白质/多糖(含量比,下同)为4.3~5.5,远高于胞外聚合物中的蛋白质/多糖(2.0~4.0),膜污染潜力高.(3)微生物群落分析发现,产甲烷古菌与细菌的丰度比与固体停留时间(solid retention time,SRT)呈显著负相关(P<0.05),且不同粒径颗粒中微生物群落组成差异显著,产甲烷古菌在粒径≥10μm的颗粒中丰度较高,维持混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)在8.0~11.5 g/L之间、SRT在60~80 d之间可避免功能菌群失衡.研究显示,AnMBR处理市政污水可实现良好的污染物去除效果与产甲烷性能,但过长的SRT会导致污泥浓度过高、SMP浓度增大以及产甲烷古菌丰度降低,影响反应器高效稳定运行.

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。

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.

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。

利用氢基质生物膜反应器同步去除多种污染物

利用氢基质生物膜反应器(hydrogen-basedmembrane biofilm reactor,MBfR)对含有多种氧化性污染物包括硝酸盐(NO3--N)、硫酸盐(SO24-)、溴酸盐(BrO3-)、六价铬(Cr(Ⅵ))和对氯硝基苯(p-CNB)的模拟地下水进行同步去除试验研究.结果表明,MBfR中生长于中空纤维膜表面的氢自养还原菌利用氢气作为电子供体进行自养还原反应,将水中NO3--N还原成N2,SO24-还原成硫化物(S2-/H2S),BrO3-还原成Br-,Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ),p-CNB逐步还原成对氯苯铵(p-CAN)和苯胺(AN).通过生物还原达到对氧化性污染物的去除或毒性的降低.在氢分压为0.06MPa和水力停留时间为4.67h条件下,经过生物膜驯化及32d的连续运行,反应器对各种氧化性污染物的去除性能达到稳定:NO3--N和BrO3-近于完全去除,SO24-去除率达19.8%,Cr(Ⅵ)去除率达85.8%,p-CNB去除率达86.1%.研究表明,利用氢基质生物膜反应器处理含多种氧化性污染物的地下水可行,且具有一定应用潜力.

膜生物反应器中的基质降解动力学研究

通过动力学推导,得到了膜生物反应器降解有机物和氨氮的的动力学模型,并采用膜生物反应器处理人工配制的生活污水,确定了相关的动力学参数KS=264.04mgCOD/L,νmax=2.01d-1,K=0.0076L/d·mgCOD,y=0.44mgMLSS/mgCOD,Kd=0.021d-1,KN=0.061d-1,并得到了动力学方程,实验表明该动力学方程能较好地预测MBR的出水水质状况,可以为膜生物反应器处理污水的工艺设计提供参考。

利用氢基质生物膜反应器去除地下水中的Cr(Ⅵ)

采用氢基质生物膜反应器(hydrogen-based membrane biofilm reactor,MBfR)生物去除地下水中的Cr(Ⅵ).MBfR膜表面氢自养还原菌利用氢气作为电子供体,进行自养还原反应,使水中Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),形成沉淀而去除.通过培养生物膜、改变进水Cr(Ⅵ)质量浓度和氢分压,启动驯化120 d后Cr(Ⅵ)去除率达83%,NO3--N去除率高于99%.3种影响因素的试验研究表明:氢分压、NO3--N负荷和pH值对Cr(Ⅵ)的去除有影响.增加氢分压有利于Cr(Ⅵ)的去除;而NO3--N负荷的增加则导致Cr(Ⅵ)去除效率降低;Cr(Ⅵ)还原对pH值较为敏感,最佳pH值为7.0(最高去除率达78.2%),pH值小于7.0或大于8.0时都会造成去除率显著降低.试验表明,利用氢基质生物膜反应器处理含Cr(Ⅵ)以及NO3--N和Cr(Ⅵ)污染共存的地下水体具有一定应用潜力,关键控制因素有氢分压、NO3--N质量浓度和pH值.

几种不同基材动态膜生物反应器污泥层性质分析

在动态膜生物反应器(DMBR)中,膜污染的有效控制至关重要。选用4种膜基材料:聚酯无纺布、聚丙烯无纺布、聚酯筛网、聚酰胺筛网,考察膜基材料受污染程度,分析膜面污染物成分。结果表明:应用DMBR处理模拟生活污水,4种材料易受污染的程度依次为聚酰胺筛网、聚酯筛网、聚丙烯无纺布、聚酯无纺布,筛网比无纺布更易发生不可逆污染。膜面物质不可逆污染层中的胞外聚合物含量对膜污染有重要作用,其中蛋白质、多糖均与膜污染相关,蛋白质较多糖与膜污染具有更密切关系。

厌氧生物膜反应器用于处理废水和生产甲烷的研究进展

既能用于废水处理又能生产甲烷的厌氧生物膜反应器的研制成为环境领域的研究热点,综述了目前国内外广泛应用的厌氧生物膜反应器的种类和影响其处理性能的主要因素,发现目前的研究更多的集中于实验室或中式规模,关于大规模反应器研制和应用的报道并不多,且由于实际应用的反应器受各种因素的影响并不能达到其最好的处理效果,因此,通过有效的参数检测系统综合考虑各种影响因素建立模型,并重视相关机理的研究,将成为未来研究的重点。

氢基质生物膜反应器去除水中硒酸盐研究

利用连续搅拌氢基质生物膜反应器研究氢气（H2）分压,NO3^--N,SO4^2-,SeO4^2-进水浓度对水中硒酸盐去除效果的影响.结果表明,H2分压是水中氧化态污染物NO3^-,SO4^2-,SeO4^2-去除效果的重要影响因素,随着H2分压从0.02MPa上升到0.08MPa,SO4^2-的去除率从3.5%上升到46.3%,总Se的去除率从60.7%上升到82.1%,NO3^-全过程都完全被还原为N2;随着NO3^--N进水浓度从5mg/L增加到50mg/L,SO4^2-,SeO4^2-的去除率逐渐下降至0,并出现NO2-的积累;SO4^2-进水浓度的增加对NO3^-,SeO4^2-去除效果影响不大,去除率分别保持在99.5%和65%以上,三种氧化态污染物得电子的优先级为NO3^-〉SeO4^2-〉SO4^2-.在NO3^--N浓度为10mg/L,SO4^2-浓度为25mg/L的水质条件下,反应器设置H2分压为0.04MPa,进水Se（VI）浓度在0.25～2mg/L的范围内总Se可以取得80%以上的去除效果.

氢基质生物膜反应器去除对氯硝基苯的影响因素分析

基于MBfR(氢基质生物膜反应器)研究进水中ρ(p-CNB)(p-CNB为对氯硝基苯)和氢气压力对氢基质自养微生物还原降解p-CNB的影响,同时分析在ρ(p-CNB)和氢气压力影响下生物膜内电子受体生物还原的当量电子通量和还原动力学.结果表明:提高进水中的ρ(p-CNB),p-CNB、p-CAN(对氯苯胺)的去除通量分别由0.014、0.011 g/(m2·d)升至0.099、0.060 g/(m2·d),但p-CNB的去除率由95.9%降至68.4%;提高氢气压力,p-CNB、p-CAN的去除通量分别由0.027、0.019 g/(m2·d)升至0.028、0.022g/(m2·d),p-CNB去除率由93.1%升至95.1%,升幅均不大,说明进水ρ(p-CNB)比氢气压力更能直接影响p-CNB和p-CAN的去除通量及p-CNB去除率.当量电子通量分配和还原动力学结果表明,p-CNB和p-CAN的还原对氢气压力升高的敏感性不强烈,进一步揭示降低进水中ρ(p-CNB)比提高氢气压力更能明显地促进微生物对p-CNB和p-CAN的去除效果.氢气压力变化对硫酸盐还原和反硝化的影响程度高于p-CNB或p-CAN的还原,当氢气可利用率受限时,p-CNB或p-CAN的还原会由于电子供体的竞争而受到抑制.

甲烷氧化菌吸附膜反应器中环氧丙烷的连续生物转化

以流化床作为固定化体系 ,在硅藻土颗粒表面构建了混合培养的甲烷氧化细菌的吸附膜。研究发现延迟期后固定化细胞的甲烷单加氧酶活性明显增加。流化床中 90 %以上的甲烷氧化细菌以吸附形式存在。吸附膜浓度为 3 3～ 3 7mgdryweightcell gDS。通过批式反应考察了丙烯 甲烷共氧化过程合成环氧丙烷的可能性。研究了甲烷对丙烯环氧化以及丙烯对甲烷氧化细菌生长的影响。通过最佳配比的混合反应气体 (methane :35 % ;propene :2 0 % ;oxygen :45 % )连续循环通入流化床反应器中抽提产物环氧丙烷 ,克服了产物抑制。该生物反应器最初产生环氧丙烷的日产量为 110～ 15 0 μmol d ,连续操作 2 5d 。

氢基质生物膜反应器同步去除溴酸盐和高氯酸盐的影响因素分析

基于H2-MBfR(氢基质生物膜反应器)研究pH、进水硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、亚硝态氮(NO_(2)^(-)-N)以及回流比对同步去除溴酸盐(BrO_(3)-)和高氯酸盐(ClO_(4)^(-))的影响。结果表明:提高进水pH,BrO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)的去除率呈现先升高后降低的趋势,溴酸盐与高氯酸盐的去除率在pH为7时达到最高值93.9%和91.6%。提高进水NO_(3)^(-)N质量浓度,BrO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)的去除率从95%分别降到18.7%、22.4%;提高亚硝态氮质量浓度,BrO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)去除率呈下降趋势,两者去除率分别从90.3%,91.3%降至41.7%和26.8%。这表示反硝化中间产物NO_(2)^(-)对BrO_(3)^(-),ClO_(4)^(-)的去除有抑制作用;提高回流比,BrO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)的去除率均呈现先升高后降低的趋势,回流比为7.5时,BrO3-和ClO4-的去除率达到最大,分别为79.9%、81.9%。当量电子通量分析表明,在同一反应体系中,对电子供体的竞争优势顺序为NO_(3)^(-)-N>NO_(2)^(-)-N>ClO_(4)^(-)>BrO_(3)^(-)。

浸没式厌氧膜生物反应器处理低浓度污水产甲烷特性

研究浸没式厌氧膜生物反应器(submerged anaerobic membrane bioreactor,SAn MBR)处理低浓度生活污水的产甲烷特性,考察运行期间甲烷产率变化以及有机负荷(OLR)与甲烷产生量的关系。结果表明,SAn MBR在中温[(35±1)℃]、p H为6.8~7.2,HRT为6~15 h条件下,甲烷产率最大为0.067 L·g-1COD。在进水OLR为0.29~2.85 kg COD/m3·d-1条件下,甲烷日产生量和累积甲烷产生量与OLR呈线性相关,拟合方程分别为甲烷日产生量=0.3OLR+0.23(R2=0.89)和累积甲烷产生量=29.8OLR-5.45(R2=0.81)。对反应器甲烷产生量通过支持向量机进行模拟预测表明,反应器甲烷产生量可长期保持稳定,反应器耐冲击负荷能力较强。

共存硝酸盐体系下氢基质生物膜反应器对高氯酸盐的去除

基于氢基质生物膜反应器(H_(2)-MBfR)运行的短期实验,考察了共存NO_(3)^(-)-N和NO_(2)^(-)-N条件下H_(2)-MBfR对水中ClO_(4)^(-)的还原,并建立了电子分配关系。结果表明:随着NO_(3)^(-)-N和NO_(2)^(-)-N浓度在0.5~50 mg/L变化下,ClO_(4)^(-)的去除通量分别从0.020 g·(m^(2)·d)^(-1)、0.021 g·(m^(2)·d)^(-1)下降到0.009 g·(m^(2)·d)^(-1)和0.012 g·(m^(2)·d)^(-1),说明共存硝酸盐体系下会抑制ClO_(4)^(-)的还原;同时结合电子通量分析表明,NO_(3)^(-)-N的电子通量分配随着浓度的升高,从52.9%上升到99.62%,均高于NO_(2)^(-)-N电子分配比例,说明共存硝酸盐体系中NO_(3)^(-)-N比NO_(2)^(-)-N对ClO_(4)^(-)还原的抑制作用更强。

甲烷生物转化膜反应器的CFD模拟

针对甲烷气体在发酵体系中的传质效率偏低,提出了将中空纤维膜反应器应用于甲烷生物转化体系的方法。使用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真软件 FLUENT 对中空纤维膜生物反应器内部流场进行 CFD仿真模拟,探究纤维束长度和通气速率对反应器内气含率和液环速率的影响。结果表明,增大纤维束长度可有效提高反应器内的甲烷气含率和液环速率,从而促进气液两相进行高效传质。最终,通过 CFD 仿真模拟研究,获得了可用于高效生物转化甲烷生物反应器的最优纤维束长度和通气速率的设计区间,为中空纤维膜反应器的设计和实现甲烷高效生物利用提供研究基础,具有重要的指导意义。

厌氧膨胀颗粒污泥床生物膜反应器同步产甲烷-硫酸盐还原的快速启动

采用新型厌氧膨胀颗粒污泥床生物膜反应器(EGSBBR)处理含硫酸盐有机废水。在不添加硫酸盐的条件下,运行30 d后系统产甲烷成功启动;随后逐步提高硫酸盐质量浓度至100 mg/L,运行71 d后系统COD去除率和SO;去除率分别达98.1%和74.7%,甲烷产生量为470.7 mL/d,成功实现了同步产甲烷-硫酸盐还原耦合过程。反应器中污泥和生物膜的胞外聚合物(EPS)特性与甲烷生成量、SO;去除率具有直接关联。高通量测序发现体系内甲烷丝菌(Methanothrix sp.)等产甲烷菌和脱硫弧菌(Desulfovibrio sp.)、硫磺单胞菌(Sulfurospirillum sp.)等硫酸盐还原菌优势共存。