膜曝气生物膜厚度控制研究进展

生物膜厚度控制是膜曝气生物膜反应器(MABR)工艺运行管理的关键,存在获得最佳碳氮磷同步去除效能的最优生物膜厚度.本文回顾了近20年来有关MABR生物膜厚度控制技术(包括定期冲刷、连续水力剪切、真核生物捕食、群体感应淬灭)的研究发展历程,探讨展望未来的研发方向,以期为MABR工艺向水质提升与节能降碳高质量发展提供参考.

膜曝气生物膜反应器脱氮性能研究

膜曝气生物膜反应器(MABR)有效地将生物膜法技术和膜分离技术结合在一起,在污水脱氮方面潜力巨大。以MABR处理模拟生活污水和豆制品加工废水,着重考察了MABR的稳定性及脱氮性能。结果表明,在HRT=12 h、曝气压力=10 kPa和C/N=5时,MABR对模拟生活污水处理效果最佳,COD、氨氮、TN的平均去除率分别为92.0%、86.5%、83.3%。而在HRT=8 h和曝气压力=10 kPa时,MABR对豆制品加工废水处理效果最佳,COD、氨氮、TN的容积负荷分别为1320、125.5、184 g(/m^(3)·d),平均去除率分别可达到84.2%、81.5%、79.7%,优于传统生物膜法脱氮。

膜曝气生物膜反应器处理合流制溢流污水的实验研究

以聚丙烯复合材料经熔融拉伸制成的帘式超薄微孔中空纤维膜为载体,构建膜曝气生物膜反应器装置处理合流制溢流污水,研究在不同水力停留时间、曝气压力、水流流速条件下,膜曝气生物膜反应器对水体中污染物COD、NH_(4)^(+)-N、TN的去除率。结果表明:膜曝气生物膜反应器对水体中各项污染物均有较好去除效果。水力停留时间为12 h时,COD、NH_(4)^(+)-N、TN去除效果较好,去除率分别为80.8%、82.4%、65.4%;水力停留时间为8 h时,TP去除效果达到34.2%,后期逐渐趋于平缓。溶解氧浓度随曝气压力增加而增加,曝气压力达到25 kPa之后COD、NH_(4)^(+)-N达到较佳的去除率,平均去除率分别为82.2%、84.1%;而TN去除的最佳曝气压力为15 kPa,去除率为70.0%。水流流速为0.03 m/s和0.05 m/s时,反应器整体运行效果较好,对COD、NH_(4)^(+)-N、TN的平均去除率分别为81.8%、83.5%、67.8%。

启动炭管膜曝气生物膜反应器实现全程自养脱氮

启动包裹无纺布的多微孔炭管为膜组件的膜曝气生物膜反应器(MABR),实现基于短程硝化和厌氧氨氧化的完全自养脱氮.首先接种普通硝化污泥启动反应器,在温度35℃,pH为7.9条件下,通过对膜内腔压力的适当控制逐步降低反应器溶解氧浓度,实现亚硝酸盐的积累.然后再次接种厌氧氨氧化污泥,使无纺布上形成好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌稳定共存的膜曝气生物膜,从而实现全程自养脱氮.结果表明,经过120 d连续运行,在膜内压力为0.015 MPa,水力停留时间6 h,进水NH4+-N为200 mg/L±10 mg/L条件下,NH4+-N转化率达到88.7%,出水总氮平均为48.65 mg/L,总氮去除率达到83.77%.荧光原位杂交(fluorescent in situ hybridization,FISH)分析表明,好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌作为主要功能菌群分别控制着靠近炭管膜/生物膜界面区域和靠近生物膜/液体界面区域.

炭膜曝气生物膜反应器硝化作用及其微生物群落结构分析

采用炭膜曝气生物膜反应器处理无机含氮废水,通过改变进水氨氮浓度和水力停留时间,研究了反应器硝化性能、氧利用情况以及氨氮去除负荷,并对生物膜表面特性和硝化菌优势菌种进行分析.结果表明,在膜内气压0.017 MPa,进水NH4+-N50 mg/L,HRT为8 h条件下,NH4+-N去除率达到96%,出水NO2--N平均为17 mg/L,一定程度上实现了短程硝化,炭膜所供给氧气被生物膜全部消耗;系统比表面氨氮最大去除速率为9.7 g/(m2.d),炭膜表面有限的生物量制约了去除速率的进一步提高;荧光原位杂交技术分析揭示生物膜内亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)和亚硝化螺菌(Nitrosospira)为亚硝化细菌优势菌种,分别占细菌总菌数的19%和21%,硝化螺菌(Nitrospira)为硝化细菌优势菌种,占总菌数的20%,未检测到硝化杆菌(Nitrobacter)的存在.

生物膜厚度对膜曝气生物膜反应器硝化性能的影响

在设定的膜内压力下(2 k Pa)启动并运行膜曝气生物膜反应器(MABR),对生物膜生长过程中的硝化性能及生物膜组成变化进行了分析。实验结果表明,在生物膜厚度增长到(293.3±5.8)μm的过程中,生物膜内的总氧通量先增加后减少,最高可达21.3 g O2?m?2?d?1,证实了生物膜的存在可增强MABR的氧传质能力。在生物膜厚度增长的过程中,氨氮表面去除负荷也是先增加后减少,最高可达4.91 g N?m?2?d?1,表明在MABR硝化过程中存在最佳的生物膜厚度,根据所研究最佳生物膜厚度为(119.0±3.0)μm,此时MABR具有最高的氧通量和氨氮表面去除负荷,硝化性能最好。生物膜内胞外聚合物(EPS)成分分析结果表明,随着生物膜厚度的增加,生物膜内层紧密型EPS的含量增加,导致氧传质阻力增加,这是生物膜内氧通量及氨氮去除负荷随生物膜厚度先增加后下降的内在原因。

炭膜曝气生物膜反应器处理生活污水运行特性研究

采用煤基炭膜作为膜曝气生物膜反应器膜组件处理生活污水,考察了炭膜的传氧性能、对微生物的吸附性能以及该膜生物膜反应器的挂膜启动过程,并从膜内气压、碳氮比、水力停留时间等3个方面研究了试验运行的最佳工艺条件.结果表明,炭膜和其它中空纤维膜相比具有较高的微生物吸附能力,反应器在8d内即可完成挂膜启动.炭膜本身的传氧系数为0.36m/h,其作为生物膜载体和供氧装置在技术上是可行的.利用该炭膜曝气生物膜反应器处理生活污水,在膜内气压为0.025MPa,碳氮比为5∶1,水力停留时间8h条件下,可使NH4+-N去除率、反硝化效率和COD去除率分别达95%、92%和88%以上,出水水质指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级标准A标准.试验系统具有良好的稳定性,抗冲击负荷能力较强.

膜曝气生物膜反应器处理餐饮废水的研究

采用自然挂膜法进行培养微生物，研究了以疏水性中空纤维膜作为膜组件膜曝气生物膜反应器（MABR）好氧、厌氧、先好氧后厌氧以及先厌氧后好氧等不同曝气方式、不同膜丝种类和曝气压力对系统序批式去除餐饮废水COD、NH3-H的影响。结果表明，好氧方式不仅对餐饮废水处理效果较好，而且还可以降低经济成本；当进水COD和NH3-N的质量浓度分别为1．846．0g／L、30-60mg／L，曝气压力为60kPa，膜丝为聚四氟乙烯中空纤维，好氧曝气处理12h时，MABR能够较容易的使餐饮废水出水的COD保持在0．4gm以下，NH3-N的质量浓度保持在4mg／L以下，达到CJ343-2010排放标准。

膜曝气生物膜-生态浮床组合装置开发及其水体净化效果研究

生物生态法是目前国内外治理河湖水体富营养化的主要方法,但使用单一净化装置的处理效果均不甚理想,故将生物生态法中的生物膜法、曝气富氧法和生态浮床法相结合,开发了一套新型膜曝气生物膜-生态浮床立式组合净化装置。试验结果表明,组合装置较水体自净和单一净化装置可显著提高水体净化效果。具体表现在:组合装置、生物膜反应器、生态浮床和河水自净作用对NH+4-N的去除率分别为98.0%、96.6%、66.6%和48.5%,组合装置较河水自净作用的去除率可提高49.5%;对TN的去除率分别为34.7%、26.9%、19.3%和9.6%,去除率可提高25.1%;对TP的去除率分别为60.7%、33.9%、86.9%和38.5%,去除率可提高22.2%;对COD Mn的去除率分别为78.3%、53.1%、58.4%和40.2%,去除率可提高38.1%。同时,组合装置对叶绿素a同样具有最强的抑制作用且可大幅提高水体透明度,减少水体黑臭现象的发生,这一结果为该装置应用于受污染河道的水体修复提供了科学依据。

炭管膜曝气生物膜反应器SNAD脱氮研究

以包裹无纺布的微孔炭管作为膜曝气生物膜反应器（MABR）的膜组件，进行了短程硝化，厌氧氨氧化和反硝化耦合脱氮（SNAD）研究。实验中，控制温度34±1℃，pH7．5～8．5，HRT8h，通过逐步降低膜内压力使反应器中的溶解氧由8mg／L逐步降低到0．5mg／L以下。实验采用亚硝酸细菌挂膜，然后接种厌氧氨氧化细菌，实现在单一反应器中同时发生短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化耦合脱氮功能。结果表明，经过180d的连续稳定运行，氨氮去除率达到了93．4％，总氮去除率达到了92．5％，COD去除率达到97．2％，氨氮去除负荷0．6kgN／（m^3·d）。适合SNAD工艺的最佳C／N比为0．2～0．6，当COD浓度过高时，会抑制厌氧氨氧化细菌，使SNAD工艺的处理效果明显下降。

膜曝气生物反应器的除碳脱氮特性研究

膜曝气生物反应器是一种利用透气膜对生物反应器进行曝气的新型污水处理工艺。考察了采用透气膜供氧,并利用附着在透气膜上的生物膜同时去除有机物和氮的可能性。结果表明,生物膜对COD和氮的去除效果良好,在供气压力为7.5 kPa、水力停留时间为5.3 h的条件下,对COD和氨氮的去除率分别为76%和78%,最大膜面积去除负荷分别为7.6和0.78 g/(m2.d);对总氮的去除率最高为80.7%,最大膜面积去除负荷达1.31 g/(m2.d)。观察表明,生物膜具有分层结构,这有利于对有机物和氮的同时去除。

膜曝气生物膜反应器微生物膜结构研究进展

无泡曝气膜生物反应器(MABR)是一种具有广泛应用前景的新型有机废水处理技术.综述了MABR微生物膜特征、膜结构表征方法、微环境底物传质、微环境群落生态及生理学研究进展,并指出当前MABR微生物膜特性研究存在的问题与方向,为MABR技术的研究、开发与应用奠定基础.

炭管膜曝气生物膜反应器亚硝化的启动试验研究

利用包裹无纺布的多微孔炭管为膜组件的膜曝气生物膜反应器，对不含有机碳的氨氮废水进行了亚硝化启动试验的研究．结果表明，在进水NH4^＋-N浓度为200mg／L，温度为（34±1）℃，pH值为7．5-8．3，HRT为8h的条件下，通过逐步降低炭管内腔气压进而降低供氧量的方法，反应器连续运行83d，实现了稳定的亚硝化．荧光原位杂交（FISH）分析表明，硝化细菌主要集中在靠近曝气膜，生物膜界面区域，其中亚硝酸菌占优势地位，而靠近生物膜/液体界面区域硝化细菌数量较少．

膜曝气生物反应器的研究进展

阐述了膜曝气生物反应器(MABR)的工艺原理和特点,对膜生物反应器的结构形式、运行方式和功能的最新研究进展和发展趋势进行了综述,并对该技术的应用前景进行了展望。

DO对膜曝气生物反应器同步除碳脱氮的影响

为获得膜曝气生物反应器(membrane aerated bioreactor,MABR)处理污水同步除碳脱氮的最佳DO质量浓度,构建以亲水性聚丙烯中空纤维膜为曝气膜组件的MABR,在80 d连续运行的时间内,考察DO质量浓度对MABR处理模拟生活污水同步除碳脱氮效果的影响.结果表明:在水力停留时间8 h、膜表面COD及TN负荷分别为3.7 g.m2.h-1(COD计)和0.36 g.m2.h-1(TN计)相对稳定的条件下,当混合液DO质量浓度为0.5 mg/L左右时,MABR能实现较好地同步除碳脱氮,此时对COD、NH4+-N和TN去除率分别为80%、86.4%和66.5%;当DO质量浓度分别为4 mg/L和2 mg/L左右时,对COD和NH4+-N的去除率均提高到88%以上,但反硝化受到限制,TN去除效果不佳,去除率分别为10%和24%;当DO质量浓度降至0.1 mg/L左右时,MABR对COD和NH4+-N的去除均受到限制,去除率分别为60%和57.4%,TN去除率为46.8%.

用于废水处理的膜曝气生物反应器

膜曝气生物反应器是一种利用透气膜进行曝气的污水生物处理组合新工艺。膜曝气的主要特点在于无泡曝气和特殊结构的生物膜。无泡曝气可提高传氧效率,在高浓度废水或含挥发性有机物废水的处理中具有优势。曝气膜上生长的生物膜具有传质异向性,这一特点使其具有同步除碳脱氮的潜力。介绍了膜曝气生物反应器的工艺特点,总结了国内外对于膜曝气生物反应器在废水处理方面的研究进展,指出当前膜曝气生物反应器应用中存在的问题,并展望了今后的发展前景。

水质对中空纤维膜曝气效果的影响研究

通过间歇试验考察了水质对中空纤维膜曝气效果的影响。结果表明,随着水中有机物和其他杂质的增加,膜曝气的氧总传质系数(KLa)和饱和溶解氧(cs)的浓度不断下降,KLa由清水时的0.01853min-1降到COD含量为900mg/L时的0.0126min-1;cs值由12.54mg/L下降为10.04mg/L。对于池塘水,其KLa和cs下降幅度超过同等COD浓度的人工配水,这可能与池塘水质的复杂性有关。

负荷对膜曝气生物反应器去除有机物和硝化的影响

讨论了在模拟生活废水的浓度阶段性变化的情况下,有机物负荷以及氮负荷对膜曝气生物反应器的有机物去除和硝化的影响。结果表明,TOC负荷和TN负荷分别从6.6 g/(m2.d)和3.2 g/(m2.d)到26g/(m2.d)和5.8g/(m2.d)变化,碳氮质量比从2.1到4.6变化时,得到94%～97%的TOC去除率。碳氮质量比从2.1到3.7变化时,硝化率约为90%;当碳氮质量比增加到4.6时,硝化率降到81%。在第一阶段,碳氮质量比为2.85,TN负荷从2.5到9.5 g/(m2.d)变化时,TOC去除率为95%。最大硝化速率和硝化率分别为7.5 g/(m2.d)和90%。和传统的生物膜比较,用膜曝气生物反应器处理废水,可同时提高有机物去除速率和硝化速率。

直接接触式膜蒸馏过程的膜曝气强化

针对直接接触式膜蒸馏(direct contact membrane distillation,DCMD)过程存在的膜通量小及膜污染问题,设计了一种新型结构的膜蒸馏组件。以蔗糖溶液为处理液,考察了膜组件装填密度Φ、膜曝气量q、蔗糖浓度c与温度T0对DCMD过程的影响。结果表明:随着Φ、q的增加,DCMD过程的膜通量先增大,后逐渐降低,Φ、q均存在最优值;随着c的增加,膜通量逐渐降低;随着T0的增加,膜通量增大;对c为30%(mass)的蔗糖溶液进行DCMD法处理330 min时,膜曝气可使DCMD的初始膜通量Jinitial提升24.7%、膜通量衰减率ΔJ降低55.0%,维持高膜通量的连续运行时间t0延长4倍。主要原因是膜曝气强化了DCMD过程的传热传质,进而强化过程的分离性能;有效控制了DCMD过程的浓差极化,进而延缓过程的膜污染进程。研究结果有利于推进DCMD的工程化应用。

硅胶膜曝气生物反应器同步短程硝化反硝化研究

以疏水性无孔硅橡胶管为膜曝气组件，通过长期的运行试验，对硅胶膜曝气生物反应器中实现同步短程硝化反硝化的可行性进行了研究。结果显示：在温度为32℃，pH为7.5~8.0，溶解氧为0.5 mg/L， HRT为12 h，进水COD为300 mg/L，NH4＋-N为60 mg/L时，SMABR具有最佳去除效果，此时出水NO2--N为7.3 mg/L，NO3--N未检测到，NH4＋-N、TN、COD去除率分别为82.9%、71.0%、90.0%。研究结果表明：SMABR通过改变反应条件能稳定实现同步短程硝化反硝化。