生物载体缓解管式膜MBR工艺中的膜污染

膜污染一直是影响膜生物反应器(MBR)工艺稳定运行的难题。试验研究了浮球填料的加入对好氧管式膜MBR工艺中膜污染的影响规律及机理。结果表明，生物载体的加入能够显著减缓膜污染。与没有生物载体的MBR相比，载体填充率达到40%时可使滤饼层阻力下降约60.7%,孔堵阻力下降约90.6%,单周期运行时间延长约83.3%。机理分析表明，载体型MBR中悬浮污泥粒度明显增大，不可逆膜污染主要组分溶解性胞外聚合物(EPS)含量显著减少，而且EPS中蛋白质相对比例增加，滤饼层与膜面间的结合程度减弱，可改善低压冲洗和化学清洗效果。     

膜生物反应器在某电厂城市中水回用处理中的应用

某电厂采用膜生物反应器(MBR)对城市中水进行处理后作为冷却塔补水。通过对MBR运行数据、出水水质以及化学清洗效果的分析表明,MBR可有效去除来水中的COD、氨氮和悬浮物。但MBR系统运行4 a后,系统出现膜比通量下降、化学清洗效率偏低等问题。膜丝能谱(EDS)和扫描电镜(SEM)分析结果表明,有机物是造成膜污堵的主导因素,膜丝表面形成了致密的凝胶污染层,膜孔堵塞、窄化现象明显。根据MBR污染物质,提出采用EDTA碱洗+HCl酸洗+Na Cl O碱洗的清洗方案,膜比通量恢复率较常规碱洗+酸洗提高约10%。但膜孔内吸附的杂质沉积时间较长,膜孔堵塞现象难以彻底恢复。     

胞外聚合物对膜污染的影响

针对膜生物反应器（MBR）和污水生物处理过程中产生的胞外聚合物（EPS），从其组成、性质、提取方法、测定方法和膜污染的规律性及其防治等方面进行了归纳总结，以期为EPS的深入研究提供参考价值。     

膜生物反应器在水处理中的应用

膜生物反应器（MBR）是一种膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。由于膜生物反应器在污水处理中具有出水水质优异，操作运行简单，污泥产率低，占地面积小等特点，其应用范围和规模不断扩大。然而，膜污染和目前高昂的投资费用和膜污染是影响膜生物反应器进一步推广应用的主要因素。     

PVDF/PSA管式复合纳滤膜的制备优化及性能研究

通过哌嗪（PIP）和1,3,5-苯三磺酰氯（TSC）在不同无纺布的PVDF管式超滤膜上界面聚合制备PSA管式纳滤膜，研究了助溶剂对PSA管式纳滤膜性能的影响。与PA管式纳滤膜相比，PSA管式纳滤膜在20wt%硫酸、2.5wt%硝酸、pH=0盐酸、1wt%和5wt%氢氧化钠中浸泡一个月性能不变；对不同pH的染料截留率达到92%以上；在酸性硫酸铜溶液中，有着92%的硫酸铜截留率，且能长期稳定运行。     

基于MFC电场强化的MBR膜污染控制

将膜生物反应器(MBR)与微生物燃料电池(MFC)相结合,设计了一种MFC-MBR耦合工艺。对不同运行条件下MFC电场对MBR运行的影响与常规MBR(CMBR)工艺进行了对比。结果表明:以污水为基质的MFC产生的生物弱电场能有效控制膜污染速率,抑制不可逆污染。在不同污泥浓度下,MFC电场对于控制松散胞外聚合物(LB-EPS)中多糖类小分子污染物具有明显的优势,但对紧密胞外聚合物(TB-EPS)的控制并不明显。附加电场后,污泥zeta电位的绝对值分别降低2.7、7.1和4.1 mV,并促进了丝状菌的生长,使污泥絮凝性增强,污泥粒径变大。     

不同超滤膜处理二级出水的膜污染机制研究

为探究截留分子量与材质对污染物的去除效果,并分析二者对抗污染性能的影响,使用不同材料(PES、PVDF)和不同截留分子量(50,100 kDa)的超滤膜处理二级出水。结果表明,对于溶解性有机物(DOC)的去除效果,相同材料,截留分子量为50 kDa超滤膜优于100 kDa;100 kDa的超滤膜,PES材料优于PVDF。材料相同,100 kDa超滤膜膜通量下降程度小,反冲洗后,膜通量恢复程度越好,可逆污染占比较大;孔径相同,PES超滤膜的膜通量下降较慢,反冲洗效果更好,不可逆污染更轻。膜污染模型分析中,材料相同,100 kDa膜片对4种污染模型的拟合系数均高于50 kDa,4种污染模型造成的污染更加显著,膜污染过程更加复杂。     

不同超滤膜处理二级出水的膜污染机制研究

为探究截留分子量与材质对污染物的去除效果,并分析二者对抗污染性能的影响,使用不同材料(PES、PVDF)和不同截留分子量(50,100 kDa)的超滤膜处理二级出水。结果表明,对于溶解性有机物(DOC)的去除效果,相同材料,截留分子量为50 kDa超滤膜优于100 kDa;100 kDa的超滤膜,PES材料优于PVDF。材料相同,100 kDa超滤膜膜通量下降程度小,反冲洗后,膜通量恢复程度越好,可逆污染占比较大;孔径相同,PES超滤膜的膜通量下降较慢,反冲洗效果更好,不可逆污染更轻。膜污染模型分析中,材料相同,100 kDa膜片对4种污染模型的拟合系数均高于50 kDa,4种污染模型造成的污染更加显著,膜污染过程更加复杂。     

甲苯二异氰酸酯交联羟乙基甲壳素/聚丙烯腈复合纳滤膜的制备及性能研究

以羟乙基甲壳素水溶液为铸膜液，在聚丙烯腈超滤膜上流延成膜，用甲苯二异氰酸酯（TDD作交联剂制备新型复合纳滤膜。膜对1．0g／L的Na2SO4截留率可达92．3％，测定了膜的流动电位及截留分子量，同时用红外光谱仪（IR）、电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）分别考察了复合膜的红外结构、表面及截面结构和粗糙程度。结果表明，复合膜对电解质离子的截留性能主要取决于离子与膜表面荷电层以及离子与离子之间的静电作用。     

SMBR工艺处理废水时操作方式的研究

膜生物反应器（MBR）在废水处理中必须能保证长期稳定运行，而操作方式与MBR运行性能密切相关。通过对小试规模的浸没式MBR（SMBR）恒流和恒压两种操作方式的短期以及长期实际运行研究，发现次临界区恒流操作和经济操作压力TMP以下的恒压操作有利于MBR的长期稳定运行；并从理论上分析了对应于不同的操作区域的膜污染机理。     

纳滤膜的制备与应用

目前,纳滤膜应用于饮用水处理行业已引起业界广泛的关注与研究。纳滤膜是一种介于反渗透膜与超滤膜之间的水处理膜,有着较高的渗透和截留性能;纳滤膜一方面能截留水体中大部分的微量污染物质,另一方面保留水体中对人体有益的矿物质。文中主要讨论了纳滤膜的制备方法、分离机理、表征方法、污染以及在饮用水方面的应用和所面临的瓶颈,并探讨了纳滤膜技术今后的发展工作。可以看出,纳滤膜在饮用水处理领域有着广阔的应用前景。     

优化曝气方式对减缓SMBR一体式反应器中膜污染的影响

在相同运行条件下，研究了改进型曝气方式（膜出水时气水比为20：1，停止抽吸时气水比为40：1）和传统曝气方式（采用气水比40：1连续曝气）一体式膜生物反应器下SMBR的运行情况。试验结果表明：改进曝气方式的SMBR中胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物产物（SMP）浓度以及料液粘度都低于传统的SMBR，减轻了膜污染，直观表现为具有较低的跨膜压力（TMP）；两种曝气方式的膜阻力均以沉积层阻力为主，改进曝气方式的SMBR沉积层阻力所占比例高于传统的SMBR，后者膜孔吸附及堵塞阻力所占比例远高于前者，因此后者膜清洗费用高；此外改进型曝气方式由于其阶梯式曝气强度降低了能耗。     

膜生物反应器的污染及防治

控制膜生物反应器(MBR)的膜污染、提高膜清洗效率、延长膜运行周期,是影响MBR推广应用的至关重要的问题。现从膜、生物及运行条件等方面分析了膜污染的影响因素,并提出了MBR污染防治的相应措施。     

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3～10 kDa对膜内部阻力影响显著,SMP中Mw＞10 kDa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。     

内循环膜生物反应器处理啤酒废水

介绍了一种新型低能耗、高效膜生物反应器——内循环膜生物反应器（ICMBR）。反应器是在IC反应器的第二好氧反应室设置中空纤维膜组件和穿孔曝气管构成的IC＋MBR集成工艺;其运行特征相当于上流式厌氧污泥床（UASB）和膜生物反应器（MBR）的串联运行,并利用气体提升达到内循环,成功实现有机物去除和同步生物脱氮,CODCr和TN去除率分别达到90％以上。     

耦合分离膜对悬浮型光催化纳滤膜反应器耦合工艺特性的影响研究

以阿特拉津(atrazine)模拟废水作为处理对象,采用3种不同种类和性质的纳滤膜与悬浮型光催化氧化过程进行耦合构成悬浮型光催化纳滤膜反应器的废水耦合处理工艺,比较耦合纳滤分离膜的种类和性质对光催化膜反应器处理atrazine模拟废水耦合工艺特性的影响.实验得出,由于对目标污染底物及主要光催化降解中间产物出色的选择性分离截留效果,将TS-60与光催化膜反应器进行耦合处理目标废水的处理效果最佳.     

新型膜组件MBR启动运行Anammox工艺及膜污染控制

膜生物反应器（MBR）作为一种高效的厌氧氨氧化（Anaerobic ammonia oxidation,Anammox）反应器受到研究者的广泛关注。然而，膜污染问题制约了MBR在Anammox领域的工程应用。为了减缓膜污染的形成，设计了一种新型伞式膜组件，再在这种膜组件的基础上构建MBR用于启动运行Anammox工艺，通过形成特定的流场结构强化膜附近水流剪切力和水流速度，从而实现膜组件的自清洗，进而延长膜组件的使用周期。该反应器经55 d运行成功启动Anammox工艺，直到运行81 d才达到更换膜组件的条件（跨膜压力达到0.045 MPa）。结果表明，新型膜组件MBR不仅可以缩短Anammox工艺的启动周期，还可以有效缓解膜污染。扫描电镜结果表明，运行81 d的膜组件表面形成了明显的滤饼层，其主要污染物为具有花椰菜结构的厌氧氨氧化菌（AnAOB）及生长代谢产物。同时利用Ansys Fluent模拟工艺运行过程中伞式膜组件周围的流场结构，从流体动力学角度解释了伞式膜组件缓解膜污染的机理。研究表明，膜组件附近强化的水流剪切力和水流速度作用于展开的膜丝，显著减缓滤饼层的形成。     

纳滤分离中性溶质的截留分子量参数细孔模型

基于纳滤膜截留分子量（MWC）所对应的分子Stokes半径(rs)与膜的等效细孔半径(rp)相等的假设，通过建立rs与分子量(MW)之间、rp与MWC之间的定量关系方程，并以立体阻碍－细孔模型（SHP）和Spiegler-Kedem模型为基础，组建了一个以截留分子量为特征参数的纳滤分离中性溶质的细孔模型（MWC-SHP）。通过NF270纳滤膜对葡萄糖和蔗糖的透过实验，采用MWC-SHP模型对NF270纳滤膜的开孔率与膜厚之比（Ak/Δx）和rp进行了估算，估算结果同SHP模型一致。应用MWC-SHP模型预测中性溶质分子的截留率随透过通量的变化关系，与实验结果吻合.因此，MWC-SHP模型同SHP模型一样，可用于纳滤膜结构评价和分离性能预测。与SHP模型相比，MWC-SHP模型的求解更方便，具有较好的实用性。     

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。     

低压耐污共混纳滤膜的研发及其对典型溶解性有机物的去除研究

采用相转化法制备掺杂介孔硅的共混纳滤膜。利用N2吸附-脱附和小角XRD测试对制备的介孔硅进行表征,结果证明共混膜中的掺杂材料为有序的介孔硅材料。利用扫描电子显微镜(SEM)对制备的共混膜截面进行表征,结果表明介孔硅的添加能够明显改变膜的结构和均匀性。研究了共混纳滤膜的截留分子量和耐污性能实验,结果表明介孔硅的添加能够缩小膜的孔径,其中,0.2wt%、0.5wt%、1.0wt%掺量共混纳滤膜的膜孔半径为0.78~2.13nm;均匀性越好的共混纳滤膜水通量变化越小,水通量恢复率越高。考察自制共混纳滤膜对富里酸的去除效果,结果表明掺杂介孔硅的共混纳滤膜可以明显提高对富里酸截留率,截留率最高的0.2wt%共混纳滤膜效果明显优于商业膜NF-70。