电场控制MBR膜污染技术研究进展

膜生物反应器(MBR)出水水质优良,可直接回用.然而,长期运行过程中存在的膜污染问题依然是阻碍其进一步发展及商业化应用的主要因素.电场是缓解膜污染、提高出水水质的有效且清洁的途径之一.微生物燃料电池(MFC)中的微生物通过新陈代谢作用可将污水中蕴含的化学能转化为电能,用于膜污染防治.利用MBR自生电场缓解膜污染的关键是导电微滤膜的制备.综述了电场控制膜污染的基本原理和研究进展、导电微滤膜制备技术及其应用的研究进展,并指出导电微滤膜的规模化生产及实际应用将是MBR膜污染机制研究的重要方向.     

EDTA吸附材料控制厌氧正渗透膜生物反应器中正渗透膜的污染

针对厌氧正渗透膜生物反应器(AnOMBR)存在的严重膜污染问题,借助乙二胺四乙酸(EDTA)制备吸附材料,提取正渗透(FO)污染膜表面的生物结合态钙,考察控制AnOMBR中FO膜污染的可行性.结果表明,EDTA吸附材料可以有效提取AnOMBR中FO污染膜面生物结合态的钙离子,吸附效率达到71.54%.EDTA吸附后,FO污染膜的水通量从11.28 L/(m~2·h)提升到18.33L/(m~2·h),且钙离子含量从1.30 mg/m~2下降到0.37 mg/m~2.与此同时,FO膜面沉积的生物污染物的量明显减少,尤其是多糖含量减少了79%左右,且生物污染层变薄.由于多糖-钙离子凝胶网络的破坏和沉积多糖的分离,污染层结构变得松散,膜污染得到控制.EDTA吸附材料借助官能团的螯合,去除与多糖结合的钙离子从而缓解膜污染的方法,为FO膜污染控制提供了新思路.     

医院污水污染膜的污染特征及清洗技术研究

医院污水水质水量变化大而且成分十分复杂,含有大量病毒等有毒有害物质。膜生物反应器(Membrane bioreactor,MBR)技术已在工业废水领域得到广泛应用,但膜污染始终是制约其稳定运行的关键问题之一。针对医院污水MBR处理工程的污染膜,采用x射线能谱分析仪(Energy dispersive x-ray spectroscopy,EDX)分析其表面元素组成,确定最适清洗方案,可为MBR技术的稳定运行提供有益参考。结果表明,与其他季节相比,秋季污染膜表面元素组成最为复杂,为有机和无机交叉污染。室温条件下,质量分数0.5%柠檬酸和质量分数0.1%次氯酸钠可分别有效清除污染膜表面的无机和有机污染物。关于清洗顺序,先柠檬酸后次氯酸钠清洗的效果较佳,柠檬酸去除无机物使得膜污染层变得疏松,为后续次氯酸钠清洗创造了有利条件,清洗膜的膜表面元素组成与新膜基本一致,其孔隙率、平均孔径及接触角与新膜也相差不大,分别为0.858、0.104μm和(69.20±0.115)°。     

正渗透膜生物反应器与反渗透耦合系统的运行性能研究

针对目前正渗透膜生物反应器(OMBR)存在的汲取液回收和盐分积累的问题,借助反渗透(RO)膜的高效截留性能和微滤(MF)膜允许溶解性盐透过的特性,构建了新型的MFOMBR-RO组合系统.结果表明,由于MF的引入,OMBR中的盐度稳定在1.95~2.43mS/cm,盐分积累得到缓解.采用RO膜与FO膜进行耦合,可以将稀释后的汲取液电导率从33mS/cm浓缩至45mS/cm,同步实现汲取液的回收和水的回用.MF-OMBR-RO系统能够有效去除有机物、氮和磷等污染物,其中RO出水可以作为高品质水进行回用,而MF出水能够满足城市杂用水的要求.与三醋酸纤维素(CTA)和聚酰胺(TFC)材质的FO膜相比,水通道蛋白FO膜的运行通量略低,但是其生物污染较轻.     

曝气强度对膜生物反应器中胞外聚合物组成及分布的影响

以膜生物反应器处理模拟生活废水为研究体系,研究了曝气强度对系统比耗氧速率、胞外聚合物含量及分布的影响。结果表明,随着曝气强度增大,比耗氧速率增加,反应器内上清液胞外聚合物含量下降,污泥胞外聚合物含量则变化不大,且胞外聚合物组成均以多糖为主。然而,膜污染层中溶解态胞外聚合物及总胞外聚合物含量随曝气强度升高而增加,其组成以蛋白质为主。膜污染速率与污泥混合液溶解态胞外聚合物中蛋白质与多糖的比值呈正相关。     

双室MFC回收尾矿中铁离子的产电性能研究

采用双室微生物燃料电池(MFC)技术对模拟尾矿中的铁离子进行浸出并回收,考察了阴极分别采用模拟浸出液、实际浸出液时反应器的产电性能。结果表明,MFC反应器阴极采用实际浸出液运行时具有较好的产电性能,其峰值电压可达(492.9±14.9) m V,最大功率密度为0.700 3 W/m2,是采用模拟浸出液体系的3.8倍;相应铁离子浸出率、回收率分别为62.6%、90.0%,比模拟体系分别提高了21.6%和51.4%。     

预处理温度及pH值对废弃菌丝体发酵产酸的影响

为利用废弃菌丝体生产短链挥发性脂肪酸(Short Chain Volatile Fatty Acids,SCFAs)的资源化方法提供有益参考,研究了废弃菌丝体预处理温度和pH值对总固体(Total Solid,TS)和有机物(Volatile Solid,VS)融出率,上清液中SCOD、可溶蛋白质、碳水化合物和氨氮浓度及预处理液发酵产酸效果的影响。结果表明,较高的废弃菌丝体预处理温度和pH值有利于TS和VS的融出,所得上清液中SCOD、可溶蛋白质、碳水化合物和氨氮浓度均较高。当预处理温度一定(90℃)时,废弃菌丝体预处理pH值对厌氧发酵产酸的效果影响较大,pH值为5.0时,SCFAs的质量浓度最高,为8.01 g/L,但各预处理pH值条件下有机酸的主要成分均为乙酸。由于中性pH值(pH值为7.0)时溶液中氨氮质量浓度高达1.96 g/L,抑制了厌氧产酸微生物的活性,产酸效果较差。     

基于蛋白质回收的剩余污泥酶解技术研究

研究酶解技术联合热碱方法水解剩余污泥,进而高效溶出蛋白质。结果表明,与酶解技术结合,热碱水解对剩余污泥蛋白质的溶出有明显的促进作用。与单独酶解相比,溶菌酶和木瓜蛋白酶的剩余污泥蛋白质溶出率分别提高了46.84%和45.56%。碱性蛋白酶和木瓜蛋白酶复配联合热碱水解法水解剩余污泥,效果优于其他复合酶。当污泥浓度为30 g/L时,复合酶(碱性蛋白酶∶木瓜蛋白酶=1∶12,质量比)投加质量分数为1%,在pH为7.0和温度为55℃条件下酶解2.0 h,再在pH为12.5和温度为90℃条件下热碱水解1.5 h后,剩余污泥蛋白质溶出效果最佳,上清液中蛋白质质量浓度和蛋白质溶出率分别达6 050 mg/L和84.33%。     

温度对浸没式MBR运行及污泥性质的影响

在长期运行浸没式膜生物反应器(MBR)条件下,通过相关污染物含量以及污泥性质的测定,考察运行温度对膜生物反应器运行性能及污泥性质的影响。结果表明,运行温度对MBR污染物去除效果及污泥性质的影响显著。随运行温度升高,COD和NH_4~+-N去除率先升高后降低,均在25℃时去除率最佳,而总磷的去除率则是先降低后升高,在10℃时去除率最佳,这与混合液污泥性质的变化密切相关。温度过高或过低,均导致污泥活性降低,同时,在10℃时EPS质量分数最高,为37.88 mg/g,导致污泥沉降性能恶化,粒径减小,黏度增加,进一步加重膜污染,扫描电子显微镜观察发现,污泥絮团之间被大量丝状菌呈网状连接,这与污泥沉降性能及膜污染恶化有关。     

TiO_2改性层厚度对PVDF-TiO_2改性膜性能的影响研究

TiO_2纳米颗粒具有亲水、无毒、光催化活性和廉价易得等优点,在PVDF改性膜制备方面应用广泛.通过常规共混法制备的PVDF-TiO_2改性膜,大部分TiO_2颗粒被掺杂于较厚的大孔支撑层中,未充分发挥作用.通过分层刮膜的方式,控制含有TiO_2纳米颗粒的铸膜液的刮制厚度,制备了TiO_2改性层厚度不同的PVDF-TiO_2改性膜.实验发现,采用分层刮膜方式制备的M50改性膜中TiO_2添加量仅为常规PVDF-TiO_2改性膜(M250)的20%,但其纯水通量可以达到M250膜的90%.过滤BSA溶液和模拟生活污水并经过用纯水简单清洗后,M50膜通量恢复率(FRR)分别达到M250膜的99%和100%.提供了一种进一步提高PVDF改性膜经济性的新思路.