膜生物反应器在猪场污水处理中的应用及技术现状

本文叙述了猪场污水的特点及膜生物反应器（MBR）处理猪场污水工艺的国内外应用及技术现状，对MBR用于猪场污水处理的几种典型工艺及应用实例、处理效果、操作条件的研究及膜污染和清洗方法等进行了讨论，并展望了MBR用于猪场污水处理的发展前景和今后的研究方向。     

膜生物反应器处理猪场污水研究

为探讨膜生物反应器(MBR)处理猪场污水的可行性和膜生物反应器的运行、操作条件，为膜生物反应器在处理猪场污水中的应用提供必要的基础参数，该文采用U型中空纤维膜和L式中空纤维膜生物反应器，对不同的化学需氧量(COD)及氨氮(NH⁺₄-N)进水浓度、溶解氧水平(DO)、污泥龄(SRT)进行了4种工况试验研究。结果表明，MBR作为猪场污水处理好氧段是可行的，当进水COD平均浓度为1860 mg/L，U型、L式膜平均去除率分别为84.10％，81.20％；NH⁺₄-N进水平均浓度为511 mg/L，U型、L式膜平均去除率分别为93.81％，93.61％。     

浸没式膜生物反应器协同活性炭处理海产养殖废水效果

该文结合海产养殖废水的盐度效应特点,开展了浸没式膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)协同粉末活性炭(powder activated carbon,PAC)处理含盐废水的试验。考察了投加PAC对于MBR污染物去除性能及膜污染的影响;盐度变化过程中(0~35 g/L)MBR对化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、氨氮(ammonia nitrogen,NH_4~+-N)、亚硝酸盐氮(nitrite nitrogen,NO_2-N)处理效果;以及含盐废水长期作用下微生物性能、膜通量、絮体粒径的变化情况。重点分析0~5 g/L的盐度变化,本体溶液中的溶解性有机物(soluble microbile products,SMP)和污泥絮体中胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)组成及含量的变化情况。结果表明:MBR-PAC对COD的去除效率比MBR高7.3%,对NH_4~+-N、NO_2-N去除的稳定性优于MBR;两工艺条件下膜通量随盐度变化呈现类似的趋势,即敏感期衰减,稳定期得到一定程度的恢复。养殖废水长期作用下,MBR-PAC膜通量是MBR的1.5倍,MBR-PAC的污泥粒径相对于MBR增加了52μm。盐度变化过程中,PAC由于其吸附性能及絮凝能力,能吸附本体溶液中的溶解性微生物代谢产物,相对于MBR,蛋白质的含量减少了34.0%。MBR-PAC适用于海产养殖废水的处理。     

浸没式膜生物反应器处理猪场污水运行参数优化

污水处理是目前猪场废弃物污染防治的难题,结合猪场污水原水可生化性较好的特点,作者开展了浸没式膜生物反应器(MBR)处理猪场污水运行参数优化试验研究。试验选择3种溶解氧质量浓度(DO:1.5、1.5~3.0和3.0 mg/L)、3种水力停留时间(HRT:0.75、1.5和3.0 d)和3种回流比(200%、300%和400%),根据正交试验设计形成9个处理组,分3批在河南省某人工干清粪猪场进行试验,每批试验运行50 d(20 d驯化期+30 d试验期)。MBR有效容积30 L,自动进水和出水,污泥停留时间控制在25~30 d,反应器内水温控制在(20±5)℃,调节p H值为7~8。结果表明,当膜生物反应器进水化学需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)和总磷(TP)质量浓度分别为(3 277±1 192)、(203.8±51.2)、(361.0±133.3)和(65.0±23.1)mg/L时,出水的COD、NH4+-N、TN和TP质量浓度分别为(202±201),(56.6±54.0)、(91.6±69.1)和(19.2±10.0)mg/L,对应的去除率分别为94.3%±5.8%、70.0%±27.2%、70.7%±20.7%和68.3%±17.4%。MBR在去除污染物的同时,对污水中粪大肠菌群具有较好的去除作用,去除率达到99.9%±0.08%,试验中86.4%的MBR出水粪大肠菌群数能达到国家标准的卫生学指标要求。通过正交试验的极差分析发现运行参数对COD和NH4+-N去除效果的影响顺序为DOHRT回流比,对TP去除效果影响的顺序为HRTDO回流比,并优化出MBR最佳运行参数为DO 1.5~3.0 mg/L、HRT 3.0 d和回流比300%,对应试验中的处理4,其出水的COD、NH4+-N和TP质量浓度分别为(69.3±48.7)、(10.0±8.2)和(14.0±9.9)mg/L,相应的去除率分别为97.8%±1.5%、93.8%±5.0%和81.5%±14.2%。MBR出水可采用紫外线杀菌,杀菌后出水可望回用于圈舍冲洗以减少猪场生产的水资源消耗。     

膜生物反应器在猪场污水处理中的应用及技术现状

叙述了猪场污水的特点及膜生物反应器(MBR)处理猪场污水工艺的国内外应用及技术现状,对MBR用于猪场污水处理的几种典型工艺及应用实例、处理效果、操作条件的研究及膜污染和清洗方法等进行了讨论,并展望了MBR用于猪场污水处理的发展前景和今后的研究方向。     

纳滤膜孔径对沼液超滤透过液养分富集与膜污染行为的影响

超滤（ultrafiltration，UF）能有效浓缩沼液，但透过液中仍含有大量养分，可进一步采用纳滤（nanofiltration，NF）等精密膜浓缩利用。NF膜的孔径会直接影响膜的截留特性和通量，从而影响浓缩性能。为了探究NF膜孔径对沼液浓缩过程养分富集效果和膜污染行为的影响，该研究以鸡粪沼液的UF透过液为研究对象，分别采用800 D、500 D、100 D的NF膜（平均膜孔径分别为2.0、1.0、0.5 nm）进行浓缩，重点分析养分截留效果和膜污染特征。结果表明：不同孔径的NF膜均能高效截留化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）和总磷（total phosphorus，TP），截留率可达68%以上，但对总氮（total nitrogen，TN）和总钾（total potassium，TK）的截留较低，仅为19%～35%。随着膜孔径降低，NF对COD、TN、TP、TK的截留效果略有提高，但整体差异不明显。不同孔径NF膜在沼液浓缩过程均出现了明显的水通量降低。与1.0 nm的NF膜相比，0.5 nm膜较小的孔径和2.0 nm膜较大的初始通量均会导致膜表面有机-无机致密污染层的形成，从而造成水通量快速降低；而1.0 nm膜表面形成的以无机晶体为主的污染层较为疏松，通量下降较为缓慢。综合养分截留效果和水通量变化规律，确定孔径为1.0 nm的NF膜更适用于浓缩沼液的UF透过液，研究结果可为推动沼液膜浓缩的发展与工程应用提供理论与技术支撑。     

大薸对奶牛场废水中耐药基因的去除效果和驱动因子分析

为探究大薸对奶牛场废水的净化效果,该研究选用温室模拟培养结合高通量测序方法,研究大薸对奶牛场废水中耐药基因（Antibiotic Resistance Genes,ARGs）的去除效果及驱动因子。结果显示：对于奶牛场3种实际废水（原水、厌氧池和氧化塘废水）,大薸整体呈现良好的净化效果,废水中大部分ARGs的绝对丰度呈现正去除效果,在原水、氧化塘废水和低浓度厌氧池废水中,大薸处理后ARGs绝对丰度（lg值）分别下降0.25（ermA 和fexA）～3.66（blaOXA-1）、0.08（blaTEM-1）～3.51（strB）和0.09（fexA）～4.07（strB）,而对高浓度厌氧池废水,则仅有9/16的ARGs呈现正去除。经过大薸处理后,不同废水中的微生物多样性和丰度均升高,废水中优势菌种Proteobacteria和Firmicutes相对丰度下降,而Bacteroidetes 和Actinobacteriota相对丰度上升,相较于无植物处理组中微生物群落差异较大。RDA分析结果表明,优势菌属（Hydrogenophaga、Flavobacterium、Bacillus和Gemmobacter）结合环境因子对ARGs变化的解释率分别为77.67%和78.57%,网络分析结果亦表明,ARGs变化与微生物和环境因子密切相关。因此,大薸对ARGs的去除是通过微生物变化和环境因子改变等多种作用共同驱动的。研究结果可为畜禽污水中ARGs污染防控提供理论依据,有助于推动植物生态处理技术的绿色可持续发展。     

柴油机排放颗粒物的热重特性分析

为了解不同粒径颗粒物在特定氛围下的氧化特性,该文利用MOUDI采样器收集到的柴油机颗粒物,在纯N2及纯O2环境下,对0.18～0.32、0.32～0.56、0.56～1.00和1.00～1.80 μm 4个粒径级颗粒分别进行热重分析试验。结果表明,随着粒径级的增大,颗粒物中水分和SOF（soluble organic fraction）的含量下降,而干碳烟（soot）和无机盐的含量增加。在纯N2氛围下,颗粒在SOF挥发阶段随着颗粒物粒径级减小,其SOF含量和失重峰值速率随之增加;但在soot热解阶段不同粒径级的失重速率趋同。程序升温终了时,各粒径级颗粒的热重曲线在纯N2氛围下缓滞停在不同位置,而在纯O2氛围下则渐趋归一。随着颗粒物粒径级的减小,热重曲线呈下降趋势,颗粒越细则越易升温（氧化）失重;而在纯O2氛围下,各粒径级在SOF挥发阶段表现出与纯N2氛围下一致的规律但失重速率峰值明显增加。在soot热解阶段,随着颗粒物粒度减小,比表面积增加使其吸附氧的能力增加,发生化学反应的活性增大,颗粒氧化的起燃温度降低,且起燃时刻对应的失重速率增加;各粒径级颗粒物的失重速率峰值出现在600～640℃之间,随着颗粒物粒径增大其soot所占含量随之增多,热解失重速率峰值亦显著增加。研究结果可为颗粒物处理的技术措施提供基础物性数据,有助于推动颗粒物处理装置的改进和优化。     

中试膜生物反应器中猪场沼液部分亚硝化快速启动试验

膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)具有出水水质好、污泥龄(Solid RetentionTime,SRT)长等优势,该研究在中试MBR中开展猪场沼液部分亚硝化工艺研究,为部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺在实际工程上的示范应用提供技术参数。结果表明,常温状态下控制反应器内溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)在0.2～0.5 mg/L,p H值8.0±2.0条件下,成功启动并稳定运行部分亚硝化工艺,亚硝酸盐氮积累率保持稳定,最高达到87.95%,出水的亚硝酸盐氮和氨氮浓度比值稳定在1.1∶1,达到进行厌氧氨氧化反应的基质需求。部分亚硝化过程中,氨氧化细菌活性明显的提高且维持在(0.4±0.02)g/(g·d)。反应器内微生物多样性增加,菌群结构发生明显变化,优势菌门由Chloroflexi(绿弯菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)变为Proteobacteria(变形菌门),Nitrosomonas(亚硝化单胞菌)成为反应器内的优势菌属。     

旧膜对土壤温度和向日葵产量的影响

为有效利用地膜和减少污染,于2010—2011年在内蒙古河套地区进行地膜再利用试验,分别设旧膜上种植（JS）、旧膜间种植（JJ）及露地种植（W）3个处理,研究旧膜对免耕向日葵田土壤温度变化和产量的影响。结果表明,2 a内JJ和JS处理下整个生育期0—50 cm土层温度均高于W处理,且在播种时和苗期差异显著（p<0.05）,在0—10 cm土层,旧膜能有效提高土壤温度,使向日葵提前达到出苗所需的有效积温,从而促进出苗,缩短生育期。整个生育期5 cm土层的总积温（≥10℃）JJ和JS处理下分别比W处理高176.08,166.47℃,生育期较露地种植缩短5~7 d,差异性显著。土壤温度的日变化在0—20 cm呈单峰曲线,随着土层的加深和生育进程的推进,土壤温度峰值出现的时间延后,且旧膜延后于露地。JJ处理下籽粒产量在2010年和2011年较JS处理分别增加了1.34%和0.88%,较W处理分别增加了12.92%和17.82%。可见旧膜仍有利用价值,而且以旧膜间种植效果更好。     

农药废水对秀丽隐杆线虫毒性效应及其主要有毒组分

应用battery生物测试法,检测研究农药废水对秀丽隐杆线虫的生命周期、繁殖速率、生殖能力、头摆和身体弯曲频率等影响的生物毒性,及其引发生物毒性的主要有机污染物。结果表明,在已经达到国家废水排放标准[GB 8978—1996]情况下,处理出水对受试动物仍然存在致毒效应;线虫的世代周期对进水的毒性最为敏感,产卵数量对出水的毒性最为敏感;进水毒性主要来自易受酸性调节影响的有机污染物,出水毒性主要来自易受碱性调节影响的有机污染物。结果表明,该项生物测试的毒性参数,可用于指示存在于低CODCr废水中的生物毒性;所用的毒性鉴别评价（TIE）方法,可用于鉴别废水中引发致毒效应的关键污染物。废水中悬浮颗粒污染物的生物毒性至关重要,尚未研究,有待继续。     

The Impact of Rainfall on Flows and Loadings at Georgia’s Wastewater Treatment Plants

An assessment of influent and effluent data from 24 wastewater treatment plants (WWTPs) in the state of Georgia with design capacities of 37,850 m³/d (10-mgd) or greater was undertaken. Twelve months of operating data from the 2003 calendar year were evaluated. The objectives of the study were to determine the effect of rainfall intensity on the volumetric flow rate to each WWTP and to determine the relationship between flow rate and the influent five-day, biochemical oxygen demand (BOD₅) and total suspended solids (TSS) concentrations. The relationships between rainfall intensity and influent BOD concentration, rainfall intensity and influent TSS concentration, influent BOD loading and effluent BOD concentration, and influent TSS loading and effluent TSS concentration were also evaluated. Moderate to strong correlations were observed between rainfall intensity and volumetric flow rate, volumetric flow rate and influent BOD and TSS concentrations, average monthly rainfall intensity and influent BOD and TSS concentrations, and between influent BOD and TSS loadings and effluent BOD and TSS concentrations. Weak correlations were observed for some of the relationships when applied to the complete data set however, stronger correlations were achieved by performing statistical analyses of variance and pooling subsets of the data. Peaking factors for flows and loadings were similar to those reported in the literature.     

柑桔汁陶瓷膜微滤澄清和污染阻力试验

为了探讨柑桔汁微滤澄清技术及微滤膜污染阻力,建立膜清洗方法,研究以0.2 mm陶瓷膜微滤柑桔汁时膜通量变化及处理效果,结果表明：当温度30℃、压差0.16 MPa及膜面流速4 m/s时,全循环模式下稳定膜通量为22.4 L/(m2·h),浓缩模式下体积浓缩因子为12时,膜通量为10.6 L/(m2·h),澄清汁得率达91.67%;澄清汁浊度仅为0.62 NTU,澄清度高达99.93%,且各主要营养成分变化不大。通过建立膜污染阻力模型,考察操作参数对各分解阻力的影响,进而研究膜污染动力学后发现：压差对不可逆极化层阻力影响最为明显;增大膜面流速显著降低各极化层阻力,但对不可逆污染阻力作用不大;升高温度使得各阻力下降;膜污染可用拟二级速率方程描述。研究污染膜清洗过程,结果表明采用去离子水、1% NaOH和0.5% NaClO混合液、0.2% HNO3溶液依次清洗膜,膜通量可迅速恢复。     

Effects of molecular weight and concentration of arabinoxylans on the membrane plugging

In this paper, arabinoxylans from wheat were isolated, purified, and degraded into four fractions with different molecular weight. The distribution of particle size was employed to evaluate the membrane plugging by beer. These arabinoxylans fractions were added into arabinoxylan-free beer to investigate the effects of molecular weight and concentration on the distribution of particle size in beer. Results showed that the fraction of arabinoxylans retained by a 0.22-mum pore size membrane was more easily affected by shearing and arabinoxylan concentration than the fraction of arabinoxylans retained by a 0.45-mum membrane. The effects of shearing, pH, and ethanol concentration of beer on the particle size distribution of the highest molecular weight arabinoxylan fraction in beer were also examined. General linear models (GLM) equations indicated that there was a positive correlation between the particle size distributions of arabinoxylans and shearing and ethanol content, while high molecular weight arabinoxylans particle size retained by the 0.45-mum membrane was not significantly (p > 0.05) influenced by pH value. Scanning electron microscope (SEM) photos showed that membrane plugging was significantly affected by the molecular weight of the arabinoxylans.     

寒冷地区太阳能减压膜蒸馏RO浓水淡化系统设计与试验

针对目前反渗透(reverse osmosis,RO)浓水的零排放以及膜蒸馏产生的蒸汽冷凝及相变热回收问题,该文设计了一套适用于寒冷地区的太阳能减压膜蒸馏RO浓水淡化系统。系统主要由太阳能集热器、膜蒸馏组件、冷凝装置及真空泵等部分组成。该系统在宁夏银川市贺兰县的苦咸水地区进行了试验,对太阳能的集热效果、减压膜蒸馏的RO浓水淡化效果、冷凝装置的冷凝效果及对温室作物的加热效果进行了测试分析。试验表明:所选的太阳能集热器面积基本可以满足全年的膜蒸馏用热,在反渗透淡水池中设计的不锈钢散热盘管长度可以满足蒸汽冷凝要求,在地表以下30~40cm处铺设地热盘管可以满足蒸汽冷凝要求和温室加热需求。在浓水进水温度为80℃、渗透侧真空压力为-0.080MPa时,减压膜蒸馏系统产水量可以达到37.62L/h,但随着膜蒸馏系统运行时间的加长,膜污染加重,产水量逐渐降低,在系统运行了近240h以后,对膜组件进行清洗,清洗后的系统产水量比清洗前提高了近1.5倍。通过试验验证,该系统基本能够满足寒冷地区温室的使用要求。该研究对降低膜蒸馏系统能耗、解决膜蒸馏的蒸汽冷凝及相变热回收、实现RO浓水零排放、减少浓水对环境污染具有重要意义。     

膜技术在沼气工程沼液减量化处理中的应用

厌氧发酵产沼气作为主流的能源化技术,在有机废弃物的处理中发挥了重要作用。沼液作为沼气工程的主要副产物,由于其产量大、含水率高,在资源化利用过程中存在储存运输困难、难以及时消纳利用等问题,需要进行减量化处理。利用膜技术浓缩沼液可大幅降低沼液体积,产生大量淡水资源,同时获得含高浓度营养物质的浓缩液,已展现出广阔的应用前景。该研究归纳了厌氧发酵沼液的水质特性,综述了固液分离预处理,微滤(Microfiltration,MF)、超滤(Ultrafiltration,UF)、纳滤(Nanofiltration,NF)、反渗透(ReverseOsmosis,RO)、膜蒸馏(MembraneDistillation,MD)和减压膜蒸馏(Vacuum Membrane Distillation,VMD)等沼液膜浓缩技术,总结了各技术的处理原理及当前国内外研究进展,重点探讨了需解决的关键瓶颈问题,并对膜技术应用于沼气工程沼液减量化处理进行了展望与建议。