《MABR膜材料筛选及性能评价研究》

技术简介：

膜曝气生物膜反应器(MABR)是将气体分离膜和生物膜水处理结合在一起的一种新型污水处理技术。本研究通过测试不同膜材料的氧传递性能筛选出适合的MABR膜组件,探讨了进气压力、水流流速和C/N等对MABR系统运行效能的影响,考察了MABR生物膜特性和微生物群落结构特征,揭示了不同运行条件下MABR反应器内微生物群落结构的演变规律,以及运行工况对优势菌群的作用机制,阐明了环境变量对生物膜特性的调控机制,为MABR的高效运行奠定了基础。主要研究结果如下:(1)两种材料(聚四氟乙烯(PTFE)、聚-4-甲基-1-戊烯(PMP))中空纤维膜组件的无泡充氧性能测试表明,两种材料膜组件均能实现无泡曝气,PTFE膜组件氧传质系数(0.3889h~(-1))比PMP(0.3024h~(-1))好,两种材料膜组件充氧效率分别为17.88kg·(k W·h)~(-1)、13.85kg·(kW·h)~(-1),均明显优于传统微孔曝气方式(7.8kg·(k W·h)~(-1))。(2)MABR系统处理模拟生活污水实验表明,在运行条件为间歇进水、水力停留时间(HRT)为24h时,MABR生物膜对COD具有快速吸附和氧化能力,且不易受低进气压力、水流流速和C/N等运行工况的影响;而NH_4~+-N去除在低进气压力、低水流流速和高C/N时受到抑制;TN和COD去除不同步,低C/N时微生物经内源呼吸转化为内源碳,从而促进了TN去除,反应器出现了好氧反硝化现象;在进水COD为80～560mg·L~(-1),进水NH_4~+-N为50mg·L~(-1)左右时,反应器可以获得较高的COD、NH_4~+-N去除率,过高或过低C/N均会抑制TN去除。(3)MABR反应器微生物特性研究表明,当进气压力为7～13k Pa时,MABR反应器内生物量和生物膜厚度均随着进气压力的增大先增加后减少;进气压力为16kPa时,由于EPS(胞外聚合物)的包裹,生物膜更加紧密;随着水流流速的增加,生物量逐渐增加但生物膜厚度先增加后减少;生物量和生物膜厚度与C/N呈正比关系;EPS定量结果显示随着进气压力、水流流速和C/N的增大,MABR反应器中的PS和PN均有不同程度的增加;扫描电镜(SEM)显示生物膜主要由球菌和杆菌组成;β-变形菌(Betaproteobacteria)、α-变形菌(Alphaproteobacteria)、鞘脂杆菌纲(Sphingobacteriia)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)、芽孢杆菌纲(Bacilli)和亚硝化螺菌(Nitrososphaera)是主要优势菌群;通过调节进气压力、水流流速、DO和C/N等运行条件,能够调节或改变MABR生物膜微生物群落结构和优势菌群,从而对系统运行性能产生影响。

研发人员：唐园园