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福建省古田水库水体溶解性甲烷时空分异特征及其影响因素研究

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福建省古田水库水体溶解性甲烷时空分异特征及其影响因素研究

作者：陈功伟江西师范大学

学位级别：硕士

水库是大气甲烷(CH)重要的排放源。为了揭示亚热带水库水体溶解性CH时空分异特征,本研究以福建省古田水库为研究对象,在水库的丰水期、枯水期与平水期对库区水体溶解性CH及其环境因子进行测定与分析。研究结果表明:(1)古田水库水体表层... 详细信息

水库是大气甲烷(CH)重要的排放源。为了揭示亚热带水库水体溶解性CH时空分异特征,本研究以福建省古田水库为研究对象,在水库的丰水期、枯水期与平水期对库区水体溶解性CH及其环境因子进行测定与分析。研究结果表明:(1)古田水库水体表层溶解性CH的浓度变化范围为0.05-0.40μmol·L表现为:丰水期>枯水期>平水期。空间上,丰水期北部库区较高,东部库区较低。枯水期在水库出入口处浓度较低,中间区域浓度较高。平水期在北部、东部库区浓度较低,南部库区浓度较高,南北差异显著。丰水期溶解性CH和pH正相关与NO负相关,枯水期溶解性CH浓度分布与NH和NO负相关。平水期溶解性CH浓度与叶绿素(Chla)和NO负相关。(2)丰水期库区水体溶解性CH的浓度高于上下游河流,但是库区水体NH和NO显著低于上游河流。枯水期库区水体溶解性CH的浓度与上游河流浓度略低,较下游河流略高,库区水体溶解性无机碳(DIC)和NO浓度显著低于上下游河流。平水期上下游河流水体溶解性CH显著高于库区水体。三个时期库区水体的pH与Chla的浓度均高于上下游河流。(3)利用LM86、CW03、MY95和RC01四个模型计算水库水气界面CH通量结果分别为:0.41±0.29μmol·m·h、1.09±0.79μmol·m·h、1.33±0.99μmol·m·h和5.54±3.74μmol·m·h。与溶解性CH浓度不同,CH扩散通量时间上均表现为丰水期>平水期>枯水期。空间上,丰水期水气界面CH扩散通量与溶解性CH一致;枯水期和平水期南部库区较高,北部和东部库区CH扩散通量较低。以上研究结果表明,库区水体是CH的排放源。库区水体表层溶解性CH浓度以及模型估算的CH排放量在不同的时期,均呈现出较大的空间异质性,各个时期之间也存在较大的差异。水体中的NH、NO、pH和Chla是引起溶解性CH时空分布差异的主要因素。在CH排放量估算和预测时,需要充分考虑水库的年内变化和水库水体溶解性CH的空间异质性。

关键词：古田水库溶解性甲烷时空分布溶解性无机碳溶解性有机碳

温度对厌氧膜生物反应器处理生活污水效能的影响

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环境工程学报 2024年第5期18卷 1240-1247页

作者：焦城璠张嘉雯赵鹤翔李倩陈荣李玉友西安建筑科技大学陕西省环境工程重点实验室西安710055 华陆工程科技有限责任公司西安710056 东北大学工程研究生院土木与环境工程系日本仙台980-8579

为探明温度对厌氧膜生物反应器处理实际生活污水效能的影响,本研究考察了在不同温度(25、20和15℃)及水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)(12 h和8 h)下,AnMBR的产甲烷效能以及膜污染特性。结果表明,当温度为25℃时,COD去除率达... 详细信息

为探明温度对厌氧膜生物反应器处理实际生活污水效能的影响,本研究考察了在不同温度(25、20和15℃)及水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)(12 h和8 h)下,AnMBR的产甲烷效能以及膜污染特性。结果表明,当温度为25℃时,COD去除率达到81.9%,最高甲烷产率为0.21 L·g^(−1)。20℃时,系统的厌氧消化性能与25℃相比差异不大,但当温度下降到15℃时,COD去除率为73.5%,最高甲烷产率只有0.08 L·g^(−1)。微生物群落分析结果表明,乙酸营养型是主要的产甲烷途径,随着温度降低乙酸营养型产甲烷菌的丰度明显减少,因此,产甲烷菌活性降低是导致15℃时反应器厌氧消化性能下降的主要原因。当温度为25℃,反应器在HRT为8 h的膜污染速率是HRT为12 h的31.33倍。因此,在较低的运行温度下,系统难以实现在低HRT的长期稳定运行。膜阻力分析结果表明随着温度的降低,膜孔的有机物堵塞阻力占总阻力的比例有所增大,这是由于低温下胞外聚合物的增加所导致的。COD平衡结果表明,溶解性甲烷的释放量与甲烷的溶解性以及出水通量的大小有关。

关键词：实际生活污水厌氧膜生物反应器温度资源回收溶解性甲烷

负荷与混合方式对厌氧膜生物反应器中甲烷气-液分配特征的影响

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环境工程学报 2023年第7期17卷 2402-2411页

作者：蒋天申刘新颖赵珮屹曲丹北京林业大学环境科学与工程学院北京100083 北京市水体污染源控制技术重点实验室北京100083

厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactors,AnMBR)出水普遍存在过饱和的溶解性甲烷(dissolved methane,DCH4),易造成能量流失和温室效应,阐明AnMBR中甲烷气-液分配特征对提高甲烷回收率具有重要意义。为此,本文研究了负荷和混... 详细信息

厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactors,AnMBR)出水普遍存在过饱和的溶解性甲烷(dissolved methane,DCH4),易造成能量流失和温室效应,阐明AnMBR中甲烷气-液分配特征对提高甲烷回收率具有重要意义。为此,本文研究了负荷和混合方式对AnMBR中甲烷气-液分配特征的影响。结果表明,在35℃,负荷为0.6~1.8 kg·(m^(3)·d)^(-1)的条件下,AnMBR实现了较好的有机物去除效果(COD去除率>90%),运行过程DCH4均处于过饱和状态(过饱和度为1.3~2.1),随着负荷的提升DCH4浓度升高,过饱和度有所下降;相比于循环混合,在浪式脉冲混合条件下的甲烷传质系数(KLa)更大,其中DCH4浓度、过饱和度及DCH4占进水COD的比例均较低。AnMBR大部分进水COD转化为甲烷,主要以气态形式存在(50.2%~60.0%)。浪式脉冲混合时反应器总能耗比循环混合降低了85.9%~88.0%,提升负荷有利于实现AnMBR处理废水过程的能量平衡。

关键词：厌氧膜生物反应器(AnMBR) 溶解性甲烷负荷混合方式传质系数

AnMBR的城市污水处理性能与能量收支平衡研究

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AnMBR的城市污水处理性能与能量收支平衡研究

作者：蔡旭丽西安建筑科技大学

学位级别：硕士

随着我国的经济和人口持续增长,城市污水的排放量和处理量亦呈现出平稳上升的趋势。目前活性污泥法仍广泛地应用于城市污水处理,但是面临着能耗高、污泥产量大、温室气体排放量大和资源回收率低等问题。随着水资源的日益紧缺与污水资源... 详细信息

随着我国的经济和人口持续增长,城市污水的排放量和处理量亦呈现出平稳上升的趋势。目前活性污泥法仍广泛地应用于城市污水处理,但是面临着能耗高、污泥产量大、温室气体排放量大和资源回收率低等问题。随着水资源的日益紧缺与污水资源化利用政策的出台,面向节能减排、低碳环保的可持续发展理念,污水处理工艺如何在保障处理水水质稳定与回用安全的基础上、充分回收资源与能源具有重要的意义。众多的试验与应用研究表明,厌氧膜生物反应器(AnMBR)是极具有应用前景的污水再生处理工艺,但是常温下AnMBR处理城市污水时依然面临着膜污染和能源回收效率低的技术瓶颈,还需要开展深入的研究。为此,本文以实际的城市污水为研究对象,基于连续运行的小试AnMBR装置,考察了运行条件优化对AnMBR工艺性能的影响,解析了不同运行条件下微生物的种群结构变化,探讨了系统的COD平衡与能源收支平衡状态,取得的主要研究成果如下:(1)构建了一个20 L小试AnMBR试验装置,开展为期200 d的连续工艺试验,重点考察了运行通量(5、8、11 L/m2h)、出水泵间歇运行(抽停时间比为3:1、4:1、5:1和9:1)和维护性化学清洗对AnMBR处理城市污水工艺性能的影响。研究结果表明,常温下(25℃)运行条件的变化对有机物去除与产气无明显影响,有机物(以COD计)的去除率为85%～90%,甲烷产率约为0.07～0.10LCH4/L处理水,生物气中甲烷的占比约为80%。在较低膜通量下(5～8 L/m2h),跨膜压差(TMP)维持在极低的范围(0.5～1.0kPa),未受到出水泵抽停时间比(F/R)的影响,而在较高膜通量下(11 L/m2h),当F/R为3:1和9:1时,TMP有明显增加的趋势并产生不可逆的膜污染,分别源于相对较高的瞬时通量导致牵引作用、较短的膜松弛时间导致膜面污染物去除不完全。(2)从污泥浓度、颗粒粒径分布、三维荧光光谱(EEM)和微生物群落结构的角度解析了 AnMBR中污泥性质的变化。反应器中MLVSS/MLSS的比值稳定在80%～90%之间,污泥粒径主要分布在10～100 μm,EEM光谱图分析表明主要的膜污染物质源于SMP和EPS。此外,应用高通量测序的方法解析了微生物种群的演变规律,细菌种群主要包括厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi),是厌氧处理中常见的优势菌群,它们在有机物生物降解的过程发挥着重要的作用;产甲烷古菌在属水平下主要包括甲烷丝菌属(Methanosaeta)和甲烷杆菌属(Methanobacterium),且Methanosaeta的丰度明显高于Methanobacterium,表明产甲烷途径以乙酸营养型为主、氢营养型为辅。(3)基于工艺试验数据和理论计算,探讨了系统的COD平衡与能源收支平衡。COD平衡分析结果表明,产水COD的贡献相对稳定(13%),随着通量的增加和HRT的降低,污泥增值速率增加,贡献率由7%增加至11%和16%,甲烷转化率由80%、76%下降至72%,溶解性甲烷分别占甲烷总产量的15%、23%和21%。能量平衡分析表明,常温条件下生物气循环是能耗的主要组成部分(>62%),应用热电联产(CHP)可有效地回收生物气中的热能与电能,推动AnMBR工艺实现净产能,但是低温下如何进一步改善能源平衡状态还有待研究。

关键词：厌氧膜生物反应器城市污水膜污染控制生物能源回收溶解性甲烷

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厌氧膜生物反应器处理生活污水的研究进展

环境污染与防治 2015年第8期37卷 80-84页

作者：吴鹏徐乐中王建芳巫恺澄沈耀良苏州科技学院环境科学与工程学院江苏省水处理技术与材料协同创新中心江苏苏州215009 江苏省环境科学与工程重点实验室江苏苏州215009

厌氧膜生物反应器(AnMBR)对生活污水处理效果与好氧处理接近,而且产泥量较低,还能产生有用的能源。综述了目前AnMBR处理生活污水的相关研究进展,分析了处理过程中的膜污染控制措施,水力停留时间(HRT)、污泥龄(SRT)、温度等对处理性能的... 详细信息

厌氧膜生物反应器(AnMBR)对生活污水处理效果与好氧处理接近,而且产泥量较低,还能产生有用的能源。综述了目前AnMBR处理生活污水的相关研究进展,分析了处理过程中的膜污染控制措施,水力停留时间(HRT)、污泥龄(SRT)、温度等对处理性能的影响,处理过程中生成的溶解性甲烷的回收以及AnMBR的中试研究状况等。最后还展望了在推进AnMBR全面应用过程中尚需要深入研究或解决的问题。

关键词：厌氧膜生物反应器生活污水膜污染低温溶解性甲烷

厌氧正渗透膜生物反应器处理高COD废水研究

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水处理技术 2020年第4期46卷 78-82页

作者：张肖艺张捍民于明川杨凤林大连理工大学环境学院工业生态与环境工程教育部重点实验室辽宁大连116024

研究厌氧正渗透膜生物反应器(AnOMBR)处理高COD(3~9 g/L)有机废水的除污染效能和产能情况。结果表明,正渗透膜初始水通量为6 L/(m^2·h),运行10 d后,物理清洗和化学清洗结合,膜通量恢复95%。反应器内电导率和pH均增加,挥发性脂肪酸的含... 详细信息

研究厌氧正渗透膜生物反应器(AnOMBR)处理高COD(3~9 g/L)有机废水的除污染效能和产能情况。结果表明,正渗透膜初始水通量为6 L/(m^2·h),运行10 d后,物理清洗和化学清洗结合,膜通量恢复95%。反应器内电导率和pH均增加,挥发性脂肪酸的含量较低,AnOMBR对COD的去除效率高达93%以上。当进水COD为6 g/L时,最高甲烷产量为0.256 L/g。原料液侧的溶解性甲烷的含量随着进水COD的增加而降低,质量浓度基本稳定为7 mg/L。

关键词：正渗透厌氧膜生物反应器高COD废水溶解性甲烷