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环境工程学报 2019年第12期13卷 2853-2862页

作者：王瑾李登新东华大学环境科学与工程学院国家环境保护纺织工业污染防治工程技术中心上海201620 悉尼科技大学市政与环境工程学院悉尼NSW2007

为解决正渗透膜反应器中盐积累的问题,选取乙酸铵(NH4C2H3O2)、乙酸钠(NaC2H3O2)和乙酸钾(KC2H3O2)3种基于乙酸根离子的有机化肥作为正渗透膜反应器的汲取液,并将其与硫酸铵((NH4)2SO4)、氯化钠(NaCl)和氯化钾(KCl)3种其对应无机离子汲... 详细信息

为解决正渗透膜反应器中盐积累的问题,选取乙酸铵(NH4C2H3O2)、乙酸钠(NaC2H3O2)和乙酸钾(KC2H3O2)3种基于乙酸根离子的有机化肥作为正渗透膜反应器的汲取液,并将其与硫酸铵((NH4)2SO4)、氯化钠(NaCl)和氯化钾(KCl)3种其对应无机离子汲取液的正渗透(FO)工艺性能和正渗透膜生物反应器(OMBR)工艺性能进行比较。通过工艺水通量和盐含量的测定,生物反应器内COD、铵态氮和硝态氮含量的测定,污染后膜表面的SEM分析,评价了基于乙酸根离子的有机化肥作为正渗透膜反应器的汲取液对反应器内盐积累和膜污染的影响。结果表明:在FO工艺中,乙酸铵、乙酸钠和乙酸钾在0.6 mol·L^-1浓度下的平均水通量分别为10.30、11.07和12.73 L·(m^2·h)^-1,低于其对应的无机离子汲取液的水通量;在OMBR工艺中,乙酸铵、乙酸钠和乙酸钾有机化肥作为汲取液可以显著减缓反应器内盐度的积累。此外,当基于乙酸根离子的有机化肥作为正渗透膜反应器的汲取液时,生物反应器中微生物的生物活性更高,虽然这更容易造成膜污染,但可以有效地去除有机物和氮磷营养物质。研究可为正渗透生物反应器的实际应用提供参考。

关键词：正渗透膜好氧生物反应器乙酸根有机肥有机离子汲取液盐累积

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利用流动碳电极控制厌氧渗透膜生物反应器盐积累

利用流动碳电极控制厌氧渗透膜生物反应器盐积累

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作者：崔登凯大连理工大学

学位级别：硕士

废水含有丰富有机物,回收其中的生物质能对于解决水体污染与能源危机具有重要意义。以渗透压为唯一驱动力的厌氧渗透膜生物反应器(Anaerobic osmosis membrane bioreactor,AnOMBR)耦合截留效果极佳的正渗透膜,可以有效截留微生物和出水... 详细信息

废水含有丰富有机物,回收其中的生物质能对于解决水体污染与能源危机具有重要意义。以渗透压为唯一驱动力的厌氧渗透膜生物反应器(Anaerobic osmosis membrane bioreactor,AnOMBR)耦合截留效果极佳的正渗透膜,可以有效截留微生物和出水中的溶解性甲烷,生物质能回收效果好。但以海水或浓盐水做汲取液的过程中,正渗透膜并非严格无孔膜,不可避免的会造成汲取液溶质的反向扩散,这易造成原料液侧盐度积累,使反应器运行效能下降。为解决AnOMBR原料液侧盐度积累问题,本论文耦合流动碳电极(Flow electrode,FE)进行AnOMBR原料液侧盐度积累的控制。研究主要分为两方面:(1)对比C-AnOMBR(Conventional AnOMBR,C-AnOMBR)与D-AnOMBR(Desalting AnOMBR,D-AnOMBR)性能。通过测定水通量和原料液电导率,反应器内COD、氨氮、磷酸根去除率,挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)浓度,污泥上清液中多糖和蛋白质浓度以及污染膜表面SEM以及EDX,考察反应器引入流动碳电极脱盐后的运行效果。结果表明,与C-AnOMBR相比(9.50 mS/cm),D-AnOMBR原料液可以实现较低的盐度(4.20 mS/cm),使得初始水通量下降得到缓解,COD的去除率提高6.11%,反应器中NH以及PO不再存在累积现象。相对于C-AnOMBR原料液溶解性微生物产物(soluble microbial product,SMP)持续升高的趋势,D-AnOMBR原料液SMP先上升后被分解下降至初始值,表明污泥盐胁迫效应减轻,系统更稳定。VFAs和pH数据也表明D-AnOMBR更有利于污泥生存。EDX结果显示D-AnOMBR污染膜表面构成无机污染的Ca、Fe、P元素含量分别下降15.2%,58.1%,20.6%。(2)对比C-AnOMBR与E-AnOMBR(Electrodialysis desalination AnOMBR,E-AnOMBR)性能。通过测定水通量和原料液电导率,反应器内COD、氨氮、磷酸根去除率,挥发性脂肪酸(VFAs)浓度,污泥上清液中多糖和蛋白质浓度以及污染膜表面SEM以及EDX,考察电渗析脱盐(E-AnOMBR)对反应器性能的影响,以此对比在电渗析脱盐的基础上,引入流动碳电极对脱盐效果的提升情况。结果表明,与C-AnOMBR相比(9.50 mS/cm),E-AnOMBR电导率可维持在4.60 mS/cm,这低于D-AnOMBR的4.20mS/cm,说明基于电渗析脱盐引入流动碳电极可实现脱盐效果的提升。此外,E-AnOMBR的COD去除率提升,NH以及PO不再积累,SMP、VFAs、pH及EDX结果也显示脱盐后D-AnOMBR、E-AnOMBR性能优于C-AnOMBR。

关键词：正渗透膜生物反应器流动碳电极盐累积脱盐

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耦合微滤膜的正渗透膜生物反应器的构建及其运行性能

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环境工程学报 2017年第4期11卷 1981-1986页

作者：赵艳晓王新华李秀芬江南大学环境与土木工程学院无锡214122 江苏省厌氧生物技术重点实验室无锡214122 江苏省水处理技术与材料协同创新中心无锡214122

针对目前正渗透膜生物反应器(OMBR)存在的盐度积累问题,借助微滤(MF)膜允许溶解性盐透过的特性,开发了基于MF和正渗透(FO)技术的新型膜生物反应器(MFO-MBR)。实验以MFO-MBR为依托,选取性能优良的聚酰胺(TFC)材质的FO膜,考察工艺处理模... 详细信息

针对目前正渗透膜生物反应器(OMBR)存在的盐度积累问题,借助微滤(MF)膜允许溶解性盐透过的特性,开发了基于MF和正渗透(FO)技术的新型膜生物反应器(MFO-MBR)。实验以MFO-MBR为依托,选取性能优良的聚酰胺(TFC)材质的FO膜,考察工艺处理模拟生活污水过程中的运行性能。结果表明,由于MF的引入,MFO-MBR的盐度被控制在1.7 m S·cm^(-1)左右。正是由于MFO-MBR中的低盐度环境,FO膜的通量得到了提升,最终稳定在6.5 LMH左右。虽然MF的出水劣于FO膜的出水,但是可以直接用作城市杂用水,而FO膜出水中TOC和NH_4^+-N的去除率分别高达96%和98%。TFC污染膜面含有总细胞、蛋白质、ɑ-D-吡喃多糖及β-D-吡喃多糖等有机和生物污染物,且以微生物和蛋白质为主。盐度积累导致的渗透压差的减小是常规OMBR通量衰减的主要原因,而膜污染尤其外部污染则是MFO-MBR通量衰减的主因。

关键词：微滤正渗透聚酰胺复合薄膜盐累积膜污染

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灌溉水含盐量和盐分累积对作物生长潜势的影响

灌溉水含盐量和盐分累积对作物生长潜势的影响

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作者：高英西北农林科技大学

学位级别：硕士

盐害是农业生产上最主要的非生物逆境之一,也是当今世界灌溉农业中的一个严重问题。近年来随着工农业的发展,灌溉用水的质量不断下降,土壤盐渍化有不断加剧的趋势。特别是我国西北干旱半干旱地区,雨量较小,蒸发强烈,地面灌溉水源短缺,... 详细信息

盐害是农业生产上最主要的非生物逆境之一,也是当今世界灌溉农业中的一个严重问题。近年来随着工农业的发展,灌溉用水的质量不断下降,土壤盐渍化有不断加剧的趋势。特别是我国西北干旱半干旱地区,雨量较小,蒸发强烈,地面灌溉水源短缺,在发展灌溉农业的过程中直接或间接使用工、农业生产及人们生活排放的废污水灌溉、灌溉定额过高、方法不合理、技术落后、对配套的排水基础设施建设不重视等原因致使有些地区地下水位升高,土壤含盐量增加,盐分持续积累,土地生产能力降低,给农业生产造成很大危害。因此针对陕西关中最主要的粮食作物小麦、玉米,通过室内培养及盆栽试验,研究了不同浓度NaCl胁迫对玉米、小麦种子发芽及生长发育的影响,并对做为陕西关中主要农灌水源的渭河水水质进行了调查分析。旨在前人的基础上进一步研究盐胁迫对小麦、玉米生长发育的影响,探讨最适灌水条件,为它们产量的提高及其耐盐性育种、栽培提供科学依据;同时也为指导渭河流域特别是关中灌区农民合理利用渭河水灌溉及调查、处理渭河流域水污染问题提供理论参考,并为渭河流域水环境的治理提供科学依据。主要研究结果如下: 1.盐胁迫对玉米发芽和苗期生长的影响试验结果表明,≤0.5 g/LNaCl处理有利于提高玉米种子萌发率、发芽率和根、芽的伸长及根数的增加。随盐胁迫浓度的增大,玉米种子萌发率、发芽率极剧下降,根芽伸长及根数极受抑制,0.5 g/LNaCl可能是影响玉米种子发芽的临界浓度。用≥0.5 g/LNaCl的盐溶液长期灌溉会因土壤中盐分累积而使玉米生长受阻,成活率下降,幼苗在形态上表现出盐害效应。用自来水(0.1 g/LNaCl)处理的玉米幼苗在植株干重、根系干重、含水量等5个指标都较其它处理要好,差异达显著水平,说明用低盐浓度(0.1 g/LNaCl)灌溉可促进玉米生长发育,从而提高其产量。 2.盐胁迫对小麦发芽和生长发育的影响试验结果表明,≤0.5 g/LNaCl处理有利于提高小麦种子萌发率、发芽率和根、芽的伸长及根数的增加。随盐胁迫浓度的增大,小麦种子萌发率、发芽率极剧下降,根芽伸长及根数,受到抑制,盐胁迫抑制小麦种子萌发主要是低水势引起吸水受阻造成的。0.5 g/LNaCl可能是影响小麦种子发芽的临界浓度。用>0.5 g/LNaCl的盐溶液长期灌溉会因土壤中盐分累积而使小麦生长受阻,幼苗在形态上表现出盐害效应。用自来水(0.1 g/LNaCl)处理的小麦在株高、植株干重、穗粒重、穗数4个指标都较其它处理要好,差异达显著水平,同时说明用低盐浓度(0.1-0.5 g/LNaCl)灌溉可促进小麦生长发育,从而提高其产量。 3.对渭河水的测定分析表明,渭河水pH值保持在6～9之间,从上游到下游变化幅度不断增加,符合(GB3838-2002)中的水质要求。渭河水中全磷在其中下游都>0.1 mg/l且含量逐渐增加,变化幅度加大,超过了(GB3838-2002)的第Ⅳ类水质要求,其仅适用于农业灌溉用水。硝态氮是渭河非点源氮污染的主要存在形态,河水中的非点源氮污染主要来自于农田和水土淋溶流失的硝酸盐氮。渭河水中硝态氮和全硫含量都很高,变化趋势基本一致,都是在渭河中下游含量有所降低且变化幅度增加。其中渭河中上游硝态氮含量就都在2.1 mg/l以上,全硫含量在整个渭河流域都达到2.5 mg/l以上,由此我们可以推断渭河中上游全氮和硫化物的含量都超过了(GB3838-2002)的第Ⅴ类水质要求,已不适用用于农业灌溉用水。渭河水中做为特殊离子的钠离子的含量都盐害的灌溉水质要求。钾、钙、镁离子的变化趋势基本一致,都是在渭河中下游变化幅度不断加大,且整个流域三者含量总体变化趋势基本一致呈:钠离子>钙离子>镁离子;渭河水中的重金属元素:铜、镉、铬的含量都很小,远远不足以对地表水质造成威胁。总量大小依次为:铜>铬>隔。但如用这类水质长期灌溉的话就会对土壤或农作物产生盐胁迫和重金属元素危害的可能。

关键词： NaCl胁迫玉米小麦盐累积渭河水质

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汲取液对生物电化学辅助正渗透膜生物反应器运行性能的影响及机理

汲取液对生物电化学辅助正渗透膜生物反应器运行性能的影响及机理

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作者：蔡鋆南京师范大学

学位级别：硕士

正渗透膜生物反应器(Osmotic membrane bioreactor,OMBR)可同时实现废水处理和高质量清洁水回收。与传统膜生物反应器相比,其具有高截留率、低膜污染、低能耗等优点,但原料液侧的盐累积问题成为限制其发展的一大主要问题。生物电化学技... 详细信息

正渗透膜生物反应器(Osmotic membrane bioreactor,OMBR)可同时实现废水处理和高质量清洁水回收。与传统膜生物反应器相比,其具有高截留率、低膜污染、低能耗等优点,但原料液侧的盐累积问题成为限制其发展的一大主要问题。生物电化学技术(Bioelectrichemical system,BES)的引入,可以很好地解决OMBR盐累积的问题。通过电驱动作用,将汲取液反向渗透的盐迁移至阴极液,缓解了原料液侧的盐累积。与传统OMBR相比,这种电化学辅助正渗透膜生物反应器(Bioelectrochemically-assisted osmotic membrane bioreactor,BEA-OMBR)不仅能有效地控制OMBR的盐累积问题,还可以产生电能,提高水回收量。汲取液作为BEA-OMBR的关键要素,影响着系统的水渗透性能、产电性能、污染物去除效果和盐累积的缓解效果等。因此,为了进一步考察BEA-OMBR对缓解盐累积作用的机理,本文深入研究了不同类型汲取液对BEA-OMBR系统运行性能的影响及其机理。分别选取了三种具有不同p H缓冲能力的无机汲取液(NHCl、PBS、Na HCO)和两种有机汲取液(乙酸钠、葡萄糖),并与传统汲取液(Na Cl)进行性能的比较研究。主要结论如下:(1)反渗透通量在BEA-OMBR中可能产生有益的影响。在以p H呈碱性的缓冲溶液PBS、Na HCO为汲取液的BEA-OMBR系统中,汲取液所产生的反向渗透溶质(HPO、HPO、HCO)能够使阳极/原料液的p H维持相对稳定,使产生的总库仑提高到278.16～289.80 C,水回收量高达261.64～277.80 m L,COD去除率高达90.91～91.61%。在以p H呈酸性的缓冲溶液NHCl为汲取液的BEA-OMBR系统中,汲取液所产生的反向渗透溶质(NH、Cl)虽然对阳极/原料液的微生物造成了一定的毒害作用,但由于电驱动和浓度梯度的作用,部分阳极/原料液累积的NH会迁移到阴极液,缓解了阳极/原料液盐度的累积。在以乙酸钠、葡萄糖等有机溶液为汲取液的BEA-OMBR系统中,汲取液所产生的反向渗透溶质(乙酸根、葡萄糖)可被微生物利用,表现出较低的阳极/原料液电导率,缓解了盐累积,但过量有机物并不会促进产电菌对其的利用,而是导致产电菌与其他微生物竞争有机物。(2)在一定浓度范围内,提高无机汲取液浓度对BEA-OMBR系统的运行性能产生积极作用,但浓度过高的汲取液会造成盐累积问题,导致BEA-OMBR系统的运行性能受到限制。在以Na HCO为汲取液的BEA-OMBR系统中,盐度累积主要来自于反渗的Na(当浓度≤0.25 M时)和HCO(当浓度≥0.50 M),通过电驱动作用可缓解21.3%-62.1%的反溶质Na的累积,HCO形成的p H缓冲体系可减小其累积。在以NHCl为汲取液的BEA-OMBR系统中,微生物脱氮作用和铵根离子的迁移(电驱动、浓度梯度扩散)对缓解反渗溶质(NH)的累积都发挥了重要的作用,反渗到阳极/原料液中的NH有61.9～82.4%可以被去除。然而随着汲取液浓度的提高,会加剧Cl在阳极/原料液的累积,一定程度上阻碍了系统在较高汲取液浓度下的性能。(3)有机汲取液的浓度影响产电菌和其它厌氧菌对有机物的竞争关系。在以乙酸钠为汲取液的BEA-OMBR系统中,虽然提高汲取液浓度会产生更高的电流密度,但是存在着其他厌氧菌与产电菌竞争有机物。随着乙酸钠汲取液浓度的增加,阳极/原料液中的剩余COD质量从46.9±8.8 mg增加到744.1±85.9 mg,反渗的有机溶质形成累积,无法被厌氧菌充分利用。电驱动和浓度扩散作用同时促进了Na向阴极液的迁移,从而减轻了Na在阳极/原料液中的累积。由于包括产电菌在内的厌氧菌对有机物的利用能力有限,所以应采用较低的乙酸钠浓度(≤0.25 M),以实现高产电和较高的COD去除效率。

关键词：汲取液正渗透膜生物反应器生物电化学系统反渗透通量盐累积

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正渗透膜生物反应器及其耦合工艺研究进展

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青岛理工大学学报 2022年第2期43卷 118-125页

作者：张壹超丁玥郭文萱刘志强青岛理工大学环境与市政工程学院青岛266525

正渗透膜生物反应器(OMBR)以其运行能耗低,污染程度轻,纯水回收率高等优势,被认为是最具研究前景的再生水直接饮用技术,近年来得到广泛研究,应用领域主要集中在海水淡化和废水处理。通过对OMBR的原理、类型和应用等方面进行归纳,分析了O... 详细信息

正渗透膜生物反应器(OMBR)以其运行能耗低,污染程度轻,纯水回收率高等优势,被认为是最具研究前景的再生水直接饮用技术,近年来得到广泛研究,应用领域主要集中在海水淡化和废水处理。通过对OMBR的原理、类型和应用等方面进行归纳,分析了OMBR技术应用中的制约因素,阐述了MF/UF-OMBR,An-OMBR,BF-OMBR,BES-OMBR,OMBR-ED和Bacillus-OMBR-MD等耦合工艺在污水处理与回用资源化方向的应用现状,同时指出了目前实验研究的不足;最后展望了OMBR工艺在水处理和能源回收的应用前景,认为优化反应器HRT/SRT参数,开发高效低耗的汲取液再利用技术是今后的研究方向。

关键词：正渗透膜生物反应器耦合工艺盐累积

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