袁宏林,韩宇乐,邢保山,马静,温俊伟,曹思凡,王晓昌.膜基材对连续流动态膜厌氧混合发酵系统的影响[J].环境科学学报,2019,39(12):4114-4121
膜基材对连续流动态膜厌氧混合发酵系统的影响
- Effect of membrane supporting material on the performance of anaerobic co-digestion in a continuous dynamic membrane system
- 基金项目：国家自然科学基金（No.51608430）
- 袁宏林
- 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 西北水资源与环境生态教育部重点实验室, 国家城市非传统水资源开发利用国际科技合作基地, 陕西省污水处理与资源化工程技术研究中心, 陕西省环境工程重点实验室, 西安 710055
- 韩宇乐
- 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 西北水资源与环境生态教育部重点实验室, 国家城市非传统水资源开发利用国际科技合作基地, 陕西省污水处理与资源化工程技术研究中心, 陕西省环境工程重点实验室, 西安 710055
- 邢保山
- 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 西北水资源与环境生态教育部重点实验室, 国家城市非传统水资源开发利用国际科技合作基地, 陕西省污水处理与资源化工程技术研究中心, 陕西省环境工程重点实验室, 西安 710055
- 马静
- 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 西北水资源与环境生态教育部重点实验室, 国家城市非传统水资源开发利用国际科技合作基地, 陕西省污水处理与资源化工程技术研究中心, 陕西省环境工程重点实验室, 西安 710055
- 温俊伟
- 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 西北水资源与环境生态教育部重点实验室, 国家城市非传统水资源开发利用国际科技合作基地, 陕西省污水处理与资源化工程技术研究中心, 陕西省环境工程重点实验室, 西安 710055
- 曹思凡
- 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 西北水资源与环境生态教育部重点实验室, 国家城市非传统水资源开发利用国际科技合作基地, 陕西省污水处理与资源化工程技术研究中心, 陕西省环境工程重点实验室, 西安 710055
- 王晓昌
- 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 西北水资源与环境生态教育部重点实验室, 国家城市非传统水资源开发利用国际科技合作基地, 陕西省污水处理与资源化工程技术研究中心, 陕西省环境工程重点实验室, 西安 710055
- 摘要：采用动态膜生物反应器（DMBR）成功启动并稳定运行了玉米秸秆与餐厨垃圾中温厌氧混合发酵系统，重点探究了膜基材性质（膜面积、膜孔径和膜材质）对连续流动态膜混合发酵系统运行性能和动态膜性能的影响.结果表明，膜面积、膜孔径和膜材质对动态膜的形成、膜通量的改变和有机质的截留能力均有影响显著.其中，适当增大膜面积以降低膜通量能够显著降低膜反洗频率；与200目尼龙网膜基材相比，相同膜面积的300目不锈钢膜基材的有机质截留率更高（>95%），稳定状态出料浊度低于50 NTU，相应的DMBR系统甲烷产率由（111.1±7.9）mL·g-1 COD增至（217.1±18.6）mL·g-1 COD.比对分析可知，300目不锈钢膜基材能够较好地实现混合发酵系统水力停留时间（HRT）和固体停留时间（SRT）的稳定分离，有利于最大限度地提升混合发酵系统的甲烷产率.此外，在选定动态膜组件较优膜面积、膜孔径（300目）和膜材质（不锈钢网）的基础上，设定有机负荷、HRT和SRT分别为（3.91±0.55）g·L-1·d-1、30 d和46 d，连续流动态膜混合发酵系统能够实现长时间高效稳定运行，反应器内辅酶F420浓度（1.65 μmol·g-1 VS）较高，且纤维素类生物质降解显著.
- Abstract：The mesophilic anaerobic co-digestion system fed with corn straw and food waste was developed and continuously operated in a dynamic membrane bioreactor (DMBR). The effect of different membrane supporting materials (membrane area, pore size, and membrane material) on the performance of dynamic membrane assisted anaerobic co-digestion system and the properties of dynamic membrane (DM) were investigated. The results show that the membrane area, pore size and membrane material have significant correlationship with the DM formation, membrane flux, and organics retention rate. The DM backwashing frequency can be reduced significantly through appropriately increasing the membrane area accompanied with lower membrane flux. The stainless steel mesh with 300 mesh pore size has a higher organics retention rate (more than 95%) than nylon mesh with 200 mesh pore size at the same membrane area. Meanwhile, during steady period the effluent turbidity of the DMBR was less than 50 NTU, and the methane yield also increased from (111.1 ±7.9) to ((217.1 ±18.6) mL·g-1 COD. Through comparison analysis, in the DMBR system using stainless steel mesh the hydraulic retention time (HRT) and solid residence time (SRT) can be independently controlled, which is beneficial to increasing the methane yield of the mesophilic anaerobic co-digestion system. In addition, with optimal parameters of membrane area, supporting material and membrane pore size the DMBR showed a long-term stable continuously operation with the organic load of (3.91±0.55) g·L-1·d-1, HRT of 30 days, and SRT of 46 days. Moreover, a high coenzyme F420 concentration of 1.65 μmol·g-1 VS was detected, and the degradation of cellulose and hemicellulose were also realized in the DMBR based anaerobic co-digestion system.
