正文
2
-based membrane biofilm reactor: A comprehensive study of hydrodynamics, bioecology and biokinetics
”的重要研究成果。研究发现，将中空纤维膜（
HFM
）分散排布在反应器中，可显著改善反应器内的流场状态。在给定反应器尺寸条件下，最佳分散间距为
4 mm
。基于此间距构建的
D-MBfR
（分散式）在长期试验中表现出比传统
B-MBfR
（集束式）更高的反硝化通量（
1.1
vs.
0.58 g N/m
2
⋅
d
）。短期试验也表明，
D-MBfR
的反硝化动力学速率更优。与
B-MBfR
相比，
D-MBfR
中的生物膜更薄，水动力边界层更窄。这使得氢自养脱氮细菌的数量和代谢活性更高，从而能够更有效地利用
H
2
和
NO
3
-
。此外，
D-MBfR
中的生物膜由于多糖和蛋白质的均匀分布，尽管厚度较薄，但具有更强的抗水力剪切能力。这项研究的结果可为今后
MBfR
的设计和管理提供重要的科学依据。
图文导读
图
1.
不同
HFM
间距下中央水力断面流速的三维等值线图：
0 mm
（
a
）、
1 mm
（
b
）、
2 mm
（
c
）、
3 mm
（
d
）、
4 mm
（
e
）和
5 mm
（
f
）；不同
HFM
间距下反应器的堆积密度、
HFM
模块的空隙率（
g
）、平均流速和均匀性指数（
h
）。
通过
CDF
分析了不同
HFM
间距下的流场分布，确定
4 mm
间距断面流速分布最为均匀，几乎不存在伪停滞区，并且存在最窄的水力边界层。这表明，
4 mm
间距可能是优化反应器性能的最佳选择，因为它能够提供更均匀的流速分布和更有效的物质传输。
图
2. B-MBfR
和
D-MBfR
在长期实验（
a
）和短期实验（
b
）中的反硝化性能；实验结束时测得的生物膜厚度（
c
）生物量和生物量密度（
d
）；原位（
e
）和非原位（
f
）试验
NO
3
-
去除动力学。
图
3. B-MBfR
（
a
）和
D-MBfR
（
b
）中心水力断面流速的三维等值线图；不同循环流速下反应器的平均流速、水动力边界层厚度（
c
）和出水
COD
浓度（
d
）的比较；循环流速为
100 mL/min
时环状生物膜（
e
）、外圈生物膜（
f
）、中间圈生物膜（
g
）和内圈生物膜（
h
）表面的剪应力。
通过长期、短期实验和原位
/
异位动力学分析，确定
D-MBfR
（
4 mm
间距）的反硝化通量和动力学速率明显高于
B-MBfR
。作者通过
CFD
模拟对两组反应器生物膜生长达到稳态阶段时进行分析，发现
D-MBfR
中的生物膜比
B-MBfR
中的环状生物膜具有更强的抗剪切性能，进一步支持了
D-MBfR
在提高生物膜稳定性方面的优势。
图
4.
环状生物膜（
a
）、外圈生物膜（
b
）、中间圈生物膜（
c
）和内圈生物膜（
d
）中模拟和
/
或测量的
H
2
和
NO
3
-
剖面；环状生物膜（
e
）、外圈生物膜（
f
）、中间圈生物膜（
g
）和内圈生物膜（
h
）中模拟的
DNB
代谢活性。
最后，作者利用多物种生物膜模型对生物膜中的底物分布和脱氮细菌（
DNB
）的代谢活性进行了模拟和实测。结果表明，更薄的生物膜和水力边界层促进了
