厭氧膜生物反應器污水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景

喬文廣 史會瑩

摘要：厭氧膜生物反應器具有凈生產(chǎn)率高、出水水質(zhì)好、殘留污泥產(chǎn)量低的優(yōu)點，已成為近年來的研究熱點。自2006年以來，相關(guān)研究的數(shù)量逐年增加，特別是在過去的五年中，城市污水處理的文獻約占68%。本文綜述了厭氧膜反應器的典型工藝類型，操作效果和影響因素，最后指出了在城市污水處理和工業(yè)廢水處理中厭氧膜反應器應用的未來發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：厭氧膜生物反應器;污水處理;運作效果;膜污染

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）07-00-01

Abstract：The anaerobic membrane bioreactor has the advantages of high net productivity， good effluent quality and low residual sludge yield， and has become a research hotspot in recent years. Since 2006， the number of related research has increased year by year， especially in the past five years， the literature on urban sewage treatment accounts for about 68%. This paper reviews the typical process types， operational effects and influencing factors of anaerobic membrane reactors， and finally points out the future development direction of anaerobic membrane reactor applications in urban wastewater treatment and industrial wastewater treatment.

Key words：Anaerobic membrane bioreactor;Sewage treatment;Operational effect;Membrane fouling

近些年，污水處理技術(shù)得到了進一步發(fā)展，污水的能源回收可以保障污水質(zhì)量。厭氧生物技術(shù)不僅可以實現(xiàn)污水凈化，還可以產(chǎn)生大量高熱值沼氣能源，在污水處理方面得到了廣泛的應用。但是在現(xiàn)階段，諸如甲烷產(chǎn)率低，反應器操作不穩(wěn)定以及難以滿足出水水質(zhì)排放標準等問題，需要進一步進行解決并完善。

1 厭氧膜生物反應器的工藝操作效果及影響因素

1.1 厭氧膜生物反應器的典型工藝

通過分離厭氧反應器和膜形成厭氧膜生物反應器。有四種常用的厭氧反應器：分別是完全混合的厭氧反應器，厭氧流化床、上流式厭氧污泥床和厭氧污泥膨脹床反應器。完全混合厭氧反應器與膜生物反應器結(jié)合，操作較為簡單，成本低，使用廣泛，但有著較差的出水質(zhì)量，造成的膜污染會比較嚴重。相比之下，完全混合厭氧反應器與膜生物反應器結(jié)合、上流式厭氧污泥床與膜生物反應器結(jié)合這兩種形式，具有污泥顆粒較大，膜污染較少等特點，有機工業(yè)廢水濃度高，處理應用程序的潛力很大。厭氧污泥膨脹床反應器與膜生物反應器結(jié)合，以及厭氧流化床與膜生物反應器結(jié)合，這兩種形式由于添加載體而具有較低的懸浮污泥濃度，并且上清液中溶解的微生物產(chǎn)物含量低于完全混合的厭氧氧反應器與膜生物反應器結(jié)合形式，有著較低程度的膜污染。然而，由于載體膨脹所需的大量能量消耗，在設計反應器時選擇載體的類型和顆粒的尺寸對膜污染和操作成本具有重大影響

1.2 去除污染物

由于膜的保留，與常規(guī)厭氧過程相比，厭氧膜生物反應器在去除有機污染物以及固體懸浮固體方面具有很大的改進。不同厭氧膜生物反應器工藝，在對某些低濃度合成或者是高濃度有機廢水與城市實際廢水進行處理的操作條件和操作效果。當厭氧膜生物反應器對濃度低的城市污水進行處理時，有機負荷范圍為0.3～5.0kg氧氣需求/（m3·d），需求氧氣的平均去除率約為80%，高達95%，固體懸浮物的去除率會有99%。當厭氧膜生物反應器對濃度高的有機廢水進行處理時，一般有機負荷高于5.0kg氧氣需求/（m3·d），穩(wěn)定運行期間反應器的氧氣去除率為80%～90%，最高達99%。高效的厭氧膜生物反應器在去除城市污水中的大多數(shù)痕量有機污染物，有著比較好的效果，如藥物，個人護理產(chǎn)品以及內(nèi)分泌干擾物。Dutta、Monsalvo等人應用兩級厭氧流化床結(jié)合膜生物反應器與上流式厭氧污泥床結(jié)合膜生物反應器對城市污水進行處理，一些微量有機物達到90%以上的去除率，該機制包括厭氧生物降解，生物載體或者是顆粒污泥的吸附，以及膜保留。但是，厭氧膜生物反應器處理城市廢水中氮與磷的效果有限，需要通過后續(xù)工藝進一步去除或再循環(huán)。

1.3 影響因素

用于城市廢水處理的類型不同反應器的典型工藝參數(shù)，其中有污泥停留時間、有機負載、水力停留時間和溫度。厭氧膜生物反應器在污泥停留時間長的條件下操作（大于30d），而類型不同的反應器水力停留時間范圍不同。全混合厭氧反應器結(jié)合膜生物反應器運行需要較長的水力停留時間較長（大于10h）;上流式厭氧污泥覆蓋結(jié)合膜生物反應器在水力停留時間通常是10h左右;厭氧流化床結(jié)合膜生物反應器具有最短的水力停留時間，可穩(wěn)定運行，不超過8h。隨著水力停留時間的減少，污泥負荷將增加，這可能影響氧氣需求去除率，甲烷產(chǎn)率以及厭氧膜生物反應器的純度。然而，一些研究表明，水力停留時間的減少對流出物的需氧量幾乎沒有影響，這主要是因為膜的保留。在厭氧生物的降解過程中溫度會對其造成很大影響。在高溫下，微生物有較高活性，溫度降低，微生物就會隨之降低活性，水解速率也會因此降低，就會降低需氧量去除率以及甲烷產(chǎn)率。特別是當溫度降到15℃以下時，甲烷在水中的溶解度增加，導致甲烷回收率下降。然而，一些研究發(fā)現(xiàn)，長期低溫操作能夠改變厭氧生物反應器中的微生物結(jié)構(gòu)，主導細菌是氫型產(chǎn)甲烷菌，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的甲烷產(chǎn)生。不只考慮水力停留時間和溫度，甲烷回收率也受到進水需氧量和硫酸鹽比率的影響。為了將甲烷產(chǎn)率提高，可以對溫度和水力停留時間進行調(diào)整，進而減少進水硫酸鹽。

2 厭氧膜生物反應器的應用前景

在近幾年，很多研究證明了厭氧膜生物反應器工藝，在城市處理污水中的應用具有經(jīng)濟性和可操作性。但是城市污水中的氮磷營養(yǎng)素未被有效去除，這就是厭氧膜生物反應器的在城市污水處理中應用的嚴重障礙。在這樣的情況下，研究人員嘗試將其他技術(shù)結(jié)合厭氧膜生物反應器，以達到去除和回收氮、磷的目的：（1）結(jié)合厭氧氨氧化技術(shù)。厭氧氨氧化技術(shù)把NO2-N當做電子受體，將污水中的氨氮氧直接化成氮氣。在低溫條件下，氨氮（大于80%）與總氮去除率（大于75%）更高，應用在污水脫氮方面有良好的潛力。（2）結(jié)合光合自養(yǎng)技術(shù)。厭氧膜生物反應器的出水含有很多氮和磷營養(yǎng)物，能夠成為光合生長微藻的基質(zhì)，生物固氮因此實現(xiàn)，微藻也能作為能源再循環(huán)利用。（3）結(jié)合生物電化學系統(tǒng)。對氧氣需求進行去除時，通過生物電化學方法以無機沉淀的形式回收污水中的氮和磷，能夠用作農(nóng)業(yè)肥料，去除氨氮效率會有83.4%。去除磷的效率約為52.4%。

3 結(jié)論

厭氧膜生物反應器近年來因能耗低，殘留污泥少，能量回收率高，出水水質(zhì)好而備受關(guān)注。然而，對操作條件，微生物結(jié)構(gòu)，膜污染處理和厭氧膜生物反應器過程間相互作用的研究并不完善。但在現(xiàn)階段這一技術(shù)已經(jīng)受到了廣泛關(guān)注，加強研究和應用，這一技術(shù)會有非常良好的應用前景和研究空間。

參考文獻

[1]何麗玲，陳輝，劉安娜，等.厭氧膜生物反應器在污水處理中的應用[J].杭州師范大學學報（自然科學版），2016，15（06）：606-612+667.

[2]錢士超，廖德祥，張旭清.厭氧膜生物反應器處理低濃度的生活污水[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（17）：180.

[3]許穎，夏俊林，黃霞.厭氧膜生物反應器污水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].膜科學與技術(shù)，2016，36（04）：139-149.

[4]喬瑋，姜萌萌，Wandera SM，熊林鵬，任征然，董仁杰.厭氧平板膜生物反應器連續(xù)處理豬場廢水研究[J].中國環(huán)境科學，2018，38（12）：4502-4508.

收稿日期：2019-01-26

作者簡介：喬文廣（1989-），男，漢族，本科學歷，助理工程師，研究方向為固廢綜合利用與污染治理。