MBR工藝在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的研究進(jìn)展

南海林 曲疆奇 王璐瑤 張清靖

摘 要：膜生物反應(yīng)器（Membrane Bioreactor， MBR）是一種由膜分離技術(shù)和生物污水處理技術(shù)相結(jié)合的新型廢水處理系統(tǒng)，在尾水處理中受到了廣泛關(guān)注。然而，單一的MBR不能滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理的需求，與其他工藝結(jié)合是強(qiáng)化MBR可行的方式，因此出現(xiàn)了許多新型的MBR。本文針對水產(chǎn)養(yǎng)殖MBR的發(fā)展歷程、組合工藝、相關(guān)重要參數(shù)以及膜污染的研究情況進(jìn)行綜述，并對未來MBR在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的研究方向及重點(diǎn)提出展望。

關(guān)鍵詞：膜生物反應(yīng)器；水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水；組合工藝；膜污染

隨著我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的高速發(fā)展，養(yǎng)殖尾水污染問題日趨嚴(yán)重。2019年農(nóng)村農(nóng)業(yè)部等十部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加快推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展的若干意見》中明確指出改善養(yǎng)殖環(huán)境，推進(jìn)養(yǎng)殖尾水治理。選擇合適的工藝對養(yǎng)殖尾水進(jìn)行處理，使其達(dá)標(biāo)排放成為了當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。尾水的處理主要可分為生物法、物理法和化學(xué)法，而生物法被認(rèn)為是去除尾水中污染物最經(jīng)濟(jì)有效的方式[1]。其中，將傳統(tǒng)生物處理方法與膜分離技術(shù)相結(jié)合的MBR（Membrane Bioreactor，膜生物反應(yīng)器）工藝，具有一體化程度高、占地面積小、出水水質(zhì)好、容積負(fù)荷高、設(shè)備污泥產(chǎn)量低、設(shè)備自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域備受關(guān)注[2]。

MBR在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的研究目的主要是提高尾水處理的效果，降低運(yùn)行成本以及膜污染的控制。研究人員通過結(jié)合其他工藝并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化的方式極大提高了MBR對水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的處理能力，出現(xiàn)的各類不同的MBR也為水產(chǎn)養(yǎng)殖提供了更加多樣化的技術(shù)手段和處理方案。但已報道用于水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理的MBR種類多樣，缺乏綜述性整理。為此，本文綜述了近年來國內(nèi)外有關(guān)水產(chǎn)養(yǎng)殖MBR的最新研究成果，以期為MBR在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的研究提供參考。

1 水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的水質(zhì)特點(diǎn)及處理現(xiàn)狀

1.1 水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的水質(zhì)特點(diǎn)

水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水是在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中或養(yǎng)殖結(jié)束后，由養(yǎng)殖載體（養(yǎng)殖池塘、育苗池、規(guī)?；囬g等）排出的不再利用的養(yǎng)殖水[3]。水產(chǎn)物種的養(yǎng)殖可以在開放或封閉的系統(tǒng)中實現(xiàn)，例如池塘、河道、湖泊、海洋以及循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（Recirculating aquaculture system， RAS）等，根據(jù)養(yǎng)殖模式的不同水質(zhì)特點(diǎn)也不盡相同，但大多具有固態(tài)懸浮物含量高、氮磷含量高、COD（Chemical oxygen demand，COD）含量高和水體透明度低“三高一低”的特征[4]。與工業(yè)、生活污水相比，污染物濃度相對較低，但在排放方式上具有排放量大、排水期集中、非點(diǎn)源排放等特點(diǎn)，容易對環(huán)境承載力造成威脅。其中含有的有機(jī)成分（殘餌、糞便等）的積累和分解會使接收水體中產(chǎn)生一系列可溶性污染物和難溶性污染物，造成嚴(yán)重的生態(tài)問題。水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中污染物及其危害如圖1所示。

1.2 水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理現(xiàn)狀

目前，水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水根據(jù)處理位置的不同可分為原位凈化和異位凈化。原位凈化指將養(yǎng)殖尾水在養(yǎng)殖池內(nèi)部凈化。異位凈化指將養(yǎng)殖尾水導(dǎo)出養(yǎng)殖水體，在其他空間中進(jìn)行凈化。兩種方法各有優(yōu)劣，但相較于原位凈化，異位凈化效果更好且可采用更加多樣的技術(shù)。在國家對水產(chǎn)養(yǎng)殖綠色發(fā)展要求的大背景下，養(yǎng)殖尾水的處理應(yīng)以效果為主要標(biāo)準(zhǔn)，因此包含MBR在內(nèi)的異位凈化是更加符合當(dāng)前時代特點(diǎn)的凈化方法[5]。

常見的異位尾水處理方法主要有水生植物處理、活性污泥法和生物膜法。以人工濕地為代表的水生植物處理法在環(huán)境友好度、資源再利用及處理效率方面均有一定優(yōu)勢，廣受發(fā)展中國家和地區(qū)的青睞。但其容易受氣候條件的影響，占地面積較大，并且由于不可同時提供好氧和厭氧條件，很難實現(xiàn)對總氮的高效去除[6]。活性污泥法作較為成熟的污水處理技術(shù)，A/O（Anaerobic Oxic）、A2/O（Anaerobic Anoxic Oxic）工藝均有良好的脫氮除磷效果，但存在運(yùn)行費(fèi)用高、管理復(fù)雜等缺點(diǎn)，面對低C/N比的水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水，還容易出現(xiàn)污泥膨脹的問題，絕非尾水處理的首選。生物膜法是與活性污泥法并列的技術(shù)，通過添加載體，利用微生物在載體表面固定所形成的生物膜，實現(xiàn)凈化水質(zhì)的目的。常見的工藝有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物轉(zhuǎn)筒等。因其高效、簡便、成本低、易于管理等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖。但在實際應(yīng)用中也存在濾池堵塞、易受污染的弊端，長期運(yùn)行還會產(chǎn)生氣味和蚊蠅[7]。

與這些傳統(tǒng)的異位處理技術(shù)相比，MBR工藝克服了傳統(tǒng)活性污泥法中污泥膨脹、專性微生物易流失的缺點(diǎn)，繼承了生物膜法處理效果好、耐負(fù)荷的優(yōu)勢，同時兼具占地面積小、一體化程度高的特性，能夠適應(yīng)不同的水產(chǎn)養(yǎng)殖場地和水質(zhì)條件，可以結(jié)合傳統(tǒng)工藝對其進(jìn)行改良和發(fā)展，因此該技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理方面極具競爭力。

2 MBR在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的發(fā)展歷程

MBR起初并非設(shè)計用于處理養(yǎng)殖尾水。在20世紀(jì)60年代，MBR被提出以來，受限于當(dāng)時的膜工藝以膜壽命的問題并沒有大范圍推廣，僅在生活污水、船舶污水的治理中小范圍應(yīng)用[8-9]。1988年，Yamamoto等[10]首次提出內(nèi)置式中空纖維MBR技術(shù)，開辟了浸沒式MBR新工藝，MBR進(jìn)入了快速發(fā)展階段。與先前的外置式MBR相比，浸沒式MBR結(jié)構(gòu)更加緊湊，能耗大大降低，許多MBR公司的產(chǎn)品成功投入商用，并廣泛應(yīng)用于各類污水的處理中，二者的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著膜分離技術(shù)、組裝結(jié)構(gòu)和設(shè)備制造工藝的進(jìn)一步發(fā)展，MBR受到了世界各國的追捧，被認(rèn)為是污水處理技術(shù)的未來。MBR的研究領(lǐng)域也不再局限于傳統(tǒng)的高污染廢水，學(xué)者們也開始嘗試將MBR技術(shù)應(yīng)用于微污染水的治理中[11]。由于水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水有著污染物濃度低、易生化降解的特點(diǎn)，與微污染水特征相似，因此科學(xué)家們自然也將目光投向了水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域。將MBR技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，可以為水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)提供一種更加高效的尾水處理方法。2006年武雯婷等[12]首次使用MBR處理對蝦池塘養(yǎng)殖尾水，初步證明了其對養(yǎng)殖尾水處理的有效性。而后，沈加正[13]開展了MBR處理海水養(yǎng)殖尾水的基礎(chǔ)實驗，Sharrer等[14]則開展了MBR處理循環(huán)水養(yǎng)殖尾水的中試實驗，這些在不同養(yǎng)殖條件下的實驗結(jié)果無不證明了MBR在尾水處理領(lǐng)域中巨大的潛力和廣闊的前景。

隨著研究的深入，對MBR的研究并不局限于處理效果上。微生物作為MBR的重要組成部分，相關(guān)的研究也受到了關(guān)注。研究微生物群落結(jié)構(gòu)和功能有助于了解MBR系統(tǒng)的工作機(jī)制，揭示尾水凈化機(jī)理并為優(yōu)化MBR系統(tǒng)的性能提供科學(xué)依據(jù)。常見的手段包括16s測序、宏基因組測序等。研究表明，MBR運(yùn)行過程中微生物組成并非一成不變，是一個優(yōu)勝劣汰的穩(wěn)定過程。通過對不同時期MBR中活性污泥的樣品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)既有原始種群的消亡，也有新的優(yōu)勢菌群的出現(xiàn)，微生物通過不斷的演替以適應(yīng)MBR工藝，這對尾水處理效果的提高起到了重要作用[15]。

但與其他領(lǐng)域一樣，應(yīng)用單一MBR對水體中污染物去除效果并不能讓人滿意，而且存在不可避免的的膜污染問題。2008年，Pulefou等[16]在研究浸沒式 MBR在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水循環(huán)利用中發(fā)現(xiàn)， 膜過濾壓差的變化受曝氣速率的影響，但是試驗最后膜受到了不可逆的污染， 造成膜過濾阻力增加， 膜壽命縮短。為了解決這些問題，近年來，研究人員借鑒其他領(lǐng)域的MBR研究經(jīng)驗，嘗試在MBR的設(shè)計中應(yīng)用新型膜技術(shù)并將其他水處理工藝耦合進(jìn)來。因此，MBR延伸出了功能更加出色的工藝類型，如脫氮效果更好的缺氧濾池膜生物反應(yīng)器、可以回收藻類的膜-光生物反應(yīng)器、經(jīng)濟(jì)性更好的動態(tài)膜生物反應(yīng)器、能夠顯著減緩膜污染的膜電生物反應(yīng)器等，這些工藝的研究極大地促進(jìn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域MBR的發(fā)展。

3 MBR重要參數(shù)

3.1 鹽度

鹽度是影響MBR處理效果的重要因素。海水作為典型含鹽水體（鹽度可達(dá)35‰），大量學(xué)者開展了有關(guān)MBR處理海水養(yǎng)殖尾水的研究。研究表明，海水養(yǎng)殖尾水的高鹽度沖擊會使MBR內(nèi)微生物細(xì)胞脫水造成原生質(zhì)流失，活性受到抑制且其中含有的高濃度氯離子對微生物具有毒害作用。盧芳芳等[17]采用DMBR工藝處理海水養(yǎng)殖尾水時，鹽度的升高使得COD去除率下降了近14%，總氮（Total Nitrogen，TN）的去除率下降了16%，而Sharrer等[14]將鹽度從0提高到32‰時總磷（Total Phosphorus，TP）的去除率降至不足70%，可見鹽度的變化對MBR處理效果影響巨大。此外，鹽度的升高會引起膜表面鹽晶的堆積導(dǎo)致膜通量的減少，影響MBR系統(tǒng)運(yùn)行，同時也會促進(jìn)微生物釋放更多的溶解性微生物產(chǎn)物和胞外聚合物，形成膜污染，加速膜的老化和破損，從而縮短膜的壽命。

3.2 水力停留時間（Hydraulic Retention Time， HRT）

水力停留時間是指待處理水在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時間，是影響MBR處理效果的重要參數(shù)之一。適宜的HRT可以提高M(jìn)BR的COD、氨氮和總磷去除率，但是，過長或過短的HRT都會影響MBR的性能，過長的HRT會導(dǎo)致膜污染和能耗增加，過短的HRT會降低MBR的去除效率。研究過程中不同的MBR的最適HRT也并不相同，如王偉龍等[18]優(yōu)化得出一體式MBR的最佳操作參數(shù)為3.25 h，而盧芳芳[19]研究的DMBR在12 h時達(dá)到了很好的處理效果，二者差異巨大?？梢娝a(chǎn)養(yǎng)殖MBR的最佳HRT并非確定的某個范圍，在實際應(yīng)用中，要根據(jù)不同的養(yǎng)殖方式、系統(tǒng)設(shè)計、經(jīng)濟(jì)成本、水質(zhì)要求等綜合考慮，選擇合適的HRT以達(dá)到最佳的處理效果。

3.3 溶解氧

溶解氧是MBR中一個非常重要的指標(biāo)，對MBR的運(yùn)行和效果有著重要的影響。MBR中的微生物需要充足的氧氣來進(jìn)行呼吸代謝，如果溶解氧濃度過低，會導(dǎo)致微生物的代謝活動受到限制，從而影響尾水的處理效果。實際情況中MBR通常需要增加曝氣量來提高溶解氧濃度，但是過大曝氣量不僅會導(dǎo)致生物掛膜性能降低，而且會導(dǎo)致微生物內(nèi)源消化作用的加強(qiáng)，從而增加能耗和運(yùn)行成本。在MBR中，需要對溶解氧進(jìn)行監(jiān)測和控制，保證MBR的運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益。最近的研究表明曝氣量的變化對COD的影響不高但對脫氮的影響較大，盧芳芳等[20]對比連續(xù)曝氣和間歇曝氣兩種方式時發(fā)現(xiàn)，連續(xù)曝氣對氨氮去除率高于間歇曝氣，間歇曝氣對TN的去除率優(yōu)于連續(xù)曝氣，可能的原因是連續(xù)曝氣所形成的高溶氧環(huán)境促進(jìn)了硝化細(xì)菌的活性，而間歇曝氣則使MBR中形成了缺氧區(qū)，促進(jìn)了反硝化過程。

4 水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中MBR組合工藝

MBR與其他污水處理工藝相結(jié)合，可以進(jìn)一步提高養(yǎng)殖尾水的處理效果，不同組合工藝的效果對比如表1所示。

4.1 傳統(tǒng)工藝相結(jié)合的MBR

與傳統(tǒng)污水處理工藝中應(yīng)用A/O工藝和缺氧濾池聯(lián)用以增強(qiáng)MBR的處理效果是較為常見的方法。在氮素的去除方面，王芳、Visvanathan、Ding等[21-23]研究人員構(gòu)建的厭氧/好氧膜生物反應(yīng)器（Anacrobic/Oxic-Membrane Bioreactor， A/O-MBR）和缺氧濾池-膜生物反應(yīng)器（Anoxic filter-Membrane Bioreactor， AF-MBR）均取得了90%以上的總氮去除率，效果均好于單一MBR，并且證明了堿度是反應(yīng)器穩(wěn)定脫氮的關(guān)鍵因素。但以上研究在TP的去除方面并未提及或效果不佳。張倬瑋[24]同時考慮脫氮除磷，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化反應(yīng)器參數(shù)，對比分析了單一MBR與A/O-MBR的處理南美白對蝦養(yǎng)殖尾水，發(fā)現(xiàn)兩種反應(yīng)器TP的去除效率均有待提高。

另外，填料強(qiáng)化是增強(qiáng)MBR性能的常見手段。Song等[25]通過投加海綿載體強(qiáng)構(gòu)建的MBMBR（Moving bed membrane bioreactor）不僅獲得了優(yōu)異TN去率，對總有機(jī)碳（Total Organic Carbon，TOC）的去除率也達(dá)到了90%以上。Zhu等[26]則通過構(gòu)建生物載體強(qiáng)化MBR并與傳統(tǒng)MBR做對比，發(fā)現(xiàn)生物載體可以通過改變泥餅層的精確組成從而降低膜污染，同時對菌群多樣性和物種豐富度均有促進(jìn)作用。

上述工藝雖然都展現(xiàn)出優(yōu)于單一MBR的效果，但相較于其他領(lǐng)域的研究來看仍有提升的空間，嘗試運(yùn)用厭氧氨氧化，反硝化除磷等新型脫氮除磷技術(shù)以進(jìn)一步提高其對尾水處理效果是未來研究的一個方向。

4.2 膜-光生物反應(yīng)器 （Membrane Photobioreactor， MPBR）

微藻生物處理被認(rèn)為是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)有效的尾水處理方法。早在1995年Hammouda等[27]在實驗室開展序批實驗，利用小球藻和柵藻處理養(yǎng)殖尾水有效降低了尾水中COD。但在實際應(yīng)用過程中，由于養(yǎng)殖尾水污染物濃度較低，存在生物量難以保持、藻細(xì)胞不易收獲的問題。MPBR是在傳統(tǒng)培養(yǎng)藻類的光生物反應(yīng)器的基礎(chǔ)上添加膜組件，利用微藻的同化作用去除污水中的營養(yǎng)物質(zhì)，同時培養(yǎng)微藻的工藝。MPBR通過膜技術(shù)將藻類截留在反應(yīng)器內(nèi)，增強(qiáng)了污水處理能力，提高微藻的產(chǎn)量，且反應(yīng)器收獲微藻可以作為魚類的餌料進(jìn)行循環(huán)利用，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。MPBR與水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域相適性，自然也使其成為了養(yǎng)殖尾水處理中的研究熱點(diǎn)。

目前，不同種類的微藻構(gòu)建的MPBR都具有出了很好的尾水處理效果，并在重金屬、抗生素等特定污染物的去除方面展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。Gao等[28]構(gòu)建的小球藻MPBR和馬航[29]等構(gòu)建的青島大扁藻MPBR對TN和TP均有較高的去除效果。在對重金屬的去除方面，Lu等[30]探究了小球藻MPBR對鉻（Cr）的去除效果，在穩(wěn)定狀態(tài)時反應(yīng)器對Cr的去除率達(dá)到50%。在對抗生素的去除方面，Peng等[31]通過向小球藻MPBR中添加填料強(qiáng)化其性能，在收獲微藻和去除營養(yǎng)物質(zhì)的同時，實現(xiàn)了對磺胺類抗生素的有效去除。Zhang等[32]對比等邊金藻和小球藻構(gòu)建MPBR去除水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水營養(yǎng)物質(zhì)和氟苯尼考的效果，發(fā)現(xiàn)小球藻在營養(yǎng)物質(zhì)去除效率和氟苯尼考的耐受性方面優(yōu)于球等邊金藻，證明了MPBR對營養(yǎng)物質(zhì)和氟苯尼考的去除能力以及對微藻的富集能力。未來，可以繼續(xù)在反應(yīng)器設(shè)計和藻種的選擇方面進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高M(jìn)PBR性能。

4.3 膜電生物反應(yīng)器（Membrane Electrochemical Bioreactor， MEBR）

膜電生物反應(yīng)器是將MBR技術(shù)與電化學(xué)技術(shù)相耦合的工藝。將膜組件置于電場中，利用電場對膜污染物產(chǎn)生的排斥作用，減緩并控制膜污染，同時電場可以提高大多數(shù)微生物的活性，刺激參與硝化和反硝化的關(guān)鍵酶和基因的活性增加，從而提高污染物的去除效率[34]，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。Jing等[35]通過研究發(fā)現(xiàn)MEBR對海水養(yǎng)殖尾水的中氨的去除率在95%以上，運(yùn)行時間對比未加電場可延長71.4%。曾千芷[36]對比考察了微電場MEBR和MBR對海水養(yǎng)殖尾水的處理效能，發(fā)現(xiàn)MEBR可以有效富集具有脫氮功能的優(yōu)勢菌屬，脫氮效果顯著高于MBR。李伊晗[37]以碳基材料為載體制備催化劑，用其制備改性導(dǎo)電膜構(gòu)建了MEBR，與對照MBR相比氨氮去除率顯著提高，運(yùn)行時間延長40%，同時發(fā)現(xiàn)膜表面形成的游離氯可以降低膜污染。雖然運(yùn)用膜電生物反應(yīng)器處理水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水目前來看是一個不錯的方式，但外加電場所帶來的成本問題同樣值得關(guān)注[38]，水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域目前沒有文獻(xiàn)對MEBR運(yùn)行期間的成本進(jìn)行估算。

4.4 動態(tài)膜生物反應(yīng)器（Dynamic Membrane Bioreactor， DMBR）

動態(tài)膜是指采用某種固體微?；蚍磻?yīng)中形成的某種固體微粒，通過循環(huán)使其沉淀在多孔支撐體表面上形成新膜，從而改進(jìn)過濾性能的技術(shù)。動態(tài)膜生物反應(yīng)器即采用廉價易得的多孔膜片代替價格昂貴的傳統(tǒng)MBR膜片，不但解決了膜成本的問題，而且由于多孔膜片通量大，動態(tài)膜更具有易預(yù)涂和再生的優(yōu)點(diǎn)，更加有效地控制了膜污染[39]。

2011年華僑大學(xué)的洪俊明團(tuán)隊率先開展了DMBR在養(yǎng)殖尾水處理方面的研究，對比分析了缺氧DMBR在淡水和海水養(yǎng)殖廢水處理中的運(yùn)行效果， 確定了其可行性[17，19.20]。2012到2013年又進(jìn)一步研究不同鹽度、溶解氧、HRT以及曝氣方式對污染物處理效果的影響，同時探究反應(yīng)器內(nèi)生物群落的結(jié)構(gòu)變化并分析反應(yīng)器內(nèi)的反硝化的動力學(xué)過程[40-43]。進(jìn)一步的，李博涵等[44]結(jié)合A/O工藝構(gòu)建厭氧/好氧-移動床-DMBR處理海水養(yǎng)殖尾水并探究了粉末活性碳的投加工藝中的膜污染控制過程與作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)投加粉末活性炭可以降低反應(yīng)器中胞外聚合物的含量，增大懸浮物粒徑，改變微生物結(jié)構(gòu)從而減緩膜污染。由此可見，在對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后DMBR可以高效去除養(yǎng)殖尾水中的污染物并且填料強(qiáng)化是一種提高反應(yīng)器性能的有效方案，相較于傳統(tǒng)的MBR，DMBR在不同條件展現(xiàn)出了更好的應(yīng)用效果和產(chǎn)業(yè)化能力。

5 膜污染相關(guān)研究

MBR 在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)膜通量下降、膜分離阻力增加以及膜分離特性改變等問題。造成膜污染的機(jī)理主要有 2 個方面：一是由于物理作用而引起膜的內(nèi)外表面吸附、沉積，造成膜孔徑變小或堵塞，使膜通量減小造成膜污染；二是在運(yùn)行過程中，活性污泥中的微小粒子、膠團(tuán)或者某些溶質(zhì)分子吸附在膜表面，或是因為濃度差級化使得溶質(zhì)在膜表面超過其溶解度，從而形成濾餅層，最終導(dǎo)致膜孔堵塞造成膜污染?；钚晕勰嘀形⑸锂a(chǎn)生的大量溶解性產(chǎn)物，是殘留有機(jī)物的重要組成部分，是造成 MBR 膜污染的主要原因之一[45]。

微生物在膜表面黏附、生長所形成的生物膜與MBR膜通量穩(wěn)定、清洗頻次、運(yùn)行能耗及膜組件壽命密切相關(guān)[46]。前期相關(guān)研究證明，微生物的胞外組分直接決定了生物膜壓縮性、透水性以及穩(wěn)定性[47]。Xia等[48]發(fā)現(xiàn)胞外聚合物濃度每增加50 mg/L，膜通量減小70％。在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，大多數(shù)研究僅僅停留在解析微生物群落和功能，有關(guān)膜污染的形成原因缺乏深入研究。膜污染的控制方面也大多采用工藝優(yōu)化的方式，其他領(lǐng)域開展的次氯酸鈉清洗、生物酶法、噬菌體裂解法等技術(shù)，少有報道。最近，運(yùn)用群體感應(yīng)揭示膜污染機(jī)理的研究備受關(guān)注。微生物群體感應(yīng)對生物膜各階段具有調(diào)控作用，基于此開發(fā)出的群體感應(yīng)抑制劑被認(rèn)為是高效安全的膜污染控制方法[49]。探究水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境下微生物的群體感應(yīng)機(jī)理，開發(fā)適合水產(chǎn)養(yǎng)殖的群體感應(yīng)抑制劑是未來的一個重點(diǎn)研究方向。

6 總結(jié)與展望

目前，國內(nèi)外學(xué)者結(jié)合尾水處理工藝和膜技術(shù)的發(fā)展提出了很多新型的MBR工藝用于水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理。在污染物去除、膜污染控制方面都取得了很好的效果，但是相較于其他領(lǐng)域的報道來看，MBR在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的研究中仍有許多不足，未來可以從以下幾個方面重點(diǎn)開展研究。第一，推進(jìn)膜污染機(jī)理的相關(guān)研究。膜污染作為MBR技術(shù)的瓶頸問題，嚴(yán)重阻礙了MBR技術(shù)的推廣應(yīng)用。當(dāng)前，在水產(chǎn)領(lǐng)域相關(guān)研究較為粗淺，無法較為清晰地解釋膜污染機(jī)理，未來可通過色譜技術(shù)和分子生物學(xué)手段進(jìn)一步闡明膜污染機(jī)制。第二，探究MBR對水產(chǎn)養(yǎng)殖新型污染物的處理能力?？股丶翱股乜剐曰蛟谒a(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的多種介質(zhì)中被頻繁檢出，造成細(xì)菌耐藥性增加，極大地影響人們的身體健康。MBR在其他領(lǐng)域已被證實能夠有效去除抗生素和抗生素基因。今后可以在水產(chǎn)養(yǎng)殖背景下開展相關(guān)研究，更加全面了解不同類型MBR對新型污染物去除能力。第三，加強(qiáng)不同MBR工藝之間的對比研究。通過建立一套標(biāo)準(zhǔn)化的MBR養(yǎng)殖尾水處理評估模型，綜合評價不同工藝對尾水的凈化能力，同時明確不同工藝之間的成本差異，為不同水產(chǎn)養(yǎng)殖方式選擇最適的MBR工藝。第四，重視新型MBR技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的能力。雖然有關(guān)水產(chǎn)領(lǐng)域中MBR工藝的研究報道很多，但許多新型的工藝大多停留在實驗室，產(chǎn)業(yè)化的實際工程應(yīng)用較少，把實驗的成果真正應(yīng)用于實際，還需要大量的工作。因此，應(yīng)該提高M(jìn)BR研究領(lǐng)域的科研質(zhì)量，加強(qiáng)科研投資和管理，加速各類MBR在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的實際應(yīng)用，使其真正為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)做出貢獻(xiàn)。

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Research progress of MBR process in aquaculture tailwater treatment

NAN Hailin1，2，QU Jiangqi2，WANG Luyao2， ZHANG Qingjing1，2

（1. Key Laboratory for Hydrobiology in Liaoning Province， Dalian Ocean University， Dalian 116023，China； 2. Beijing Key Laboratory of fishery Biotechnology， Fisheries Research Institute， Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Beijing 100068， China ）

Abstract：Membrane Bioreactor （MBR） is a new type of wastewater treatment system combining membrane separation technology and biological wastewater treatment technology， which has received a lot of attention in tailwater treatment. However， single MBR cannot meet the needs of aquaculture tailwater treatment， and the combination with other processes is a feasible way to enhance MBR， so many new MBRs have emerged. This paper reviews the development history of MBR in aquaculture， the combination process， the relevant important parameters and the research on membrane pollution， and presents the outlook on the future research direction and focus of MBR in aquaculture tailwater treatment.

Key words：MBR; aquaculture tailwater; combination process; membrane pollution

（收稿日期：2023-07-04）