厌氧膜生物反应器处理高浓度有机污水的研究

【资料简介】

1 介绍

近年来，高浓度有机废水的处理处置引起了人们广泛的关注，例如肠衣废水、猪粪废水、玉米乙醇生产废水、奶酪废水、屠宰场加工废水、肉类加工废水、棕榈油加工废水、羊毛洗涤废水和奶制品废水等。此类废水中具有有机物浓度高、成分复杂、有毒有害等特点，如未经处理直接排入水体将使水体遭受污染，对人类健康和生态环境构成严重威胁。因此，对于高浓度有机废水的处理是当今环境工程和环境科学领域研究的热点。

目前，国内高浓度有机废水的研究多集中在厌氧生物处理。厌氧生物处理是厌氧微生物利用高浓度有机废水中的有机质作为自身营养物质，在适宜的条件下(如合适的温度、pH 等)，将其转化为沼气的过程。此过程不仅可以去除污水中的污染物，还可实现能源再生。传统厌氧生物处理具有投资省、运营成本低、易于管理控制及剩余污泥产率少等特点。

但是由于高浓度有机废水的复杂性，采用传统厌氧消化技术在其能源转化工程中遇到诸多问题，例如污泥上浮、污泥流失、VFAs 累积等，最终导致运行的失败。AnMBR 是一种有机结合厌氧生物处理单元和膜分离技术的新型废水处理工艺，其不仅保留了厌氧技术的诸多优点，而且膜组件的引入可以将微生物*截留，从而实现了 SRT 和 HRT 的有效分离。也正因如此，厌氧膜生物反应器具备污泥浓度高、泥龄长、耐冲击负荷能力强等优点，其在高浓度和复杂有机废水处理方面展现出很好的应用前景。

虽然 AnMBR 有上述的许多优点，但是 AnMBR 在废水资源回收方面仍然面临着一些重大挑战，这些问题主要集中在温度，盐度积聚，抑制物质和膜污染。

2 厌氧膜生物反应器的基本原理和构造

AnMBR 是一种将厌氧生物处理技术与膜分离技术相结合的工艺。AnMBR 具有以下优点：可将有机废弃物转化成甲烷再次利用，产生较小的剩余污泥、占地面积小、基建费用低、二次污染少，过滤性能好，有效拦截污染物和大分子有机物[6]，对某些有毒物质去除效果好，出水水质理想。

根据厌氧处理的方式不同，AnMBR 也有不同的构造。常见厌氧生物反应器包括上流式厌氧污泥床(UASB)，*混合式反应器(CSTR)和厌氧流化床生物反应器(AFBR)。在这些反应器中，CSTR 是 AnMBR zui常用的配置，其优点在于构造和操作较为方便。UASB 可以在生物反应器的底部区域保留生物质，所以过膜的出水的悬浮固体浓度很低，减轻膜污染。同时，在 UASB 反应器中，可以通过气/液/固分离器来收集产生的甲烷。AFBR 反应器则是通过填充如石英砂、活性炭、沸石这类细小的固体颗粒填料来净化出水。

3 AnMBR 处理性能的影响因素

3.1 温度

可以在高温(50~60℃)或中温(30~40℃)条件下运行。低温(＜20℃)下的 AnMBR 会面临诸多挑战，包括膜污染的加剧，污染物去除速率的降低和在出水中甲烷溶解度的升高。

3.2 盐度积累

高盐含量被认为是严重抑制厌氧过程的因素之一。

3.3 抑制物质

易受废水中如游离氨和硫酸盐等抑制物质的影响。Chen指出，在厌氧消化的过程中，随着生物降解反应的进行，废水中的蛋白质会产生大量的游离氨。游离氨的毒性在于它可以穿透微生物的细胞膜，从而导致细胞稳态失衡，破坏质子平衡。

3.4 膜污染

在污水处理过程中，无机或有机污染物会在膜孔、膜表面沉积，降低膜通量，增加跨膜压差，因此需要及时化学清洗或更换滤膜。而鉴于膜材料成本昂贵，膜污染仍然是限制 AnMBR 广泛应用的关键因素。Smith指出 AnMBR 中主要污染物包括可溶性微生物(SMP)、胞外聚合物(EPS)、胶状固体、附着的细胞和无机沉淀物。

AnMBR 运行期间的膜污染主要取决于膜的性质、操作条件(例如温度，水通量，HRT 和 SRT)、流体动力学和污泥特性。

尽管目前已经具有一些有效控制膜污染的方法，但是膜清洁这个环节仍然是bi不可少的。膜清洁包括物理法、化学法和生物法。物理法主要包括反冲洗，表面冲洗和超声波处理。化学法是指运用特定的试剂(酸、碱和氧化剂)来去除膜的不可逆污染。值得一提的是，化学法需要消耗化学试剂，会不可避免地带来二次污染等问题。生物法是指采用酶制剂来清洗膜污染中的有机污染物，酶制剂没有二次污染，而且对膜不产生损害，但是，其高额的价格成本制约了进一步的应用。