厌氧膜生物反应器AnMBR在废水处理中研究及发展方向

在采用AnMBR技术处理高盐含油废水中，将超声波清洗应用于膜污染控制过程得到了良好效果，此外，将气体射流、活性炭添加、沸石-滤膜分析器等技术应用到试验研究过程中也达到了良好的膜污染控制效果。

总体来说，减缓AnMBR膜结垢的方式主要有3种：(1)在高通量条件下短时间运行，然后采用强酸、强碱及氧化剂等进行反冲洗，清洗膜面附着物;(2)在“临界通量”水平操作条件下，只进行间歇性反冲洗和清洗;(3)可以尝试通过流体动力学条件来操作反应器，减少溶解性微生物产物(SMP)/胶体在反应器内的增量，从而减少膜结垢程度。

2.3操作运行参数的控制

AnMBR工艺中膜分离操作的主要影响因素有水力停留时间、污泥龄、膜面流速、温度、操作压力等。由于厌氧微生物生长缓慢，所以必须维持较长的污泥龄。成功的厌氧处理技术是将水力停留时间和污泥龄完全分离，这样不仅能维持反应器中高浓度的厌氧污泥，还可以减小反应器的尺寸。

AnMBR工艺中的微生物会随时间以附着和悬浮2种形式增殖，微生物以悬浮形式增殖，对于其活性可起到促进作用，使得其产甲烷活性显著提高。同时，微生物产甲烷活性的增加也与温度有关，J.H.Ho等的研究表明，AnMBR在25℃条件下产甲烷菌的产甲烷效率比在15℃时更高，较长泥龄或较短的水力停留时间对产甲烷活性有积极的影响，但泥龄的增加会导致AnMBR中惰性固体积累。

此外，S.I.Padmasiri等的研究表明，增加错流速度，会导致厌氧消化性能变差。

2.4AnMBR微生物生态学

厌氧消化过程中微生物区系复杂、种类繁多，同一反应器在不同操作条件下，同一颗粒污泥在不同发育阶段，微生物的生长增殖规律、环境适应性及生物活性都会影响其所占比例。

厌氧消化过程正是由这些微生物所进行的一系列生物化学的耦合反应，由于厌氧反应器内部各区域生态位的差异，造成非产甲烷细菌、产甲烷细菌出现有规律的演替，通过各种群之间的相互利用、相互制约，构成一个稳定的生态系统，从而保证了生物代谢过程的正常进行。因此，AnMBRs是培养生长缓慢微生物的优秀系统。

AnMBRs内微生物种群的分布受滤饼层、反应器容积以及滤饼层深度的影响显著。随着滤饼层深度的增加，外滤饼层表面比内滤饼层表面会变得松散，易随生物液流出导致膜堵塞。随着滤饼层加厚及微生物种群的增加，膜结垢现象也逐渐增多。

研究发现，附着于滤饼层上的主要细菌种群中隶属于厚壁菌门的占到42.3%，α-变形菌占到30.8%，而古生菌主要是甲烷八叠球菌属和甲烷螺旋菌属。

3、AnMBR技术未来研究发展趋势

(1)多种条件下AnMBR膜污染机理的研究。膜污染涉及多个方面，关于膜污染机理的研究一直是AnMBR研究的关键和核心。由于溶解性有机质(SMPs)是影响膜污染的关键物质，未来应重点针对其组成和反应器中多种参数对其产量的影响进行研究。另外，针对膜形态、孔径组成、膜通量、厌氧微生物生态学以及操作运行参数对膜污染机理的影响研究也是未来研究的重点。

(2)不同膜材料和膜组件在AnMBR中的应用研究。膜材料和孔径的改变，会对膜通量和出水水质产生重要影响，但大多数情况下AnMBR中膜污染通常会发生在表层膜结构上，因此对表层膜结构的改性和选择实用新型原材料来构建更适合AnMBR的膜结构将成为研究热点。同时，靠滤层生物量形成的非实体动态膜和继发性膜的增殖状况、细菌增殖条件、处理效率和运行机理也将是研究的重点。

(3)极端环境条件下AnMBR技术的应用研究。由于厌氧菌生长速率缓慢，厌氧过程操作最适温度为35℃，温度的变化会导致膜通量降低;另外，有研究表明产甲烷菌在低温条件下产生的甲烷量会更多，但该过程中产生的甲烷气体回收利用难度较大。培养能够在嗜热(>55℃)或嗜冷(<10℃)环境条件下生长的优势厌氧菌种，同时针对环境条件的改变设计适合甲烷气体收集的新型反应器来满足实际研究和工程需要将是AnMBR技术一个新的研究方向。

(4)AnMBR反应动力学及数值模拟技术的研究。AnMBR反应器的研究与开发，目前仍停留在试验和中试规模上，鲜有对AnMBR反应动力学进行研究。AnMBR中涉及的反应动力学主要有基质降解动力学、生化反应动力学、多相反应动力学、膜生长反应动力学、产气动力学以及污泥增殖反应动力学等。反应动力学是研究AnMBR技术的重要理论基础，加强反应动力学的研究将复杂生化过程和动力学过程转换为数学方程，这对于数值模拟、模型的开发和优化有很好的促进作用。

(5)AnMBR与其他反应器耦合技术的研究。从目前的研究和实验效果来看，单纯的AnMBR技术在出水水质方面的处理效果并不很理想。将AnMBR与其他处理工艺相耦合，采用高效厌氧反应器来替代普通厌氧反应器，对膜反应器的构型进行创新设计，将会很大程度上改善AnMBR的出水水质。

(6)AnMBR技术在痕量有机物污染控制上的应用研究。以抗生素和医药产品的代谢产物为代表的痕量有机污染物是城镇污水处理中的热点和难点，研究通过AnMBR及其相关耦合技术处理该类废水，通过污染物的去除过程模拟其迁移转化规律并对其进行生态毒理学评价将是研究的热点。

延伸阅读：

你知道如何调试与管理MBR膜生物反应器吗

浅谈膜生物反应器与其他污水处理技术的集成

全面解析MBR膜生物反应器一体化污水处理设备