废水生物处理中的物质和能量循环的方法与技术探索--基于甲烷的污染物生物还原研究

中空纤维膜生物反应器(MBfR)是一种将生物膜法和纤维膜微孔曝气法结合起来的技术，它与传统的生物膜反应器(MBR)的主要区别在于MBR膜组件外有活性污泥，膜起到固液分离的作用，而MBfR中生物膜附着在膜组件外表面，中空纤维膜起到微孔曝气的作用[20]。MBfR膜组件将一定压力的气体从膜内向膜外表面扩散，为附着在膜上的微生物提供电子供体或电子受体，从而达到降解污染物的目的。这种MBfR技术成本低廉、甲烷利用率高、占地面积小、安全方便等优势，是利用甲烷深度处理废水中氧化态污染物的优良载体。

袁志国教授团队利用膜生物反应器，在厌氧环境中，通过DAMO古菌、DAMO细菌和厌氧氨氧化菌的协同作用[21]，实现了脱氮效率超1kg  N/m3/d，并且成功控制出水总氮在3  mg/L左右[22]，达到了主流脱氮工艺的同一水平;而在好氧条件下，结合NC10门菌和异养反硝化菌的不同功能[23]，脱氮效率能够达45 mg  N/L/d，并且控制出水总氮在10 mg/L以内;Thalasso 等[24]报道了在序批式反应器中，以甲烷为唯一电子供体及碳源进行反硝化，得到脱氮速率为0.6  g NO3--N g-1 VSS d-1;研究团队发现在序批式CH4-MBBR中，微生物利用甲烷最高可将50  mg/L的高氯酸盐还原到检出限以下，而在放大实验中，连续流MBfR(体积为10 L)可将进水中5 mg/L的高氯酸盐还原至10  μg/L以下，这表明基于甲烷的污染物生物还原技术具有的良好的应用潜力。

将废水处理系统中的厌氧发酵产物甲烷作为电子供体和碳源来深度去除水中的氧化态污染物，实现了碳源及能源的回收与利用，在去除一些难降解的氧化态污染物的同时，减少了甲烷对温室效应的贡献。然而截至目前，以甲烷为电子供体的氧化态污染物还原机理尚不明确，这极大地拖延了其投入实际污水处理的步伐。利用甲烷来处理水体中氧化态污染物的研究仅处在实验室及小试规模，在接下来的研究中，一方面要尽快弄清混合菌群的耦合机理，为其实际应用扫清理论障碍;另一方面，以中空纤维膜生物反应器为基础，尝试将甲烷氧化耦合反硝化与短程硝化、污泥消化产甲烷等城市废水处理环节相结合，研发出节能、降耗、低碳的城市废水处理新技术。

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