厌氧膜生物反应器AnMBR在废水处理中研究及发展方向

北极星环保网讯:水资源短缺是全球面临的一项难题，将废水处理后回用可以有效缓解水资源的供需矛盾。在现有的各类废水处理技术中，好氧生物处理技术因其发展较为成熟而占据了很大的优势，但其存在能耗高、污泥产量高以及资源回收率低等缺点。而传统厌氧处理需满足下列条件：(1)生物反应器必须被加热到中温(30～40℃)或高温(50～60℃)的温度;(2)需要较长的污泥龄(SRT);(3)需要进行后处理以确保出水达标排放。

由于早期厌氧反应器的处理条件较高，厌氧处理技术没能较好地用于污水处理过程。随着以UASB及EGSB为代表的第二、三代厌氧反应器在高浓度有机废水处理中的成功应用，厌氧生物处理及其耦合技术日益受到研究人员的重视。

厌氧膜生物反应器(anaerobicmembranebioreactors，AnMBR)作为厌氧处理技术和膜生物反应器的耦合，它同时具备了二者的优缺点，尽管目前对AnMBR的研究大部分仅限于实验室或小试规模，但其已成为研究的一个热点。笔者从AnMBR技术组成、膜结构形态、应用、膜污染原因、厌氧微生物生态学等方面介绍了AnMBR技术的最新研究状况，指出其面临的难题及今后的发展方向，以期为后续研究以及实际应用提供理论参考。

1、AnMBR的应用及研究现状

1.1、AnMBR的组成及分类

AnMBR通常由厌氧反应器和膜过滤系统2部分组成，不考虑膜过滤系统，厌氧反应器中最常用的是连续搅拌反应器系统(CSTR)。另外，UASB、EGSB、流化床系统也逐渐应用于其中。厌氧反应器的设计必须保证有足够的生物停留时间(SRT)，这样在很大程度上可以减少悬浮生物质与膜接触的时间，避免膜污染的发生。膜过滤系统有3种构型存在：外部横流、内部浸没和外部浸没，如图1所示。

（1）外部横流式AnMBR反应器；（2）内部浸没式AnMBR反应器；（3）外部浸没式AnMBR反应器。

图1：3种AnMBR结构配置示意

在外部横流结构中，膜组件与生物反应器是分开的，膜在渗透压作用下正常运行，加压泵将厌氧反应器中的固体混合液打入膜组件的过滤端，通过压力作用使混合液中的液体透过滤膜，大分子物质则被滤膜截留，随浓缩液直接回流到厌氧反应器中。在内部浸没式膜结构中，膜直接浸入在生物反应器中的悬浮生物液中，通过施加于膜的真空度产生渗透压进行过滤。另外，膜组件也可位于独立于主生物反应器的外部腔室中，但仍淹没在悬浮生物液中并在真空条件下进行操作。

1.2、AnMBR膜材料和膜组件的研究

选择合适的膜材料和膜组件是反应器设计的关键。应用于AnMBR的膜材料可分为3种形态：疏水性有机聚合膜、金属膜和非金属膜(陶瓷膜)。其中，有机聚合膜因性能良好并具有经济性而得到广泛应用，最常用的疏水性有机聚合膜材料主要有聚偏氟乙烯(PVDF)和聚醚砜(PES)膜，占市场份额的75%以上。平板膜、管状膜和中空纤维膜是AnMBR中最常用的3种膜组件，其过滤特征如表1所示。

I.J.Kang等研究了不同膜材料对膜污染的影响并对其污染特征进行了比较，结果发现，有机膜和非有机膜存在完全不同的污染特征。Y.He等采用不同截留分子质量的PES膜研究了膜孔径对AnMBR过滤效果的影响，结果发现，膜孔径的大小对污染物的去除效果影响很小。

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