MBR膜生物反应器在生活污水处理中的技术分析

处理城市污水稳定运行时化学需氧量（COD）去除率稳定在79.4%±10.4%；处理高浓度垃圾渗滤液时COD去除率稳定在62.2%±1.8%。但仍存在通量不稳定、出水水质波动较大等缺陷，对其研究还需进一步完善。

AnMBR工艺的处理对象主要包括低浓度城市污水和高浓度有机废水，对不同AnMBR工艺在不同类型污水处理中的应用以及处理效果做了较为详细的总结。高浓度有机废水的处理主要采用CSTR—MBR和UASB—MBR两种工艺类型，而AFBR与膜技术结合后具有更高的传质效率和微生物浓度，适于低浓度城市污水处理，近年来受到关注。

采用实验室级浸没式AFBR—MBR处理城市污水，采用颗粒活性炭（GAC）作为载体，由于GAC对膜表面有冲刷作用，膜污染潜势低，在此基础上扩大反应器规模至中等规模，可实现长期稳定运行（485天），尤其冬季低温运行时，COD的去除率达90%以上，甲烷产量稳定，期间没有对膜进行化学清洗，为AFBR—MBR工艺处理低浓度城市污水提供了一个很好的范例。

3.2AnMBR的工艺运行效果及影响因素

（1）污染物的去除效果

由于膜的截留作用，AnMBR对有机污染物和固体悬浮物（SS）的去除效果相比传统厌氧工艺有明显改善。AnMBR工艺在处理一些低浓度合成或实际城市污水以及高浓度有机废水时的操作条件和运行效果有明显改善。

（2）产甲烷率

通过厌氧消化将污水中的COD转变为甲烷进行回收利用，产生能量，是厌氧技术最重要的优点之一，由此AnMBR工艺的产甲烷率成为运行效果好坏的关键指标。甲烷产率受反应器构型、进水水质、运行条件等影响较大，不同的温度、水力停留时间（HRT）等条件下的甲烷产率和纯度差别较大。据不完全统计，环境温度为25～30℃条件下城市污水处理过程中，典型AnMBR工艺的甲烷量为0.1～0.6L/gCOD，纯度在50%～80%之间。

（3）影响因素

不同类型反应器处理城市污水时的典型工艺参数，包括污泥停留时间（SRT）、水力停留时间（HRT）、有机负荷以及温度。An-MBR均在长SRT下（>30天）运行，而不同类型的反应器运行的HRT范围差别较大。CSTR—MBR运行所需HRT较长（>10h）；UASB—MBR的HRT一般在10h左右；AFBR—MBR稳定运行的HRT最短，均不超过8h。

污泥负荷会随HRT的缩短而增加，可能会对AnMBR的COD去除率、产甲烷率和纯度有所影响。但也有研究结果表明，HRT的降低对出水COD影响不大，这很大程度归功于膜的截留作用。温度对厌氧生物降解过程影响较大，高温时（55℃）微生物活性较高，温度下降，微生物活性随之降低，水解速率下降，导致COD的去除率和产甲烷率均降低。

尤其当温度降至15℃以下时，甲烷在水中的溶解度升高，使得甲烷回收率急剧下降。但也有研究发现，长期低温运行可改变厌氧生物反应器内微生物群落结构，氢型产甲烷菌成为优势菌群，可实现稳定产甲烷。除温度和HRT之外，甲烷回收率还受进水COD与硫酸盐比值的严重影响。该比值为6.3gCOD/gS—SO4时，甲烷回收率为57.4%，而在没有硫酸盐存在的情况下，甲烷回收率可提高至83%（33℃）。因此，为提高产甲烷率，可从调节HRT和温度，降低进水硫酸盐等方面着手。

3.3AnMBR膜污染研究

（1）膜污染机理及影响因素

溶解性微生物产物SMP及其组成成分是有关MBR膜污染研究中最受关注的污染物之一，许多研究结果表明，污泥混合液上清液中的溶解性及胶体物质对膜污染阻力的贡献占到20%～90%。相比AeMBR，AnMBR的混合液理化性質有所差异，主要表现在厌氧污泥颗粒粒径较小，胶体和溶解性有机物浓度较高，导致膜过滤性相对较差。

长期运行结果显示，对于膜孔较小的超滤膜，主要的膜污染机理为泥饼层的形成，在AnMBR运行初期，渗透性下降速率较快；而对于孔径较大的微滤或超滤膜，更易发生膜孔阻塞，长期运行时膜污染更加严重。对于浸没式AnMBR，结合性胞外聚合物（EPS）、絮状污泥以及混合液中的无机物在膜表面泥饼层的形成过程中起主导作用。

通过对AnMBR膜表面泥饼层的深入解析，发现EPS组分中的中性疏水性物质更易在膜表面沉积，成为泥饼层的主要成分。对SMP和溶解性EPS的截留，尤其是对其中糖脂蛋白的截留，是造成AnMBR膜污染膜孔阻塞的主要原因。研究者将AeMBR和AnMBR在相似操作条件下运行，发现AnMBR混合液上清液中SMP的含量高达600mg/L，是AeMBR的5～6倍，且AnMBR混合液SMP组分中蛋白质和多糖的比例是AeMBR的2.3倍。

（2）膜污染控制手段

膜材料表面改性和膜组件优化。膜材料表面改性可改变膜表面的亲疏水性，达到降低膜污染潜势的目的，表面改性的主要手段包括等离子体处理（空气、O2、N2等）、表面涂层（表面活性剂吸附）、表面移植（如紫外光诱导移植技术）等。纳米材料用于膜表面改性技术引起广泛关注，比如将TiO2。

纳米颗粒加入以PVDF为基膜的膜表面，该膜对蛋白质有较好的抗污染性。膜组件构型的优化，有利于改善反应器的水动力学条件，减缓膜污染。采用双轴旋转浸没式AnMBR处理啤酒废水，利用膜的旋转，有效改变膜表面三相流特性，减少膜面污染物的沉积，减小泥饼层厚度，稳定运行时通量可达30L/（m2˙h），降低膜污染的同时降低能耗。

污泥混合液理化性质调控。

（1）运行条件的优化。AnMBR运行过程中污泥混合液理化性质主要受温度、HRT、SRT等运行条件的影响。研究表明，运行温度的变化严重影响厌氧微生物活性，引起混合液中EPS组成、溶解性有机物浓度以及颗粒粒径等的变化，从而影响膜污染潜势。高温条件下（55℃），混合液EPS产量降低，厌氧污泥不易聚集，颗粒粒径减小；而温度较低时（低于35℃），混合液中SMP浓度显著升高，影响膜过滤性。

AnMBR一般在长SRT和短HRT下运行，混合液中颗粒大小会随HRT的缩短而减小，EPS和SMP的浓度增加，膜污染速率加快；但延长HRT，产水量减少，运行成本增加。由于产甲烷厌氧微生物生长较慢，延长SRT可以提高甲烷产率，但是过长的SRT会使得SMP浓度增加，混合液颗粒粒径减小，更易发生膜污染。因此，选择合适的SRT和HRT，对同时提高反应器性能并较好控制膜污染至关重要。

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