IC大同市高校厭氧反應器造紙污水處理

IC大同市高校厭氧反應器造紙污水處理

由于城市生活污水中的污染物濃度較低，較短的水力停留時間難以保證厭氧顆粒污泥的緩慢生長，加之單純的厭氧處理技術難以滿足處理出水達標排放，因此，*以來鮮有研究者將厭氧處理技術單獨應用于城鎮污水處理中。AnMBR作為厭氧處理技術和膜處理技術的結合，既可以保證處理出水達標排放，同時也可降低污泥的產量，成為一種可持續的污水生物處理技術。但近年來有關AnMBR在不同城鎮污水及其模擬廢水處理中的應用研究結果表明，經傳統AnMBR處理，大部分污水的COD大去除率>70%，由此可見，以傳統AnMBR處理技術來處理城鎮污水效果并不是很理想。因此，更多的研究偏向于將膜組件融合于新型厭氧處理技術中以達到對AnMBR技術進行優化和改良。厭氧折流板反應器作為第三代新型高效反應器具有諸多優勢，Shaowei Hu等將AnMBR與厭氧折流板反應器進行耦合應用于城市生活污水處理中，在進水COD為1600mg/L，NH4+-N為80mg/L的條件下，COD和NH4+-N去除率分別達到59.5%和83.5%。A.S.Kappell等將好氧硝化膜組件置于厭氧連續攪拌反應器中處理高濃度有機廢水，結果表明，COD去除率>90%，硝酸鹽氮去除率>95%。YuTao等將膜組件應用于厭氧SBR工藝中處理人工模擬廢水，使得厭氧氨氧化活性增加了19倍，顯示了膜反應器在處理低速增殖有機物上的優點。

膜污染的控制措施對于整個反應器的運行效果至關重要，研究者通過采用不同的措施來緩解膜污染。如：在AnMBR啟動過程中將其作為傳統厭氧反應器短暫操作運行，可減少進水中細微顆粒物在膜面的附著;又如：保持AnMBR膜組件錯流運行，可以減少顆粒物在其上面的沉積，但高剪切流速同樣會造成細顆粒物的流出，從而影響反應器的運行效果。在采用AnMBR技術處理高鹽含油廢水中，將超聲波清洗應用于膜污染控制過程得到了良好效果，此外，將氣體射流、活性炭添加、沸石-濾膜分析器等技術應用到試驗研究過程中也達到了良好的膜污染控制效果。

總體來說，減緩AnMBR膜結垢的方式主要有3種：(1)在高通量條件下短時間運行，然后采用強酸、強堿及氧化劑等進行反沖洗，清洗膜面附著物;(2)在“臨界通量”水平操作條件下，只進行間歇性反沖洗和清洗;(3)可以嘗試通過流體動力學條件來操作反應器，減少溶解性微生物產物(SMP)/膠體在反應器內的增量，從而減少膜結垢程度。

厭氧消化過程中微生物區系復雜、繁多，同一反應器在不同操作條件下，同一顆粒污泥在不同發育階段，微生物的生長增殖規律、環境適應性及生物活性都會影響其所占比例。厭氧消化過程正是由這些微生物所進行的一系列生物化學的耦合反應，由于厭氧反應器內部各區域生態位的差異，造成非產甲烷細菌、產甲烷細菌出現有規律的演替，通過各種群之間的相互利用、相互制約，構成一個穩定的生態系統，從而保證了生物代謝過程的正常進行。因此，AnMBRs是培養生長緩慢微生物的優秀系統。

AnMBRs內微生物種群的分布受濾餅層、反應器容積以及濾餅層深度的影響顯著。隨著濾餅層深度的增加，外濾餅層表面比內濾餅層表面會變得松散，易隨生物液流出導致膜堵塞。隨著濾餅層加厚及微生物種群的增加，膜結垢現象也逐漸增多。研究發現，附著于濾餅層上的主要細菌種群中隸屬于厚壁菌門的占到42.3%，α-變形菌占到30.8%，而古生菌主要是甲烷八疊球菌屬和甲烷螺旋菌屬。

(1)多種條件下AnMBR膜污染機理的研究。膜污染涉及多個方面，關于膜污染機理的研究一直是AnMBR研究的關鍵和核心。由于溶解性有機質(SMPs)是影響膜污染的關鍵物質，未來應重點針對其組成和反應器中多種參數對其產量的影響進行研究。另外，針對膜形態、孔徑組成、膜通量、厭氧微生物生態學以及操作運行參數對膜污染機理的影響研究也是未來研究的重點。

(2)不同膜材料和膜組件在AnMBR中的應用研究。膜材料和孔徑的改變，會對膜通量和出水水質產生重要影響，但大多數情況下AnMBR中膜污染通常會發生在表層膜結構上，因此對表層膜結構的改性和選擇實用新型原材料來構建更適合AnMBR的膜結構將成為研究熱點。同時，靠濾層生物量形成的非實體動態膜和繼發性膜的增殖狀況、細菌增殖條件、處理效率和運行機理也將是研究的重點。

(3)環境條件下AnMBR技術的應用研究。由于厭氧菌生長速率緩慢，厭氧過程操作溫度為35℃，溫度的變化會導致膜通量降低;另外，有研究表明產甲烷菌在低溫條件下產生的甲烷量會更多，但該過程中產生的甲烷氣體回收利用難度較大。培養能夠在嗜熱(>55℃)或嗜冷(<10℃)環境條件下生長的優勢厭氧菌種，同時針對環境條件的改變設計適合甲烷氣體收集的新型反應器來滿足實際研究和工程需要將是AnMBR技術一個新的研究方向。

(4)AnMBR反應動力學及數值模擬技術的研究。AnMBR反應器的研究與開發，目前仍停留在試驗和中試規模上，鮮有對AnMBR反應動力學進行研究。AnMBR中涉及的反應動力學主要有基質降解動力學、生化反應動力學、多相反應動力學、膜生長反應動力學、產氣動力學以及污泥增殖反應動力學等。反應動力學是研究AnMBR技術的重要理論基礎，加強反應動力學的研究將復雜生化過程和動力學過程轉換為數學方程，這對于數值模擬、模型的開發和優化有很好的促進作用。

(5)AnMBR與其他反應器耦合技術的研究。從目前的研究和實驗效果來看，單純的AnMBR技術在出水水質方面的處理效果并不很理想。將AnMBR與其他處理工藝相耦合，采用高效厭氧反應器來替代普通厭氧反應器，對膜反應器的構型進行創新設計，將會很大程度上改善AnMBR的出水水質。

(6)AnMBR技術在痕量有機物污染控制上的應用研究。以抗生素和醫藥產品的代謝產物為代表的痕量有機污染物是城鎮污水處理中的熱點和難點，研究通過AnMBR及其相關耦合技術處理該類廢水，通過污染物的去除過程模擬其遷移轉化規律并對其進行生態毒理學評價將是研究的熱點。