厭氧膜生物反應器處理高濃度有機污水的研究

【資料簡介】

1 介紹

近年來，高濃度有機廢水的處理處置引起了人們廣泛的關(guān)注，例如腸衣廢水、豬糞廢水、玉米乙醇生產(chǎn)廢水、奶酪廢水、屠宰場加工廢水、肉類加工廢水、棕櫚油加工廢水、羊毛洗滌廢水和奶制品廢水等。此類廢水中具有有機物濃度高、成分復雜、有毒有害等特點，如未經(jīng)處理直接排入水體將使水體遭受污染，對人類健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅。因此，對于高濃度有機廢水的處理是當今環(huán)境工程和環(huán)境科學領(lǐng)域研究的熱點。

目前，國內(nèi)高濃度有機廢水的研究多集中在厭氧生物處理。厭氧生物處理是厭氧微生物利用高濃度有機廢水中的有機質(zhì)作為自身營養(yǎng)物質(zhì)，在適宜的條件下(如合適的溫度、pH 等)，將其轉(zhuǎn)化為沼氣的過程。此過程不僅可以去除污水中的污染物，還可實現(xiàn)能源再生。傳統(tǒng)厭氧生物處理具有投資省、運營成本低、易于管理控制及剩余污泥產(chǎn)率少等特點。

但是由于高濃度有機廢水的復雜性，采用傳統(tǒng)厭氧消化技術(shù)在其能源轉(zhuǎn)化工程中遇到諸多問題，例如污泥上浮、污泥流失、VFAs 累積等，最終導致運行的失敗。AnMBR 是一種有機結(jié)合厭氧生物處理單元和膜分離技術(shù)的新型廢水處理工藝，其不僅保留了厭氧技術(shù)的諸多優(yōu)點，而且膜組件的引入可以將微生物*截留，從而實現(xiàn)了 SRT 和 HRT 的有效分離。也正因如此，厭氧膜生物反應器具備污泥濃度高、泥齡長、耐沖擊負荷能力強等優(yōu)點，其在高濃度和復雜有機廢水處理方面展現(xiàn)出很好的應用前景。

雖然 AnMBR 有上述的許多優(yōu)點，但是 AnMBR 在廢水資源回收方面仍然面臨著一些重大挑戰(zhàn)，這些問題主要集中在溫度，鹽度積聚，抑制物質(zhì)和膜污染。

2 厭氧膜生物反應器的基本原理和構(gòu)造

AnMBR 是一種將厭氧生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)相結(jié)合的工藝。AnMBR 具有以下優(yōu)點：可將有機廢棄物轉(zhuǎn)化成甲烷再次利用，產(chǎn)生較小的剩余污泥、占地面積小、基建費用低、二次污染少，過濾性能好，有效攔截污染物和大分子有機物[6]，對某些有毒物質(zhì)去除效果好，出水水質(zhì)理想。

根據(jù)厭氧處理的方式不同，AnMBR 也有不同的構(gòu)造。常見厭氧生物反應器包括上流式厭氧污泥床(UASB)，*混合式反應器(CSTR)和厭氧流化床生物反應器(AFBR)。在這些反應器中，CSTR 是 AnMBR zui常用的配置，其優(yōu)點在于構(gòu)造和操作較為方便。UASB 可以在生物反應器的底部區(qū)域保留生物質(zhì)，所以過膜的出水的懸浮固體濃度很低，減輕膜污染。同時，在 UASB 反應器中，可以通過氣/液/固分離器來收集產(chǎn)生的甲烷。AFBR 反應器則是通過填充如石英砂、活性炭、沸石這類細小的固體顆粒填料來凈化出水。

3 AnMBR 處理性能的影響因素

3.1 溫度

可以在高溫(50~60℃)或中溫(30~40℃)條件下運行。低溫(＜20℃)下的 AnMBR 會面臨諸多挑戰(zhàn)，包括膜污染的加劇，污染物去除速率的降低和在出水中甲烷溶解度的升高。

3.2 鹽度積累

高鹽含量被認為是嚴重抑制厭氧過程的因素之一。

3.3 抑制物質(zhì)

易受廢水中如游離氨和硫酸鹽等抑制物質(zhì)的影響。Chen指出，在厭氧消化的過程中，隨著生物降解反應的進行，廢水中的蛋白質(zhì)會產(chǎn)生大量的游離氨。游離氨的毒性在于它可以穿透微生物的細胞膜，從而導致細胞穩(wěn)態(tài)失衡，破壞質(zhì)子平衡。

3.4 膜污染

在污水處理過程中，無機或有機污染物會在膜孔、膜表面沉積，降低膜通量，增加跨膜壓差，因此需要及時化學清洗或更換濾膜。而鑒于膜材料成本昂貴，膜污染仍然是限制 AnMBR 廣泛應用的關(guān)鍵因素。Smith指出 AnMBR 中主要污染物包括可溶性微生物(SMP)、胞外聚合物(EPS)、膠狀固體、附著的細胞和無機沉淀物。

AnMBR 運行期間的膜污染主要取決于膜的性質(zhì)、操作條件(例如溫度，水通量，HRT 和 SRT)、流體動力學和污泥特性。

盡管目前已經(jīng)具有一些有效控制膜污染的方法，但是膜清潔這個環(huán)節(jié)仍然是bi不可少的。膜清潔包括物理法、化學法和生物法。物理法主要包括反沖洗，表面沖洗和超聲波處理?；瘜W法是指運用特定的試劑(酸、堿和氧化劑)來去除膜的不可逆污染。值得一提的是，化學法需要消耗化學試劑，會不可避免地帶來二次污染等問題。生物法是指采用酶制劑來清洗膜污染中的有機污染物，酶制劑沒有二次污染，而且對膜不產(chǎn)生損害，但是，其高額的價格成本制約了進一步的應用。