近些年，污水處理技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展，污水的能源回收可以保障污水質(zhì)量。厭氧生物技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)污水凈化，還可以產(chǎn)生大量高熱值沼氣能源，在污水處理方面得到了廣泛的應(yīng)用。但是在現(xiàn)階段，諸如甲烷產(chǎn)率低，反應(yīng)器操作不穩(wěn)定以及難以滿足出水水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題，需要進(jìn)一步進(jìn)行解決并完善。
1、厭氧膜生物反應(yīng)器的工藝操作效果及影響因素
1.1 厭氧膜生物反應(yīng)器的典型工藝
通過(guò)分離厭氧反應(yīng)器和膜形成厭氧膜生物反應(yīng)器。有四種常用的厭氧反應(yīng)器：分別是完全混合的厭氧反應(yīng)器，厭氧流化床、上流式厭氧污泥床和厭氧污泥膨脹床反應(yīng)器。完全混合厭氧反應(yīng)器與膜生物反應(yīng)器結(jié)合，操作較為簡(jiǎn)單，成本低，使用廣泛，但有著較差的出水質(zhì)量，造成的膜污染會(huì)比較嚴(yán)重。相比之下，完全混合厭氧反應(yīng)器與膜生物反應(yīng)器結(jié)合、上流式厭氧污泥床與膜生物反應(yīng)器結(jié)合這兩種形式，具有污泥顆粒較大，膜污染較少等特點(diǎn)，有機(jī)工業(yè)廢水濃度高，處理應(yīng)用程序的潛力很大。厭氧污泥膨脹床反應(yīng)器與膜生物反應(yīng)器結(jié)合，以及厭氧流化床與膜生物反應(yīng)器結(jié)合，這兩種形式由于添加載體而具有較低的懸浮污泥濃度，并且上清液中溶解的微生物產(chǎn)物含量低于完全混合的厭氧氧反應(yīng)器與膜生物反應(yīng)器結(jié)合形式，有著較低程度的膜污染。然而，由于載體膨脹所需的大量能量消耗，在設(shè)計(jì)反應(yīng)器時(shí)選擇載體的類型和顆粒的尺寸對(duì)膜污染和操作成本具有重大影響
1.2 去除污染物
由于膜的保留，與常規(guī)厭氧過(guò)程相比，厭氧膜生物反應(yīng)器在去除有機(jī)污染物以及固體懸浮固體方面具有很大的改進(jìn)。不同厭氧膜生物反應(yīng)器工藝，在對(duì)某些低濃度合成或者是高濃度有機(jī)廢水與城市實(shí)際廢水進(jìn)行處理的操作條件和操作效果。當(dāng)厭氧膜生物反應(yīng)器對(duì)濃度低的城市污水進(jìn)行處理時(shí)，有機(jī)負(fù)荷范圍為0.3～5.0kg氧氣需求/(m3•d)，需求氧氣的平均去除率約為80%，高達(dá)95%，固體懸浮物的去除率會(huì)有99%。當(dāng)厭氧膜生物反應(yīng)器對(duì)濃度高的有機(jī)廢水進(jìn)行處理時(shí)，一般有機(jī)負(fù)荷高于5.0kg氧氣需求/(m3•d)，穩(wěn)定運(yùn)行期間反應(yīng)器的氧氣去除率為80%～90%，最高達(dá)99%。高效的厭氧膜生物反應(yīng)器在去除城市污水中的大多數(shù)痕量有機(jī)污染物，有著比較好的效果，如藥物，個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品以及內(nèi)分泌干擾物。Dutta、Monsalvo等人應(yīng)用兩級(jí)厭氧流化床結(jié)合膜生物反應(yīng)器與上流式厭氧污泥床結(jié)合膜生物反應(yīng)器對(duì)城市污水進(jìn)行處理，一些微量有機(jī)物達(dá)到90%以上的去除率，該機(jī)制包括厭氧生物降解，生物載體或者是顆粒污泥的吸附，以及膜保留。但是，厭氧膜生物反應(yīng)器處理城市廢水中氮與磷的效果有限，需要通過(guò)后續(xù)工藝進(jìn)一步去除或再循環(huán)。
1.3 影響因素
用于城市廢水處理的類型不同反應(yīng)器的典型工藝參數(shù)，其中有污泥停留時(shí)間、有機(jī)負(fù)載、水力停留時(shí)間和溫度。厭氧膜生物反應(yīng)器在污泥停留時(shí)間長(zhǎng)的條件下操作(大于30d)，而類型不同的反應(yīng)器水力停留時(shí)間范圍不同。全混合厭氧反應(yīng)器結(jié)合膜生物反應(yīng)器運(yùn)行需要較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間較長(zhǎng)(大于10h)；上流式厭氧污泥覆蓋結(jié)合膜生物反應(yīng)器在水力停留時(shí)間通常是10h左右;厭氧流化床結(jié)合膜生物反應(yīng)器具有最短的水力停留時(shí)間，可穩(wěn)定運(yùn)行，不超過(guò)8h。隨著水力停留時(shí)間的減少，污泥負(fù)荷將增加，這可能影響氧氣需求去除率，甲烷產(chǎn)率以及厭氧膜生物反應(yīng)器的純度。然而，一些研究表明，水力停留時(shí)間的減少對(duì)流出物的需氧量幾乎沒(méi)有影響，這主要是因?yàn)槟さ谋Ａ?。在厭氧生物的降解過(guò)程中溫度會(huì)對(duì)其造成很大影響。在高溫下，微生物有較高活性，溫度降低，微生物就會(huì)隨之降低活性，水解速率也會(huì)因此降低，就會(huì)降低需氧量去除率以及甲烷產(chǎn)率。特別是當(dāng)溫度降到15℃以下時(shí)，甲烷在水中的溶解度增加，導(dǎo)致甲烷回收率下降。然而，一些研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期低溫操作能夠改變厭氧生物反應(yīng)器中的微生物結(jié)構(gòu)，主導(dǎo)細(xì)菌是氫型產(chǎn)甲烷菌，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的甲烷產(chǎn)生。不只考慮水力停留時(shí)間和溫度，甲烷回收率也受到進(jìn)水需氧量和硫酸鹽比率的影響。為了將甲烷產(chǎn)率提高，可以對(duì)溫度和水力停留時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而減少進(jìn)水硫酸鹽。
2、厭氧膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用前景
在近幾年，很多研究證明了厭氧膜生物反應(yīng)器工藝，在城市處理污水中的應(yīng)用具有經(jīng)濟(jì)性和可操作性。但是城市污水中的氮磷營(yíng)養(yǎng)素未被有效去除，這就是厭氧膜生物反應(yīng)器的在城市污水處理中應(yīng)用的嚴(yán)重障礙。在這樣的情況下，研究人員嘗試將其他技術(shù)結(jié)合厭氧膜生物反應(yīng)器，以達(dá)到去除和回收氮、磷的目的：
(1)結(jié)合厭氧氨氧化技術(shù)。
厭氧氨氧化技術(shù)把NO2-N當(dāng)做電子受體，將污水中的氨氮氧直接化成氮?dú)?。在低溫條件下，氨氮(大于80%)與總氮去除率(大于75%)更高，應(yīng)用在污水脫氮方面有良好的潛力。
(2)結(jié)合光合自養(yǎng)技術(shù)。
厭氧膜生物反應(yīng)器的出水含有很多氮和磷營(yíng)養(yǎng)物，能夠成為光合生長(zhǎng)微藻的基質(zhì)，生物固氮因此實(shí)現(xiàn)，微藻也能作為能源再循環(huán)利用。
(3)結(jié)合生物電化學(xué)系統(tǒng)。
對(duì)氧氣需求進(jìn)行去除時(shí)，通過(guò)生物電化學(xué)方法以無(wú)機(jī)沉淀的形式回收污水中的氮和磷，能夠用作農(nóng)業(yè)肥料，去除氨氮效率會(huì)有83.4%。去除磷的效率約為52.4%。
3、結(jié)論
厭氧膜生物反應(yīng)器近年來(lái)因能耗低，殘留污泥少，能量回收率高，出水水質(zhì)好而備受關(guān)注。然而，對(duì)操作條件，微生物結(jié)構(gòu)，膜污染處理和厭氧膜生物反應(yīng)器過(guò)程間相互作用的研究并不完善。但在現(xiàn)階段這一技術(shù)已經(jīng)受到了廣泛關(guān)注，加強(qiáng)研究和應(yīng)用，這一技術(shù)會(huì)有非常良好的應(yīng)用前景和研究空間。( >
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