摘要：綜述了厭氧膜生物反應(yīng)器中的微生物種群與分布特點(diǎn)、厭氧膜生物反應(yīng)器在污水處理中的應(yīng)用情況， 討論了影響厭氧膜生物反應(yīng)器性能的主要參數(shù)、膜的污染預(yù)防與控制等，最后探討和展望了厭氧膜生物反應(yīng)器的 應(yīng)用前景，并指出了該領(lǐng)域今后的研究方向。

關(guān)鍵詞：厭氧；膜生物反應(yīng)器；生物種群；膜污染；污泥減量化

厭氧膜生物反應(yīng)器（AnMBR）是厭氧處理技術(shù) 和膜技術(shù)有效結(jié)合的污水處理工藝。單純采用厭氧 處理時(shí)其出水水質(zhì)較差，而膜的引入可以代替其后 續(xù)處理單元，通過膜截留作用，能顯著改善反應(yīng)器 固液分離效果，使反應(yīng)器中微生物濃度維持在較高 水平，較好地彌補(bǔ)了厭氧處理容積負(fù)荷低的缺點(diǎn)。 另外，AnMBR由于可以維持較長的污泥停留時(shí)間， 因此污泥產(chǎn)量低，甲烷轉(zhuǎn)化率高，出水水質(zhì)好。近年來隨著膜組件成本的下降和膜性能的不斷提高， 國外對(duì)AnMBR的研究日趨活躍，而國內(nèi)的研究則 剛剛起步。

1 AnMBR中的微生物

系統(tǒng)內(nèi)微生物種群數(shù)量是決定厭氧工藝處理能 力的主要因素之一。除了廢水組成、操作條件外， 反應(yīng)器類型也影響產(chǎn)甲烷菌種群數(shù)量。在厭氧反應(yīng) 器中主要存在兩類產(chǎn)甲烷菌：甲烷八疊球菌和甲烷絲狀菌屬。

1．1 AnMBR中的微生物種群

膜在厭氧反應(yīng)器中的應(yīng)用不但可以增加微生物 的數(shù)量，還可以改變優(yōu)勢(shì)種群。Ince O等［1］研究 AnMBR中微生物種群的變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，從城市污水 的消化池中接種污泥，其最具優(yōu)勢(shì)的群落為甲烷球 菌屬，其次分別為甲烷八疊球菌、短桿菌、中桿 菌、絲狀菌以及長桿菌。而在AnMBR中發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢(shì) 種群出現(xiàn)了變化，相應(yīng)的順序?yàn)椋褐袟U菌、短桿 菌、甲烷八疊球菌、長桿菌以及絲狀菌。運(yùn)行14 周后，產(chǎn)甲烷菌和非產(chǎn)甲烷菌都相應(yīng)增加了50% 和20%，同時(shí)具有活性產(chǎn)甲烷菌急劇增加。自體熒 光產(chǎn)甲烷菌與細(xì)菌總量的比值在6．7%到8．3%之 間變化，具有生物活性的產(chǎn)甲烷菌增加了近20倍。

1．2 AnMBR中微生物濃度

由于膜的截留作用，可以維持反應(yīng)器中高濃度 的微生物量，從而提高反應(yīng)器的容積負(fù)荷。在 AnMBR運(yùn)行的前期，由于微生物的積累，污泥增 長速率很快，MLVSS的質(zhì)量濃度可達(dá)到數(shù)十g／L。 同時(shí)膜對(duì)微生物濃度分布也有影響，Choo K H等［2］ 發(fā)現(xiàn)，在0．5 m／s的流速、0．1 MPa的壓力下，經(jīng) 過20 d的運(yùn)行，反應(yīng)器內(nèi)MLVSS的質(zhì)量濃度從 2 410 mg／L降低到920 mg／L，而膜表面附著的微 生物的質(zhì)量濃度增加到20 700 mg／L，系統(tǒng)中約有 16%的微生物轉(zhuǎn)移到了膜表面。

2 AnMBR的應(yīng)用

AnMBR的研究基本與膜生物反應(yīng)器發(fā)展同步， 1972年Shelf等開始了厭氧膜生物反應(yīng)器的研究工作，隨著對(duì)AnMBR研究的不斷深入，其應(yīng)用范圍 也不斷擴(kuò)大。

2．1 AnMBR在城市污水處理中的應(yīng)用

國內(nèi)較早研究AnMBR在城市生活污水處理中 的應(yīng)用的是清華大學(xué)，在1999年，采用AnMBR 處理城市污水，在溫度為12℃，水力停留時(shí)間為 4 h，出水的BOD5和TSS的質(zhì)量濃度都小于30 mg／L。國外的研究同樣表明，應(yīng)用AnMBR處理城 市污水，出水的水質(zhì)較好。

2．2 AnMBR在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

工業(yè)廢水水質(zhì)差異很大，不像生活污水那樣具 有較多的共同特點(diǎn)，因此，AnMBR在處理工業(yè)廢 水具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)。南非Membratek公司在20世紀(jì) 80年代研究了AnMBR用于高濃度工業(yè)廢水，特別 是食品和釀造業(yè)的廢水處理。90年代初，美國在 俄亥俄州建造了一套用于處理某汽車制造廠的工業(yè) 廢水的AnMBR系統(tǒng)，處理規(guī)模為151 m3／d，COD 去除率達(dá)94%，絕大部分的油與油脂均被降解［3］。

2．3 AnMBR在脫氮中的運(yùn)用

Ewa W等［4］采用AnMBR用于地下水脫氮，反 應(yīng)器采用固定床與膜組合，其中膜為毛細(xì)管纖維 膜，水力停留時(shí)間0．2 h時(shí)，反應(yīng)器的脫氮效率可 以達(dá)到10．2 kg［NO 3 － ］／（m·3d），處理后的出水NO 3 － 的質(zhì)量濃度不超過44 mg／L。使用的毛細(xì)管膜去除 水中的懸浮細(xì)菌，出水細(xì)菌濃度可以控制在幾個(gè)細(xì) 菌每毫升，過濾后的水可以進(jìn)一步處理后用于工業(yè) 或飲用水等。

Bioscan A／S公司開發(fā)了處理農(nóng)業(yè)泥漿的 Biorek工藝。該工藝包括Aduf、氨氮去除以及反 滲透單元。反滲透單元可將脫氨氮后的出水處理到 飲用水程度［5］。Aduf工藝以豬糞為基質(zhì)，HRT為6 d的情況下，COD去除率高于90%。Aduf工藝的 無菌出水含有較多溶解性營養(yǎng)物，汽提除氨裝置可 去除95%以上的溶解性氨氮，使其與CO 2 形成碳 酸氫銨肥料，同時(shí)可防止反滲透膜上結(jié)垢。

3.生物反應(yīng)器的主要參數(shù)

操作參數(shù)不僅對(duì)膜的結(jié)垢影響很大，還與 AnMBR的性能如膜通量、COD去除率、出水水質(zhì) 等有很大的關(guān)系。參數(shù)的選擇會(huì)嚴(yán)重影響到 AnMBR的整體效能的發(fā)揮。

3．1有機(jī)負(fù)荷

AnMBR的優(yōu)勢(shì)之一就是適宜處理高濃度有機(jī) 廢水。如果系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，則揮發(fā)性脂肪酸也會(huì)保 持在一定范圍，一般把揮發(fā)性脂肪酸作為有機(jī)負(fù)荷 的指示物。對(duì)不同的有機(jī)廢水，有機(jī)負(fù)荷相差很 大。從AnMBR處理各種廢水的效果（見表1）可以 看出AnMBR優(yōu)良的性能，COD的去除率一般均超 過90%，而有機(jī)負(fù)荷可以超過40 kg／（m3·d），甚至 近70 kg／（m·3d）。

3．2溫度

要達(dá)到較好的處理效果，AnMBR的操作溫度 通常需較高。溫度較高時(shí)，可以降低溶解性微生物 代謝產(chǎn)物（SMP）濃度（粘度也降低），使膜通量也提 高。在一定的溫度范圍與壓力條件下，溫度每升高 1℃，膜通量增加1%～2%；然而最近有研究發(fā) 現(xiàn)，在常溫或低溫條件下，AnMBR也能夠取得較好的處理效果和較大的膜通量［11-12］。

4.膜系統(tǒng)主要參數(shù)

4．1膜材質(zhì)

目前AnMBR使用的膜最好的是親水性陰離子 有機(jī)膜，膜的孔徑在0．1μm左右，膜材質(zhì)從早期 的聚砜（PS）、聚丙烯睛（PAN）等超濾膜的使用發(fā)展 到以聚烯烴（PE和PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）為主 的微濾膜。日本膜專家通過長期的研究和實(shí)踐認(rèn)為 用于成分復(fù)雜的污水處理聚偏氟乙烯和聚烯烴有 其優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化性和耐污染性，是最 有前途的膜材料［13］。AnMBR中使用的膜組件有平板膜、管式膜和中空纖維膜，發(fā)展到目前以中空纖 維膜為主。

4．2膜通量、壓力和膜面流速

由于AnMBR本身的特點(diǎn)，目前都采用分置式 AnMBR和錯(cuò)流過濾的方式，壓力和膜面流速是很 重要的參數(shù)，因此對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行了很多研究。 Beaubien A等［14］考察AnMBR的最佳操作條件時(shí)發(fā) 現(xiàn)，壓力與通量之間的關(guān)系明顯出現(xiàn)兩個(gè)截然不同 的區(qū)域，即高壓區(qū)和低壓區(qū)，在低壓區(qū)，透過流速 主要與膜間壓力有關(guān)；在高壓區(qū)，水力條件則成為 控制因素。在低壓力區(qū)膜的滲透性和高壓區(qū)的臨界 通量的影響因素主要是微生物的濃度。在比較高的 錯(cuò)流流速下（大于3 m／s），并沒有觀察到膜通量的 下降。臨界通量的確定對(duì)于控制膜結(jié)垢相當(dāng)重要， 操作壓力高于臨界通量時(shí)結(jié)垢嚴(yán)重。在膜過濾器中 設(shè)置折流板，可以減輕結(jié)垢，大幅提高膜通量［15］。

5 AnMBR膜結(jié)垢的影響因素

AnMBR在使用過程中，會(huì)出現(xiàn)濃差極化和膜 污染，這兩種情況都是不利于膜分離過程的因素， 都將使膜的滲透流率下降，導(dǎo)致操作過程無法長時(shí) 間地穩(wěn)定運(yùn)行，這直接制約著膜分離過程的應(yīng)用。 其中，膜的材料、污泥的組成等影響很大。

5．1膜材料

關(guān)于膜材料的影響，主要研究其對(duì)膜通量和 膜結(jié)垢的影響。Choo K H等［16］對(duì)AnMBR的研究 中得出通量的變化與所用膜的類型無關(guān)，但是對(duì)于 不同材質(zhì)的膜，粘附和孔堵塞引起的污染程度有很 大的差別。Kang I J等［17］比較了有機(jī)和無機(jī)膜在厭 氧反應(yīng)器中的結(jié)垢特性發(fā)現(xiàn)，對(duì)于無機(jī)膜，鳥糞石 （MgNH4PO4·6H2O）在膜孔中形成是膜通量下降的主要影響因素；然而，對(duì)于有機(jī)膜，微生物和鳥糞 石共同沉積在膜表面形成較厚的垢層影響膜通量。

5．2污泥組成

污泥組成也會(huì)對(duì)膜結(jié)垢產(chǎn)生顯著影響，而不同 廢水其結(jié)垢的機(jī)理也有差別。Choo K H等［16］發(fā)現(xiàn) 消化液上層清液中少量微小膠體是引起結(jié)垢的主要 原因，同時(shí)在消化液組成一定時(shí)存在一個(gè)最優(yōu)的膜 孔徑（0．1μm），此時(shí)微濾膜結(jié)垢最輕。由于微生物 的活動(dòng)會(huì)在污水中產(chǎn)生NH 4 ＋和PO 4 3－ ，如果污水中 Mg2＋的濃度較高時(shí)，就會(huì)在膜表面形成無機(jī)沉降物 鳥糞石，而鳥糞石的形成遵循溶度積的關(guān)系［3］。在 很多情況下，鳥糞石和微生物沉積在一起形成很硬 的垢層，嚴(yán)重影響了膜通量。污泥的顆粒尺寸對(duì)膜 通量也有很大的影響，厭氧污泥顆粒變小會(huì)形成更 多的污垢，引起膜通量呈數(shù)量級(jí)下降［17］。

5．3其它原因

膜的結(jié)垢主要是由于微生物引起的結(jié)垢，而操 作方式如錯(cuò)流過濾流速、操作壓力同樣會(huì)影響結(jié)垢 的程度。泵的高剪切力會(huì)使細(xì)菌從反應(yīng)器中向膜表 面聚集，這也會(huì)引起膜的結(jié)垢。

5．4結(jié)垢的預(yù)防及清洗

目前結(jié)垢的預(yù)防研究主要集中在選擇操作方 式、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)以及改變污泥組成。操作條件方面 主要為采用錯(cuò)流過濾并選擇恰當(dāng)?shù)牧魉僖约皦毫Α?適當(dāng)改變AnMBR的形式，如Lee S M等［18］在膜處 理前設(shè)置孔徑為63μm的預(yù)過濾器，對(duì)于減輕膜 的結(jié)垢、長時(shí)間運(yùn)行有很好的效果。通過改變污泥 組成也可減輕結(jié)垢，Izzet O等［19］在處理含高氨氮 （ρ（NH4＋）＝2 240 mg／L）垃圾滲濾液時(shí)，按m（Mg2＋）∶ m（NH4＋）∶m（PO43－）＝1∶1∶1投加鎂鹽和磷酸鹽， 控制pH值在9．2時(shí)，反應(yīng)后形成MgNH 4 PO4沉淀 而除去氨氮，去除率可達(dá)85%。

膜的清洗方法通�？煞譃槲锢矸椒ê突瘜W(xué)方 法。物理方法一般是指用高流速水進(jìn)行沖洗，或?qū)?膜組件提升至水面上用噴嘴噴水沖洗，用海綿球機(jī) 械擦洗和反洗（尤其適用于單皮層中空纖維膜）等。 它們的特點(diǎn)是簡單易行，費(fèi)用低。近來新發(fā)展的抽 吸清洗方法具有不添加新設(shè)備、清洗效果好的優(yōu) 點(diǎn)，受到人們青睞。另外，電場過濾、脈沖清洗、 脈沖電解清洗及電滲透反洗研究也十分活躍，具有 很好效果。

化學(xué)清洗通常是使用化學(xué)清洗劑，如稀酸、稀 堿、酶、表面活性劑、絡(luò)合劑和氧化劑等。它們的 作用主要是通過化學(xué)反應(yīng)破壞膜面的凝膠層和膜孔 內(nèi)的有機(jī)物，溶出結(jié)合在有機(jī)大分子中的金屬離 子。Lee S M等［18］采用一定濃度堿和酸，先后進(jìn)行 堿洗和酸洗，膜通量可以恢復(fù)到新膜的89%。

6 AnMBR的發(fā)展與建議

AnMBR目前還未廣泛應(yīng)用，除了成本過高外， 在技術(shù)上仍有些問題需要解決。

6．1膜的污染

膜的污染或結(jié)垢會(huì)造成膜通量迅速下降，導(dǎo)致 處理能力和能耗升高。建議：①開發(fā)能夠耐污染 的膜；②采用預(yù)處理如污水在進(jìn)入膜之前進(jìn)行預(yù) 過濾，降低污水的污染度；③針對(duì)具體的AnMBR 工藝開發(fā)出特效清洗工藝。

6．2溫度控制

目前AnMBR的運(yùn)行溫度相對(duì)較高（30～55 ℃），如果要在我國使用該技術(shù)，則需要外加能量 維持溫度。要進(jìn)一步研究常溫或低溫處理技術(shù)，擴(kuò) 大使用范圍，同時(shí)以降低能耗。

7.結(jié)語

目前國內(nèi)對(duì)AnMBR處理污水的研究才剛剛起步，而它在污水（尤其是高濃度污水）處理中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，隨著膜制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的下降，只要解決好膜的結(jié)垢問題，AnMBR將會(huì)在厭氧生物法中占有一席之地。因此，針對(duì)不同的污水，我們應(yīng)該研究反應(yīng)器類型、操作條件以及污水組成對(duì)處理效果、結(jié)垢的影響，為AnMBR在污水中的實(shí)際應(yīng)用積累有用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與降解規(guī)律。來源：谷騰水網(wǎng)

參考文獻(xiàn)：略 作者: 俞慧玲