據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，2020年我國整體的餐廚垃圾產(chǎn)生總量達到12775萬t。從化學成分來看，餐廚垃圾主要由淀粉、纖維素、脂類、粗蛋白質、有機酸、無機鹽以及一些Ca、Mg、Fe、K等微量元素組成。餐廚垃圾經(jīng)過分離破碎、高溫蒸煮、油提取和固液分離后，形成高油、高鹽、高氮及高有機物的餐廚廢水，是餐廚垃圾處理的難點。根據(jù)文獻報道，餐廚廢水化學需氧量(chemical oxygen demand，COD)、氨氮和總氮質量濃度可分別達到100000、300和2000mg·L−1。這使餐廚廢水成為水質富營養(yǎng)化的重要污染源頭，如處置不當，會引發(fā)一系列環(huán)境衛(wèi)生、食品安全和人體健康問題。目前，處理餐廚廢水主要采用的處理方法為全混式厭氧消化(continuous stirred tank reactor,CSTR)+好氧生物處理，然而由于餐廚廢水的復雜性，CSTR在其處理工程中遇到污泥上浮或流失、泥水分離困難、微生物流失嚴重、產(chǎn)甲烷能力受抑制等諸多問題，從而導致?lián)]發(fā)性脂肪酸累積、處理負荷下降、處理效率降低等問題。此外，厭氧出水在后續(xù)好氧生化處理過程中，由于碳氮比失調需要投加大量的碳源，厭氧出水帶泥也給好氧生化帶來巨大的壓力。因此，探索新型高效的餐廚廢水處理方法迫在眉睫。
近年來厭氧膜生物反應器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)逐漸引起人們廣泛關注。AnMBR是一種將厭氧生物處理單元和膜分離技術有機結合的新型廢水處理工藝，既保留了厭氧技術的諸多優(yōu)點，膜組件的引入又可以完全截留微生物，實現(xiàn)污泥停留時間(sludgere tention time,SRT)和水力停留時間(hydraulic retention time,HRT)的有效分離，又利于厭氧菌的富集，提高系統(tǒng)的生物降解效率。在我們以往的研究中發(fā)現(xiàn)AnMBR的出水具有低COD和低COD/N的特征，在不額外投加碳源情況下，傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝難以實現(xiàn)高效脫氮，而部分亞硝化/厭氧氨氧化是基于兩種自養(yǎng)菌(氨氧化菌和厭氧氨氧化菌)的新型污水脫氮工藝，適于處理低COD、低COD/N的厭氧工藝出水，可節(jié)約至少60%的曝氣量，且具有自養(yǎng)脫氮過程無需外加碳源、剩余污泥量少等優(yōu)勢。然而厭氧氨氧化菌生長緩慢、生存溫度范圍窄、難以富集等因素造成該過程對反應條件十分敏感，特別是高濃度有機物存在的情況下，會嚴重影響甚至抑制厭氧氨氧化菌的活性。因此，在AnMBR處理餐廚廢水的工藝中既要保證運行負荷，又要提高處理效率，降低出水COD，從而減少其對厭氧氨氧化菌的抑制。CHENG等開展了中空纖維型厭氧膜生物反應器和全混合厭氧反應器處理配制的低油脂餐廚廢水的小試研究，指出厭氧膜生物反應器在有機負荷為9.72kg·(m3·d)−1時生物氣產(chǎn)量和有機物的去除效率均處于較高的水平并且優(yōu)于全混合厭氧反應器。曹琦等研究了中溫條件下外置式厭氧膜生物反應器處理模擬餐廚廢水的效能，結果表明，有機負荷為15kg·(m3·d)−1時，各物質去除效果、產(chǎn)氣效果以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性均處于最佳狀態(tài)：出水COD保持在1000mg·L−1以下，COD去除率達到90%以上，日平均產(chǎn)氣量為177L·d−1。由此可見，AnMBR工藝在處理餐廚廢水方面具有較好的可行性，且其出水水質適用于部分亞硝化/厭氧氨氧化工藝。
然而，當前大多數(shù)學者僅針對AnMBR處理模擬餐廚廢水的運行效果進行了實驗室規(guī)模的小試研究，關于其在實際高濃度餐廚廢水處理的研究和工程應用則較少。為此，本研究通過構建中試規(guī)模AnMBR，處理張家港市某餐廚垃圾處理廠餐廚廢水，重點研究了緩慢階段提負荷下AnMBR的厭氧消化性能、厭氧穩(wěn)定性能、污泥性質以及膜性能的變化，分析了其內在的相互關系及可能原因，以期為工業(yè)化應用提供參考。
1、材料與方法
1.1、實驗裝置
本實驗裝置為中試規(guī)模的厭氧膜生物反應器(AnMBR)，其結構及流程如圖1所示。該系統(tǒng)主要由兩部分組成：厭氧反應單元和膜單元。厭氧反應單元包括進水裝置、主體厭氧罐、溫控系統(tǒng)及在線監(jiān)測系統(tǒng)等。進水裝置是采用蠕動泵來實現(xiàn)均勻進水。主體厭氧罐有效工作容積為40L，通過自動加熱裝置、自動冷卻裝置及溫度控制系統(tǒng)將厭氧罐溫度維持在(39±1)℃。膜單元主要由膜組件和循環(huán)泵組成，該膜組件采用外置管式超濾膜，膜材質為聚偏氟乙烯PVDF(MEMOS，德國)，總膜面積為0.08m2，截留分子質量為100kDa。循環(huán)泵的功率為1.1kW，流量為2m3·h−1。
1.2、接種污泥
本研究中厭氧膜生物反應器的接種污泥取自張家港市某餐廚垃圾處理廠內處理餐廚廢水的厭氧絮狀污泥，其本身對餐廚廢水有較好的適應能力。接種污泥的MLSS為10.11g·L−1，MLVSS/MLSS為0.85，接種量為40L。
1.3、餐廚廢水水質
本實驗中所用餐廚廢水為張家港市某餐廚垃圾處理工廠內餐廚垃圾經(jīng)過高溫蒸煮、三相分離工藝后得到的餐廚廢水，其具體性質如下：COD為(121470±12930)mg·L−1，NH4+-N為(325±45)mg·L−1，pH為3.6±0.3，電導率為(10.9±2.3)ms·cm−1，脂肪為(5.9±0.3)g·L−1。該餐廚廢水含有高濃度有機質及懸浮固體，MLSS為19.32g·L−1，為漿狀。
1.4、實驗設計
如表1所示，AnMBR分為3個運行階段：第Ⅰ階段(0~10d，污泥馴化階段)，保持低負荷(1.5kg·(m3·d)−1)運行，每天監(jiān)測出水水質和產(chǎn)氣變化，體系正常產(chǎn)氣、出水水質良好標志著污泥馴化的初步完成。第Ⅱ階段(11~100d，容積負荷(VLR)提升階段)，每天排泥0.4L以控制SRT=100d，緩慢階段提高容積負荷，反應器在進水負荷3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、10.5和12.0kg·(m3·d)−1下各運行了10d，隨后為了保證出水水質良好，最終穩(wěn)定在12.0kg·(m3·d)−1的負荷下持續(xù)運行，考察容積負荷提升過程中反應器運行性能變化。第Ⅲ階段(100~120d，污泥停留時間(SRT)縮短階段)，保持容積負荷為12.0kg·(m3·d)−1，每日排泥由0.4L增加到1L以控制SRT=40d，考察運行性能和膜污染減緩情況。
1.5、分析方法
COD、氨氮、VFAs、堿度(alkalinity,ALK)、MLSS和MLVSS測定根據(jù)《國家水和廢水監(jiān)測分析方法》。其中COD采用重鉻酸鉀法測定，用硫酸汞掩蔽Cl−；氨氮采用納氏試劑法進行測定；VFAs采用總量比色法測定；ALK采用電位滴定法測定，以CaCO3計；MLSS、MLVSS采用105℃烘箱烘干法和600℃馬弗爐灼燒法測定。pH采用玻璃電極法測定；沼氣產(chǎn)量采用濕式氣體流量計測定；甲烷含量采用便攜紅外沼氣分析儀(Gasboard-3200Plus，湖北銳意自控系統(tǒng)有限公司制)測定。
2、結果與討論
2.1、AnMBR厭氧消化性能分析
1)容積負荷與沼氣產(chǎn)量、甲烷產(chǎn)率變化情況。
本研究所使用的餐廚廢水中有機質濃度很高，COD高達100g·L−1，通過厭氧消化可以將其中有機質轉化成CH4，從而實現(xiàn)能源的高效回收，具有重要的經(jīng)濟價值。為此，監(jiān)測了AnMBR在不同運行階段下的產(chǎn)氣變化情況，結果如圖2所示。第Ⅰ階段為污泥馴化階段，采取低負荷啟動方式，控制進水量保持反應器的容積負荷穩(wěn)定在1.5kg·(m3·d)−1。該階段沼氣產(chǎn)量平均在30L·d−1，甲烷含量由47%逐漸升高到56%，甲烷產(chǎn)率在10d內由227mL·g−1(以COD計)升高至267mL·g−1，完成了快速啟動。分析其原因可能為，膜的截留作用使污泥完全截留在體系內，無限長的SRT有利于產(chǎn)甲烷菌的生長和富集，因此，在較短時間內可以實現(xiàn)反應器的快速啟動。此外，理論上在標準狀態(tài)下還原1gCOD產(chǎn)生0.35L甲烷，然而第Ⅰ階段甲烷產(chǎn)率并未達到理論值，可能為該階段反應器處于初步啟動過程，產(chǎn)甲烷菌并未完全激活，因此甲烷產(chǎn)率低于標態(tài)下的350mL·g−1。
隨后進入第Ⅱ階段(10~100d)，此階段控制SRT=100d，緩慢階段提高負荷，容積負荷由3.0kg·(m3·d)−1逐步提升至12.0kg·(m3·d)−1，提升梯度為1.5kg·(m3·d)−1，并在每一容積負荷情況下各運行10d。隨著容積負荷由3.0kg·(m3·d)−1提升至12.0kg·(m3·d)−1，平均沼氣產(chǎn)量由63L·d−1逐步提高至270L·d−1，甲烷產(chǎn)率也逐漸由283mL·g−1升高并穩(wěn)定至335mL·g−1左右，接近理論甲烷產(chǎn)率350mL·g−1。期間除了60~65d(容積負荷為10.5kg·(m3·d)−1)時反應器沼氣產(chǎn)量因受負荷沖擊影響而沒有呈現(xiàn)增加趨勢、甲烷產(chǎn)率出現(xiàn)過短暫輕微下降隨后迅速恢復以外，其余時間反應器的沼氣產(chǎn)量和甲烷產(chǎn)率均未受到影響，系統(tǒng)的產(chǎn)氣效果良好，說明在負荷提升過程中，產(chǎn)甲烷菌活性并沒有顯著受到負荷提升的影響，相反的其在負荷提升過程中得到激活，產(chǎn)甲烷性能得到提升。膜的截留使得反應器內微生物量得到快速提升，不斷提升的負荷也為微生物提供了營養(yǎng)物質，激發(fā)了微生物活性。
隨著反應器不斷運行，污泥濃度逐漸升高，導致膜通量衰減嚴重，因此第Ⅲ階段加大排泥量嘗試緩解膜污染，排泥由0.4L增加到1L以控制SRT=40d，并保持容積負荷12.0kg·(m3·d)−1運行20d。在此期間沼氣產(chǎn)量和甲烷產(chǎn)率相較于第Ⅱ階段末期無明顯變化，所對應的平均值分別為271L·d−1和335mL·g−1。可以看出加大排泥量盡管會導致污泥濃度降低，但沼氣產(chǎn)量和甲烷產(chǎn)率均沒有受到影響，表明其微生物活性在排泥之后有所提升。分析原因可能為加大排泥量使更多的毒性物質隨之外排，提高了體系內微生物活性。根據(jù)閆林濤等的研究，排泥過程中體系內累積的無機物、難降解有機物也隨之被排出反應器外，降低了有毒有害物質對微生物的影響，從而有利于產(chǎn)甲烷活性提升。
2)COD去除效果。
圖3反映了AnMBR在不同運行階段下的進出水COD及去除率的變化情況。由圖3可以看出在整個運行過程中AnMBR的進水COD波動較小，為108800~140000mg·L−1。第Ⅰ階段控制容積負荷為1.5kg·(m3·d)−1，由于接種污泥取自現(xiàn)場處理餐廚廢水的厭氧反應器內，活性較高，對原水有較好的適應性，且膜對懸浮物質和大分子有機物有截留作用，因此，處理效果較好，出水COD穩(wěn)定在700~1000mg·L−1，去除率達到99.0%。
隨后進入第Ⅱ階段，當容積負荷由3.0kg·(m3·d)−1逐漸升到7.5kg·(m3·d)−1，出水COD穩(wěn)定在700~1000mg·L−1；當容積負荷由9.0kg·(m3·d)−1升高至10.5kg·(m3·d)−1，出水COD略有升高，由1000mg·L−1升高至1700mg·L−1左右，可能是由于進水水量的變化引起容積負荷增加形成了沖擊負荷，導致出水COD有所升高。然而繼續(xù)提升容積負荷至12.0kg·(m3·d)−1，反應器內污泥通過不斷運行馴化，最終出水COD穩(wěn)定在1000~1400mg·L−1，整個階段COD去除率＞98.5%。由此可見，沖擊負荷對AnMBR運行產(chǎn)生影響后能在較短時間內恢復，表明AnMBR具有較強的耐沖擊性和良好的COD去除效率。白玲采用AnMBR處理啤酒廢水，實驗過程中有2次的容積負荷大幅度提高，分別由8.0kg·(m3·d)−1提升至15.0kg·(m3·d)−1和由10.0kg·(m3·d)−1提升至17.5kg·(m3·d)−1，但COD去除率一直穩(wěn)定在92%以上，且均在負荷提升12d后就上升至95%，也展現(xiàn)出了AnMBR優(yōu)秀的抗沖擊負荷能力。
當反應器運行到第100天時，發(fā)現(xiàn)污泥濃度不斷升高，膜污染加劇，因此，在第Ⅲ階段加大排泥，每日排泥1L控制SRT=40d。該階段出水COD無明顯變化，穩(wěn)定在850~1400mg·L−1。這說明雖然加大了排泥量，更多生物量被排出，但其代謝活性沒有降低，COD去除率仍在98.9%以上，進一步驗證了AnMBR具有良好的穩(wěn)定性和高效的處理率。相關研究表明，排泥可以通過排出體系內的部分無機物質和難降解有機物，從而有效改善微生物活性，提高厭氧消化能力。此外根據(jù)TANG等的研究，非致毒性的有機物僅在高濃度下會影響厭氧氨氧化菌的活性，在低濃度下有機物可能會對厭氧氨氧化菌有一定的益處。因此，該厭氧膜出水低COD和高氨氮的特性使其具有通過部分亞硝化/厭氧氨氧化工藝進行深度脫氮的潛力。
3)物料平衡分析。
圖4反映了AnMBR運行結束時(第120天，容積負荷為12.0kg·(m3·d)−1)進出料COD之間的物料平衡。在長期連續(xù)厭氧消化過程中，進料的TCOD轉化為甲烷的COD、膜出水COD以及隨污泥排放的COD，其中轉化為甲烷的COD達到94.6%(甲烷產(chǎn)量/每天的進水總COD)，膜出水與排泥所占COD分別為總進料的0.6%和4.8%。由此可見，AnMBR發(fā)酵系統(tǒng)中大部分有機物轉化為了甲烷，表明其具有良好的消化效率。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因可能是由于膜的截留作用，反應器內能維持較高的微生物量，利于產(chǎn)甲烷菌生長，從而提高了有機質降解效率。因此，基于物料平衡可知，AnMBR在處理高濃度餐廚廢水過程中具有高效的甲烷轉化率和良好的有機物去除效果。
2.2、AnMBR厭氧穩(wěn)定性能分析
1)pH、VFA和ALK。pH、揮發(fā)性脂肪酸(volatilefattyacid,VFA)和堿度(alkalinity,ALK)是衡量厭氧消化系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標。根據(jù)LIU等的報道，當有機負荷較高時，厭氧消化過程極易酸化，從而抑制有機物的去除效率。因此通過對這些指標的跟蹤監(jiān)測，能夠及時了解AnMBR的運行狀況，從而做出相應的反饋和調控，保證反應器的正常運行。
圖5反映了AnMBR在3個階段下的pH、VFA、ALK的變化。在整個實驗階段，AnMBR體系內VFA質量濃度均低于300mg·L−1，ALK由6000mg·L−1左右逐漸升至9000mg·L−1左右并穩(wěn)定在9000~10000mg·L−1，VFA/ALK的值低于0.04。有研究表明，VFA/ALK的值可以用來判斷厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其安全范圍為VFA/ALK<0.4，在此范圍內系統(tǒng)酸化風險低；而當VFA/ALK在0.4~1.0時，厭氧體系產(chǎn)甲烷過程受到影響，導致系統(tǒng)失穩(wěn)，存在酸化甚至崩潰的風險。在3個階段中，高ALK使得體系內VFA/ALK的值始終低于0.04，遠遠小于失穩(wěn)值0.4。這說明盡管餐廚廢水中有機質濃度很高，但是AnMBR較強的抗沖擊負荷能力依然可以保證發(fā)酵體系的穩(wěn)定運行。此外，雖然原水pH在3.3~3.9，且不經(jīng)調節(jié)直接進入反應器，然而在AnMBR穩(wěn)定運行過程中，厭氧系統(tǒng)的pH基本可以維持在7.83±0.36，表明AnMBR系統(tǒng)中的高生物量能夠迅速將原水中自然酸化產(chǎn)生的VFA轉化成甲烷，從而有效避免了反應器酸化的可能性。白玲等在采用浸沒式厭氧膜生物反應器處理啤酒廢水時VFA/ALK的值低于0.25；亓金鵬等在采用厭氧膜生物反應器處理高鹽榨菜廢水的研究中pH保持在7.1以上，VFA/ALK的值始終低于0.15；姚軍強等在采用浸沒式厭氧膜生物反應器處理垃圾滲濾液時pH保持在7.95左右，VFA/ALK的值低于0.02。以上研究均未出現(xiàn)酸化的現(xiàn)象，這也充分證明了AnMBR具有良好的穩(wěn)定性和抗沖擊負荷能力。
2)氨氮質量濃度變化。
高濃度有機廢水中含有一定量的蛋白質、氨基酸等有機氮源，一部分有機氮在厭氧消化過程中用于合成細胞物質，而絕大部分則被生物降解為氨氮。張存勝研究表明，發(fā)酵液中一定量的氨氮可以中和VFA的酸性，有助于維持厭氧消化穩(wěn)定性能，但過高的氨氮會對微生物產(chǎn)生毒害作用，尤其是產(chǎn)甲烷菌，從而抑制厭氧消化效率。有鑒于此，本實驗對出水氨氮進行了跟蹤測定，結果如圖6所示。整個厭氧消化過程的進水氨氮質量濃度在280~370mg·L−1。出水氨氮在第Ⅰ階段(1~10d)為860mg·L−1左右，無明顯變化；但是在第Ⅱ階段(11~100d)，氨氮隨著容積負荷增加而穩(wěn)步增加，最終在12.0kg·(m3·d)−1的容積負荷下穩(wěn)定在2650mg·L−1左右；在第Ⅲ階段(101~120d)，氨氮穩(wěn)定在2680mg·L−1左右，無明顯增加。結合本文2.1.2節(jié)中的COD降解效率分析，可以認為該廢水中的有機氮在厭氧消化過程中得到了充分轉化。
PROCHAZKA等研究發(fā)現(xiàn)氨氮質量濃度為50~200mg·L−1時利于厭氧消化；200~1000mg·L−1時沒有明顯拮抗作用；在1500~3000mg·L−1會受到抑制，尤其在高pH厭氧體系；超過3000mg·L−1，厭氧消化過程在任何pH條件下微生物均會受到不同程度的抑制。LI等報道，當氨氮質量濃度為2500mg·L−1時，甲烷產(chǎn)率從83%降至28%。然而在本研究中，盡管AnMBR內氨氮質量濃度高達2600mg·L−1以上，但是有機物的去除和沼氣生產(chǎn)強度依然保持在較高水平，其承受的容積負荷仍能達到12.0kg·(m3·d)−1，甲烷產(chǎn)率穩(wěn)定在330mL·g−1左右，COD去除率＞98.5%，VFAs/ALK小于0.04。由此可見，AnMBR不僅對外界環(huán)境變化有著較好的緩沖能力，而且對消化體系的內源性抑制因素也有著良好的耐受能力。
2.3、污泥性質變化分析
MLVSS/MLSS的值可表征厭氧活性污泥分解有機物的能力，即污泥活性，正常范圍為0.4~0.85，過高則污泥絮凝性較差、易漂浮流失，過低則活性太低、體系厭氧消化性能下降。由于餐廚廢水中含有一定量的懸浮性固體，伴隨著每天的連續(xù)進水，部分固體有機成分被迅速水解和降解，未降解的懸浮物性固體易造成反應器內MLSS和MLVSS的累積；此外，污泥生物量的緩慢增殖和累積以及膜對污泥的截留作用也均會引起MLSS和MLVSS質量濃度的變化，因此，對反應器啟動和運行過程中MLSS和MLVSS質量濃度進行了跟蹤測定。
MLSS、MLVSS以及MLVSS/MLSS比值的變化情況如圖7所示。在第Ⅰ階段，由于進水負荷較低，反應器內MLSS和MLVSS增加緩慢，其質量濃度分別由10.11g·L−1和8.69g·L−1升高至11.56g·L−1和9.68g·L−1；MLVSS/MLSS較高，在0.85左右。從第Ⅱ階段開始，盡管排泥400mL控制SRT=100d，但是由于微生物的快速生長和富集，MLSS和MLVSS仍保持逐漸增長趨勢，其質量濃度分別由13.39g·L−1和9.44g·L−1升高至45.59g·L−1和33.28g·L−1，其平均增長速率分別為0.366g·(L·d)−1和0.271g·(L·d)−1。MLVSS緩慢增加可能是由于原水中的有機懸浮固體物質得到有效降解沒有發(fā)生顯著積累，而MLSS較MLVSS升高較快可能是由于膜對無機物的截留導致其在反應器內發(fā)生累積。MLVSS的緩慢增加和MLSS的快速增加導致了MLVSS/MLSS較第Ⅰ階段有所下降，穩(wěn)定在0.70左右。
由于在第Ⅱ階段MLSS和MLVSS的累積增加了膜過濾阻力，從而降低了膜通量。為了緩解MLSS和MLVSS的增加，減輕膜過濾阻力，在第Ⅲ階段加大排泥，排泥1L控制SRT=40d。運行一段時間后發(fā)現(xiàn)MLSS和MLVSSS呈降低趨勢，分別穩(wěn)定在45.27g·L−1和32.82g·L−1左右，進一步證明加大排泥量有利于緩解污泥濃度地增加。POLLICE等研究也表明縮短SRT可以有效控制反應系統(tǒng)中的污泥濃度。然而MLVSS/MLSS較第Ⅱ階段末期有所上升，穩(wěn)定在約0.725，說明加大排泥可以減緩無機物累積。綜上可知，AnMBR在處理高濃度、高有機物的餐廚廢水時，需要定期排泥防止無機物累積及有機質降解不完全，以維持厭氧穩(wěn)定性。
2.4、膜性能變化分析
膜的運行性能是評價厭氧膜生物反應器運行效能的重要參數(shù)。圖8反映了AnMBR運行期間膜通量變化情況。據(jù)楊磊報道，混合液中的污泥直接與膜表面接觸，其濃度大小代表了混合液中的微生物、代謝產(chǎn)物的多少，所以污泥濃度是影響膜污染最直接的因素之一。在運行初期階段(第Ⅰ階段，1~10d)，反應器內污泥濃度較低，為10.11g·L−1，因此，初始通量較高，為33.74L·(m2·h)−1。隨著反應器的運行，MLSS由10.11g·L−1逐漸升高至11.56g·L−1，膜過濾阻力增加，膜通量不斷下降，第10天降至28.66L·(m2·h)−1，平均下降速率為0.51L·(m2·h·d)−1。隨后第11天(第Ⅱ階段)開始排泥0.4L控制SRT=100d，隨著反應器運行，膜通量稍有改善，提升至29.38L·(m2·h)−1，且下降速率減緩，第11~21天平均下降速率為0.29L·(m2·h·d)−1，說明排泥有利于緩解膜污染。第22~39天，隨著MLSS升高膜通量下降速率逐漸增大；然而第40天膜通量下降速率顯著增大，甚至達到1L·(m2·h·d)−1，可能是由于排泥量較少，MLSS仍以較快速率增長，由18g·L−1迅速升高至25g·L−1，從而導致膜污染變嚴重。研究發(fā)現(xiàn)反應器長期連續(xù)運行會導致污泥中的微粒、膠體粒子或溶質大分子在膜表面和膜孔內吸附聚集，并且反應器中污泥濃度的快速增加會導致膜污染迅速發(fā)生，與本研究現(xiàn)象相同。由圖8可以看出，前3次膜清洗后平均膜通量下降速率持續(xù)增加，由0.53L·(m2·h·d)−1增加到0.78L·(m2·h·d)−1，因此，在第4次膜清洗(第Ⅲ階段，101d)后通過加大排泥量嘗試緩解膜通量衰減速率，每日排泥增加至1L。第101~120天MLSS呈降低趨勢，由45.59g·L−1降低至45.27g·L−1，平均膜通量下降速率顯著降低，由0.78L·(m2·h·d)−1降低到0.42L·(m2·h·d)−1，說明排泥有利于改善污泥性質，緩解膜污染。其原因可能是體系內污泥濃度下降并且某些引起膜污染的特征性物質(如絲狀菌等)被排出了系統(tǒng)，從而減緩了膜污染。
本研究為了保證足夠的進水負荷，當膜組件的通量低于10.00L·(m2·h)−1時進行在線膜清洗，清洗方式為30min清水+60min0.5%NaClO溶液+10min清水+60min0.5%鹽酸溶液+30min清水。由圖8可見，AnMBR的膜組件在120d內共清洗了4次，第44、68、87和101天清洗后的膜通量分別恢復到27.23、23.59、20.18和16.66L·(m2·h)−1，平均膜通量下降速率分別為0.53、0.69、0.75、0.78和0.42L·(m2·h·d)−1。由此可見，每次清洗后膜的初始通量均有所下降，且清洗周期顯著變短，膜通量下降速率也逐漸增大。這說明不可逆污染加強。每次清洗后的5d內膜通量均會迅速下降，可能是酸堿清洗只對膜起到了一個即時清洗效果，而反應器內微生物的生長和富集使膜面有機污染物迅速累積，導致膜污染加劇，造成了膜過濾阻力的增加，引起膜通量明顯下降。第Ⅲ階段平均膜通量下降速率的降低說明排泥可以有效緩減膜污染，因此，在AnMBR處理高濃度餐廚廢水時需要及時排泥，從而提高膜過濾性能。
3、結論
1)中試規(guī)模AnMBR對餐廚廢水表現(xiàn)出良好的處理性能，在最大容積負荷為12.0kg·(m3·d)−1時，COD去除率和甲烷產(chǎn)率分別達到98.5%和330mL·g−1以上，且AnMBR出水低COD、低COD/N的特性使其具備通過部分亞硝化/厭氧氨氧化工藝進行深度脫氮的潛力。
2)AnMBR具有良好的厭氧穩(wěn)定性能，在整個運行過程VFA/ALK保持在0.04以下，且對氨氮有良好的耐受能力。
3)增大排泥量可以有效減緩AnMBR內無機物的累積，改善微生物活性和污泥性質，從而緩解膜污染，降低膜污染速率。（來源：江南大學環(huán)境與土木工程學院，無錫馬盛環(huán)境能源科技有限公司）
