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厌氧膜生物反应器处理高浓度有机废水的研究[摘要]目前厌氧膜生物处理技术被认为是处理高浓度有机废水的研究热点之一它结合了厌氧生物处理与膜过滤系统从而具备运营成本低、易于管理控制及剩余污泥产率少等优点。但是也面临着诸如盐度积聚抑制物质和膜污染等挑战。本文综述了厌氧膜生物反应器的基本原理和构造以及相关的影响因素为高浓度有机废水的处理提供相关建议。[关键词]厌氧膜生物反应器(AnMBR)；废水处理；高浓度有机废水1介绍近几年以来高浓度有机废水的处理处置引起了人们广泛的关注例如肠衣废水、猪粪废水、玉米乙醇生产废水、奶酪废水、屠宰场加工废水、肉类加工废水、棕榈油加工废水、羊毛洗涤废水和奶制品废水等。此类废水中具备有机物浓度高、成分复杂、有毒有害等特点如未经过处理直接排入水体将使水体遭受污染对人类健康和生态环境构成严重威胁。因此对于高浓度有机废水的处理是当今环境工程和环境科学领域研究的热点。目前国内高浓度有机废水的研究多集中在厌氧生物处理。厌氧生物处理是厌氧微生物利用高浓度有机废水中的有机质作为自身营养物质在适宜的条件下(如合适的温度、pH等)将其转化为沼气的过程。此过程不仅可以去除污水中的污染物还可实现能源再生。传统厌氧生物处理具备投资省、运营成本低、易于管理控制及剩余污泥产率少等特点。但是由于高浓度有机废水的复杂性采用传统厌氧消化技术在其能源转化工程中遇到诸多问题例如污泥上浮、污泥流失、VFAs累积等最终导致运转的失败。AnMBR是一种有机结合厌氧生物处理单元和膜分离技术的新型废水处理工艺其不仅保留了厌氧技术的诸多优点而且膜组件的引入可以将微生物完全截留从而实现了SRT和HRT的有效分离。也正因如此厌氧膜生物反应器具备污泥浓度高、泥龄长、耐冲击负荷能力强等优点其在高浓度和复杂有机废水处理方面展现出很好的应用前景。虽然AnMBR有上述的许多优点但是AnMBR在废水资源回收方面仍然面临着一些重大挑战这些问题主要集中在温度盐度积聚抑制物质和膜污染。2厌氧膜生物反应器的基本原理和构造AnMBR是一种将厌氧生物处理技术与膜分离技术相结合的工艺。AnMBR具备以下优点：可将有机废弃物转化成甲烷再次利用产生较小的剩余污泥、占地面积小、基建费用低、二次污染少过滤性能好有效拦截污染物和大分子有机物[6]对某些有毒物质去除效果好出水水质理想。根据厌氧处理的方式不同AnMBR也有不同的构造。常见厌氧生物反应器包括上流式厌氧污泥床(UASB)完全混合式反应器(CSTR)和厌氧流化床生物反应器(AFBR)。在这些反应器中CSTR是AnMBR最常用的配置其优点在于构造和操作比较了进一步方便。UASB可以在生物反应器的底部区域保留生物质所以过膜的出水的悬浮固体浓度很低减轻膜污染。同时在UASB反应器中可以通过气/液/固分离器来收集产生的甲烷。AFBR反应器则是通过填充如石英砂、活性炭、沸石这类细小的固体颗粒填料来净化出水。3AnMBR处理性能的影响因素3.1温度AnMBR可以在高温(50~60℃)或中温(30~40℃)条件下运转。低温(<20℃)下的AnMBR会面临诸多挑战包括膜污染的加剧污染物去除速率的降低和在出水中甲烷溶解度的升高。Martinez-Sosa观察到当AnMBR内的温度从35℃降至20℃时反应器中总悬浮固体含量和可溶性COD的浓度也会随之增加这将会导致严重的膜污染并且会降低甲烷的产量。当温度降至20℃时出水中的甲烷的溶解度也在增加。此外水体的粘度也随着温度的降低而增加这就需要更多的能量来用于搅拌水体。3.2盐度积累高盐含量被认为是严重抑制厌氧过程的因素之一Dereli研究发现当AnMBR在处理来自海产品加工和奶酪生产的高盐废水时甲烷的产量和COD的去除率都会有明显的降低。Chen指出较高盐度会导致酶的活性受到抑制细胞活性会随之下降厌氧微生物会发生质壁分离的现象从而对厌氧消化过程产生负面影响。3.3抑制物质AnMBR易受废水中如游离氨和硫酸盐等抑制物质的影响。Chen指出在厌氧消化的过程当中随着生物降解反应的进行废水中的蛋白质会产生大量的游离氨。游离氨的毒性在于它可以穿透微生物的细胞膜从而导致细胞稳态失衡破坏质子平衡。Meabe研究发现较高的温度和pH值会释放更多游离氨来加剧这种抑制反应。高硫酸盐浓度也会抑制AnMBR的性能。这是由于硫酸盐还原菌与产甲烷菌之间对于碳的竞争所导致的。此外硫酸盐还原菌会产生硫化氢硫化氢可以很容易地穿透微生物的细胞膜并使细胞质内的天然蛋白质变性从而在多肽链之间产生硫化物和二硫化物。Meabe研究发现通过增加有机物的浓度可以减轻游离氨和硫酸盐对AnMBR的抑制。Tian报道可以通过在AnMBR中延长的SRT的方法使得微生物充分适应