厭氧膜生物反應器的發展和應用現狀

摘 要：厭氧膜生物反應器將厭氧工藝與膜過濾工藝有效地結合在一起，可以克服傳統厭氧工藝存在的缺點，具有污泥停留時間長，抗沖擊負荷能力強等特點，在工業廢水和生活污水處理領域應用十分廣泛。文章介紹了厭氧膜生物反應器的主要技術特點，并總結了該工藝在國內外的研究及應用現狀，為厭氧膜生物反應器工藝的發展提供一定的理論支持。

關鍵詞：厭氧膜生物反應器；技術特點；研究應用；現狀

1 厭氧膜生物反應器的主要特點

根據反應器需氧與否，將膜生物反應器（MBR）分為好氧MBR和厭氧MBR簡稱AnMBR。世界能源形式的日益嚴峻以及污水負荷的急劇增長等等都在要求我們找到一種能處理高負荷，能源消耗低，投資低，能夠回收能源，產生剩余污泥較少的新型處理工藝。在這樣的時代背景下，厭氧MBR應運而生。

相對于好氧技術，厭氧生物處理技術最大的特點是具有將污水中的有機物變廢為寶轉化為甲烷這種可回收利用的能源氣體這一優勢，同時已經發表的大部分研究表明厭氧生物處理技術的優點大于它的不足，厭氧生物處理技術具有產泥少、工藝相對穩定、基建費用較低、運行費用低廉、二次污染較少等生態、經濟、技術優勢，另外厭氧處理技術還可以處理季節性污水，降低廢水中氯化有機物毒性的同時厭氧MBR還被廣泛應用于高濃度有機廢水的處理，其對于常見有毒物質和工業污水的處理能力也被專家學者普遍認同。

在厭氧MBR中，傳統活性污泥中的沉淀池被膜過濾的膜組件所代替，由于膜組件具有過濾作用，因此，不但污染物可以被截留在反應器中，而且大分子的有機物也被截留下來，徹底實現污泥齡和HRT的分離，因此厭氧MBR中不存在活性污泥膨脹的問題，相比較好氧污泥膨脹這是一個明顯的優勢，同時因為厭氧MBR具有較高的有機物去除率，而且膜組件對微生物有很強的截留能力，所以對有毒化合物和物質具有較強的去除能力。由于厭氧MBR采用膜組件系統，水力狀態較好，不易堵塞，此外還有出水水質穩定，操作簡單，易于自動化管理等優點。厭氧MBR是將厭氧處理工藝和膜分離技術結合的產物，克服了單純的厭氧處理工藝的不足。以前影響MBR發展的主要限制因素是高昂的膜材料價格，但由于近年來膜材料技術迅猛發展，膜材料價格也迅速降低，同時性能也變得越來越好，可以實現膜組件的經濟更換，運行費用大大降低。所以在滿足達標要求下，MBR是一種經濟、環保、有效的處理技術。

2 厭氧膜生物反應器的發展及國內外研究現狀

近年來厭氧膜生物工藝越來越多地被應用到有機高濃度廢水處理中，其在國外已經成為諸如水環境研究基金會等基金、協會研究的重點課題之一，但是在我國，此項技術的研究才剛剛起步。

AnMBR這一工藝是于上世紀70年代首次被提出的，Grethlein等人最早在厭氧處理工藝中引入膜組件，他們利用外置的膜裝置處理桶來裝有機污水，意外的發現這一處理方法可以達到較好的出水有機物和硝酸鹽的處理效果，自此第一次引入了AnMBR概念。由于其相對好氧MBR的獨特優勢，自從誕生之日開始就受到了各國專家學者的普遍關注，圍繞AnMBR的研究也相當普遍。上世紀80年代，美國Dorr-Oliver開發出名為MARS的厭氧MBR處理工藝，此項技術應用于處理高濃度乳制品污水，處理效果良好。80年代日本聯合日本多家公司發起了水再生計劃，在日本此計劃推動了厭氧MBR在生活廢水和工業廢水的規模應用，由此推動了日本AnMBR的發展。在同時期的南非名為厭氧消化過濾（ADUF）的用來處理高濃度的有機工業廢水的一套厭氧處理系統建成投產。COD處理效果相當好，這些成功工程案例充分說明了厭氧處理技術和膜分離技術二者結合的價值，但是由于當時材料科學還不發達，膜組件價格相當昂貴，另外膜過濾技術也不成熟，所以AnMBR發展相對來說較為緩慢，工程實際案例很少，大部分還都處于實驗室研究，并且大多數都是采用外置式厭氧MBR。進入21世紀，隨著膜科學的迅猛發展，膜組件的價格也變得相對低廉，而且得益于好氧MBR的快速發展，AnMBR也步入快速發展階段，成為了國內外專家學者的重點研究對象。

MBR反應器應用最廣泛的國家是日本，占世界上總膜生物反應器的66%，其余34%主要分布在歐美地區，2005年，全球MBR市場規模接近2.17億美元，而且該規模以接近每年11%的速度迅速增長，發展速度遠超其他污水處理技術，上世紀90年代中期我國膜生物反應器才開始進入商業化運營，我國第一座市政污水項目MBR商業化項目是在2006年投產，目前世界范圍內有8家較大型的MBR生產廠家，大部分廠商是歐美和日本的，不過也包括我國的碧水源這家企業。在所有膜生物反應器中大約超過98%的反應器都是好氧MBR，僅僅有不到2%的反應器是厭氧的。目前，厭氧MBR主要應用于處理垃圾滲濾液和工業污水，很少應用于生活污水的處理。

3 厭氧膜生物反應器存在的問題及發展前景

厭氧MBR在水處理領域應用的過程中主要存在以下問題：

（1）去除有機物效率不完全，有待提高，也不能夠完全去除進水中的N、P等污染物；（2）前期反應器啟動所需時間太長；（3）容易引發膜污染；（4）由于要求完全厭氧，對反應器等處理構筑物密封要求很高，一般反應器不能夠達到完全密封，還可能因為臭氣的溢出造成二次污染；（5）反應器的能耗問題，這個問題主要針對外置式的，一體式的很少，這就需要額外的能量來進行反應器內液體的循環來改善膜污染情況；（6）理論和實際運行參數都相對缺乏。目前世界上運行的膜生物反應器絕大多數都是好氧的，只有少許一部分是厭氧的，這就造成了各種經驗參數的缺乏，此外實驗室規模的反應器的運行參數也比較缺乏，尤其是污泥負荷，HRT等方面的。

針對這些問題厭氧MBR的研究和發展方向會朝以下幾個方面來進行：

（1）加強厭氧MBR在高濃度有機污水領域的工程應用，并注意積累大量的工程運行經驗參數，積極探索各種經濟合理的操作條件；（2）注重實驗室研究，積累實驗室運行參數，特別加強對膜污染的各種積累的研究，完善膜污染理論，提出有效解決膜污染問題的辦法；（3）繼續加強膜技術和膜科學方面的研究，開發出性能更好，價格更低廉的膜組件，積極將最新的膜科學技術理論結合實際應用到我們的厭氧膜生物反應器污水處理實踐中，促進各種膜濾系統和高效厭氧MBR的有效結合，使得厭氧MBR得到更廣泛的應用；（4）加強對厭氧膜生物反應器結構的研究，使一體式反應器更多應用到生產實踐中，解決高能耗問題；（5）加強常溫下厭氧MBR污水處理技術的研究，降低能耗節能減排。

參考文獻

[1]白玲，藍偉光，萬金保.厭氧膜生物反應器在廢水處理中的研究進展[J].工業水處理，2007-09-20.