华南理工高浓度有机废水处理（有机废水处理研究新进展）

原标题：

厌氧膜生物反应器处理有机废水研究进展

摘 要：

高浓度及工业企业难降解有机废水直接排放水体会严重危害环境安全和人类健康。 结合膜生物反应器的使用，出现了将厌氧工艺和膜分离工艺结合在一起的新型废水处理技术 ——厌氧膜生物反应器(AnMBR)，具有高效处理高浓度及工业有机废水能力。针对 AnMBR 高效处理有机废水相关问题，研究了影响反应器降解有机物效率的因素和反应器能量回收与 利用的情况，并对膜污染问题进行了讨论，展望了 AnMBR 绿色生物处理技术的发展前景。结 果表明，在生物降解过程中的胞外多聚物及一些可溶性微生物产物抵抗了对微生物的抑制作 用，通过对膜材料的改性、调节混合液的性质以及采用动力学调控的方法可减缓膜污染。 AnMBR 可以有效地处理有机废水，但仍然面临着技术上和经济上的巨大挑战。将 AnMBR 与其 他工艺结合处理一般生物处理法难以处理的人工合成的化学物质可产生可以回收利用的能 源，提高 AnMBR 商业化的可行性；这为以后 AnMBR 的广泛应用提供了新思路。

关键词：

有机废水；厌氧膜生物反应器；厌氧工艺；膜污染；能量回收；影响因素；水环境 保护；水污染治理

作者简介：

陶冉（1997-），女，硕士研究生，主要从事污废水处理及其资源化方向研究。E-mail:942530525@qq.com;

贾学斌 （1971-），男，副教授，硕士研究生导师，博士，主要从事污废水处理及其资源化方向研究。E-mail:jxb511@163.com;

基金：

黑龙江省自然科学基金联合引导项目（LH2019E074);

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0 引言

高浓度及工业企业有机废水具有种类繁多、化学需氧量(Chemical oxygen demand, COD)值高、色度重、成分复杂、难降 解、酸碱性强等特点 。排入水体之后，可造成水中溶解氧减少，影响鱼类和其他水生生物的生长，破坏水环境生态，危害环境 和人类安全。这类废水通常采用传统生物法进行处理时，很难达到排放标准和环境水体要求 ，因此，选择合适的方法处理有机 废水，使其水质达到规定的排放标准是十分有必要的 。高浓度及工业企业有机废水来源包括养殖、屠宰、肉类加工及焦化厂废 水、造纸厂废水、制药厂废水、印染厂废水 。有机废水的分类如表1所列。

表1 有机废水的分类

厌氧生物处理技术在处理高浓度及上述工业企业有机废水时，比单纯利用好氧生物处理技术相比更具有抵抗冲击负荷、剩余污泥产量少、节约运行成本、降低能源 消耗、回收可利用沼气能源等优势 。

膜生物反应器(Membrane Bioreactor, MBR)是将污水生物处理工艺和膜组件相结合的一种污水处理工艺，它同时具有两种生物处理工艺和膜处理工艺的特点。MB R占地面积小、出水水质质量高，是处理有机废水的新型工艺 。MBR最早是由GRETHLEIN等 将一个外置式膜组件引入到城镇污水处理系统处理城镇 生活污水有机废水，厌氧膜生物反应器(Anaerobic Membrane Bioreactor, AnMBR)是一种将厌氧发酵工艺与膜分离工艺相结合的污水处理工艺，是由Shelf最早进行 研究的 。此后，由于膜工艺理论与技术以及膜材料技术的限制，MBR理论及技术的研究推广在一定时期内相对处于停滞状态。

进入到20世纪90年代后期，随着膜材料技术飞跃发展，以及AnMBR工艺和理论技术取得了长足的进步，加之AnMBR工艺不需要曝气，且产生剩余污泥较少，且 能够产生甲烷，具有好氧MBR不具有的优点，以及AnMBR可以处理好氧MBR难处理难降解的有机废水，膜组件使用寿命相比好氧MBR更长一些，很多专家学者有重 新把目光重新关注到AnMBR的研究推广上。KANAI M 等在研究处理食品垃圾废水过程中，AnMBR的体积可以减小为传统的厌氧发酵槽体积的1/5~1/3，并且可以 产生生物能支持可持续发展。LIN等 在关于AnMBR的应用、膜污染问题及未来展望中指出，AnMBR在高浓度有机废水的处理方面应用前景非常好，但是大规模推 广还需要有很多问题需要讨论研究。

由于膜污染问题阻碍了AnMBR大规模推广应用。研究学者对膜污染的相关问题进行了大量研究，通过对膜组件改性、调整反应器组合方式、调整反应器运行参 数、与其他工艺结合等来控制或缓解膜污染，AnMBR工艺又可以大力研究和推广使用了 。

表2 国内外采用AnMBR处理有机废水处理现状

1 AnMBR性能

1.1 有机废水的处理

近些年，国内外学者分别对易降解有机废水、难降解有机废水和有毒有害型有机废水的处理分别进行了研究。国内外采用AnMBR处理3种不同类型的有机废水处理 如表2所列。AnMBR具备污泥浓度高、泥龄长、耐冲击负荷能力强等优点，在处理高浓度废水、低能耗运行方面具有好氧MBR无法替代的优势，已经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。AnMBR中的膜组件有三种组合形式，即外部错流式、内部浸没式、外部浸没式 ，如图1所示。

图1 膜组件有三种组合形式

1.2 影响AnMBR反应器去除有机物效率的因素

1.2.1 温度

温度是影响AnMBR去除有机物效能的重要因素。AnMBR可以在高温(50~60℃)或中温(30~40℃)条件下运行 。如果AnMBR在低温条件下运行，生物量增长放 缓并且需要更长的固体停留时间(Solid Retention Time, SRT)来稳定系统 。AnMBR启动可以在适宜条件下相对较快地实现 。大多研究者都更倾向于研究具有普 适性的中温条件下的AnMBR反应器运行。王浩宇 等在利用一体式AnMBR处理生活污水试验中发现，AnMBR在35℃条件下的COD平均去除率是90%，在25℃条件 下的COD的平均去除率为77.1%。李玥 处理模拟苯并噻唑废水时，观察到35℃、25℃和15℃条件下，出水COD的去除率分别为89.9±1.1%、88.6±1.5%和69.3±2. 9mg/L，认为出现这种现象的原因是：厌氧污泥中的微生物对温度感知比较敏感，温度降低导致酶活性降低，影响了基质的扩散速率，导致反应器对COD的去除率明 显降低；当将温度从35℃调整至25℃时，COD去除率也比较稳定这是因为厌氧污泥自身具有一定的抵抗温度的能力。Ferrari等 通过研究中温条件下的微生物群落 结构和活性如果AnMBR中的温度由低温状态一旦恢复到23℃和35℃会增加中温菌群的活性，中温菌群在整个反应过程中占主导地位。JAEHO 等 在保持其他条件 不变的情况下，将AnMBR分别在25℃和15℃下运行，COD去除率分别为95%和85%，这说明了温度降低对AnMBR的去除效率有较大的影响。曾庆鹏等 分别在温 度为(14℃~27℃)和(30℃~32℃)下的试验研究，发现由于温度升高可以增强厌氧微生物的活性，COD去除率从75%增加到88.4%。

对比上述数据，可以明显的看到，温度是影响 AnMBR运行的重要因素，因此，温度降低导致酶活性降低，导致反应器对COD的去除率明显降低，在23℃~35℃条 件下，中温菌群在整个反应过程中占主导地位。因此，在合适的温度范围下，适当提高温度，可以提高AnMBR反应器内的微生物活性，提高反应速率。

1.2.2水力停留时间

水力停留时间(Hydraulic Retention Time, HRT)是指污水与MBR内厌氧微生物作用的平均反应时间。HRT的长短对AnMBR的处理效率是有一定的影响。BERKES SA等 在厌氧条件下，使用AnMBR反应器去除MLSS浓度为22.00g/L的、MLVSS浓度为13.00 g/L的合成的高浓度有机废水(葡萄糖(30.96g)，乙酸钠(19.23g)，氯 化铵(4.30g)，磷酸氢二钾(1.60g)，酵母提取物(1.00g)，其试验结果表明，HRT为47d，反应器稳定运行时COD去除率> 98％，两个反应器的平均渗透通量分别达到5 8.70L/(m ·h)和54.00 L/(m ·h)，这是由于HRT增加，生物膜上的异养细菌氯氟沙星被还原，从而导致膜通量增加，说明长HRT对增加膜通量是有利的。朱凯 处理 高浓度啤酒人工合成废水(第一阶段COD含量为1000mg/L,第二阶段COD含量为1500~4000mg/L)，观察到当HRT时间高于18h时改变HRT对AnMBR的影响不大，CO D的去除率增幅不大且相对稳定；当HRT小于18h时候，AnMBR对COD的去除率大幅减小，这是由于HRT若小于响应面的中心点，反应器有可能会出现挥发性脂肪酸 (Volatility Fat Acid, VFA)的累积进而不断影响AnMBR内的菌群活性降低导致反应器处理效率下降。WANDERA等 使用浸没式平板厌氧膜生物反应器处理生活污水 时，观察了HRT与跨膜压差(Transmembrane Pressure,TMP)剖面图，从图中发现当HRT从20d到10d时，TMP从-3.91升至-5.8 L/（m ·h），斜率相对水平，此时可 以看出膜污染最小。EVANS等 处理筛选后的生活污水，COD有机负荷为1.3~1.4 kg ·m ·d 观察到粒状活性碳(Granular activated carbon, GAC)流态化AnMB R的HRT比气体喷射AnMBR短65%，AnMBR中悬浮固体和胶体有机物的浓度更高。BURMAN等 根据以往对饲料废水的研究发现在整个试验期间，反应器的总HRT 保持在2d不变。除取样目的外，在整个操作期间未抽出污泥样品。由于该HRT对COD的去除率较高(89~90%)，可以将HRT优化为2d。

基于AnMBR运行泥水分离的运行特点，也有学者对长时间保持SRT运行及跨膜压差的状态进行了研究。污泥停留时间（Sludge Retention Time, SRT）指曝气池 微生物细胞的平均停留时间，表示为悬浮固体物质从反应器前后被排出的时间间隔，又称为污泥龄 。SRT对维持微生物功能群的平衡，维持群落活性，提高固体废 物向液相释放有机物的效率起着重要作用 。GIMÉNEZ等 利用AnMBR处理生活污水，HRT变化范围为6h~20h，SRT为70d, 稳定运行期间COD的平均去除率为 87%，出水COD平均浓度为77mg/L。王浩宇 使用一体式AnMBR处理生活污水则观察到当HRT在0.25d~3d之间，当HRT大于1d时，AnMBR内的微生物菌群大部分 已经发挥了最高的处理能力，增大HRT不会大幅度提高AnMBR对COD的去除率反而会增大能源消耗，保持AnMBR的SRT在300d，整个运行期间AnMBR并未出现酸 现象。ADEM等 将AnMBR和AeMBR在SRT为无限、60d、30d的条件下研究了AnMBR处理纺织废水的性能的影响，AnMBR的HRT控制在2.1±0.13d，AeMBR的H RT控制在1.55~1.0d, 发现由于生物质浓度的降低，SRT降低使短时间内平均COD去除率从86%下降至65%。

因此，从上述数据，可知长的HRT和SRT对AnMBR反应器的整体是有利的，而且甚至在HRT超过最适HRT一定程度时，AnMBR反应器依旧正常运行只是能耗增 加，并且少有出现产酸现象，SRT的长短也影响AnMBR反应器的处理效率，增加SRT的运行时间会使得AnMBR系统稳定。长的HRT的虽能提高去除率，但却降低了 反应器的运行效能，因此解决增加SRT同时减少HRT的矛盾问题也是AnMBR亟待解决的操控问题。

1.2.3 有机负荷率

有机负荷率(Organic Load Rate, OLR)是指单位体积滤料(或池子)单位时间内所能去除的有机物量，它是生物滤池(或曝气池)设计和运行的重要参数 ，OLR对A nMBR中的微生物生长代谢和维持反应器正常运行十分重要。SVOJITKA等 研究用AnMBR处理制药废水和化学工业废水，经过试验验证认为，OLR为2.5 kgCOD· m ·d 时，COD去除率约为90%。XIAO等 利用中试规模的AnMBR，在OLR为4.7gCOD/(L·d)的强度条件下处理厨房废水泥浆试验，结果表明在140d稳定运行且 无污泥排放的情况下，COD的去除效率可以达到78％。曹琦等 研究表明，使用AnMBR处理餐厨垃圾废水，OLR为15.00 kg ·m ·d 时，各物质的去除率、产气 量和系统稳定性都保持较高水平，COD去除率达98%。当将OLR升高至20.00 kg ·m ·d 时，膜表面球形杆菌属占40.23%，古菌属含量为4.42%，膜表面微生物 丰度发生变化，OLR升高影响了膜表面的微生物丰度从而加剧膜污染。TOMOHIRO等 研究了正常运行了120d的AnMBR，突然将OLR从2.3 kg ·m ·d 增加到1 1.6 kg ·m ·d 时的微生物群落动态变化情况，研究表明，OLR突然大幅度提高，VFA积累突增，产酸菌群占优势，使得产甲烷菌落被破坏。ARVIND 等 观察 到，当OLR从1.36 kg ·m ·d 增加到3.18 kg ·m ·d 时，出水COD去除率由94.1±2.5%降至90.2±1.4%，OLR过高处理效果会变差。

通过分析表明，AnMBR可以处理各种OLR浓度的有机废水，OLR升高容易导致反应器内VFA积累，甲烷菌无法及时利用造成累积影响AnMBR正常运行，OLR升 高也影响了膜表面的微生物丰度加剧了膜污染，导致反应器处理效果变差，因此，选取合适的OLR对AnMBR的运行是十分重要的。

1.3 能量回收与成本

AnMBR与MBR相比，剩余污泥产量少，不需要向反应器中鼓入氧气并将可生物降解的有机物转化为气态能量载体CH 得以回收 ，JEISON等 通过运行价 值50万欧元/套及4.6万欧元/套的净水处理设备试验表明，目前的能量回收相对于膜材料及运行成本来说不值得一提，但却是趋势和好的开始。Kim等 研究了AnMB R的产能问题，使用AnMBR反应器处理高浓度(进水总COD为513mg/L)易降解有机废水，推断出为维持反应器流态所需的总能量大约占产生CH 的30%，数值为0.058 (kw·h)/m ，也即仅使用所产生的30％的甲烷就可以覆盖该能量，其中AnMBR消耗0.028 (kw·h)/m 。Pretel等 使用AnMBR处理城市污水的研究发现其能源需求为 0.07 (kw·h)/m ，远低于MBR（0.3-0.55 (kw·h)/m ）和传统活性污泥系统(0.19 (kw·h)/m )，因此，就能量消耗而言，AnMBR工艺比其他当代废水处理技术更具能源 效率。MALEKI等 以2000 m /d的流量估算了一个在中温条件下处理麦芽废水的AnMBR反应器的资本成本和运营成本分别为360万美元和420209美元/年。在低温 过程中，将产生的沼气在90%的高效冷凝炉中燃烧，每天可产生63383MJ的能量。所产生的能量可用于AnMBR装置所需的能量。以每立方米甲烷0.5美元的价格出售 所生产的沼气 ，每年可获得323846美元的收入，这可以抵消很大一部分运营成本。

AnMBR技术有可能以灵活的方式与其他处理技术相结合，利用其工业企业中间副产物生产产品或回收能量，如PAN 等 使用乙醇和醋酸为原料(乙醇/醋酸=3)An MBR反应器长期生产乙酸，生产可以利用的能源。PEYMAN等 利用细菌厌氧膜生物反应器(PAnMBR)与紫外技术结合，即在紫外低照度下处理城市污水的光反应， 通过试验发现，比红外和普通照明结合的技术能源成本最高可以降低高达97%。SERGI等 将AnMBR与正渗透(FO)、反渗透(RO)相结合处理城市污水并通过敏感性 分析表明，当在闭环方案中将FO回收率限制为50％时，实现的最低废水处理成本估计为0.81€m 。低FO膜通量被确定为限制因素，达到10 L/(m ·h)的FO通量将显著 提高FO-RO-AnMBR系统在污水处理中的竞争力。AnMBR技术也可以通过改变内部结构或工艺来减少能源消耗，如张淳之等 研究发现，AnMBR内构件的改造设计 与内部流态特性的变化之间有很深且重要的联系，通过改造反应器内的构件设计来选择合适的流态特性，可以降低运行成本，提高反应器去除效率，进而提高出水水 质。因此，尽管膜成本随着科技的发展在慢慢减低，但它们仍然是限制膜生物反应器应用的关键问题之一。

因此，AnMBR净水能耗虽高于其他，但在回收甲烷技术，反应器水力器结构完善、膜技术的进步，与其他工艺相结合处理废水一定会大有发展。

2 膜污染问题

膜污染是由于颗粒物、胶体、可溶性有机物、无机物、微生物细胞等沉积在膜的表面、孔隙和孔隙内壁，使得膜孔径变小或者堵塞，从而造成膜通量降低和透膜压 差升高的现象 。膜污染是MBR的主要缺点之一，它阻碍了系统的稳定运行，影响了膜通量，增加了膜组件的成本。膜污染的独特特征表明，厌氧消化过程中产生的 无机污染物和微生物膜表面的沉积量比好氧MBR膜表面低 ，但由于AnMBR通常在较低的膜渗透通量下运行 ，且AnMBR的具有低污泥可过滤性的特点，这也 加剧了膜污染 。

2.1 影响膜污染的因素

膜污染一般是由于进样基质中的各种成分之间以及这些成分和膜表面之间的复杂物理、化学和生物相互作用引起的 。膜污染机制主要有 ：（1）污染物 和胶体在膜表面和膜内部的吸附；（2）污泥絮体沉积在膜表面；（3）膜表面泥饼层的形成；（4）形成凝胶层；（5）在系统长时间的运行过程中，污染物组成的变 化。已有研究发现滤饼的形成是控制适用膜渗透通量 和临界通量 的主要因素。膜污染会导致膜组件堵塞，膜的截留作用减小，使得膜寿命降低及运行成本增加 等。AnMBR膜污染通常包括生物污染、有机污染和无机污染(氮、磷等无机营养物质) 。影响其膜污染的因素有直接因素和间接因素，直接因素包括胞外多聚物(EP S)、粒径分布(PSD)、可溶性微生物产物(SMP)污染等；间接因素是废水特性及运行因素带来的膜污染，主要包括HRT、SRT、搅拌速度、OLR、温度和pH值等 。 相关研究表明，高剪切应力能够降低微生物活性和生物絮凝作用，同时还可以增加混合液中SMP的释放量，使膜污染程度减弱 。PEYMAN等 处理城市污水 时发现，运行过程中AnMBR反应器中的污染物及中间过程产物很容易附着在膜表面，导致膜通量和分离效率显著降低，同时也发现，横流操作能够减少膜上的颗粒沉 积，每当横流速度增加时，膜的性能都会得到改善 。BÉRUBÉ等 研究发现，膜通量主要受TMP值和膜松弛持续时间的影响，剪切力在膜污染中起着非常重要的 作用。王顺 研究AnMBR反应器处理含酚废水时也发现，错流流速增大，大颗粒造成膜污染程度大大减小 。

膜组件是 AnMBR的核心组成，膜材料、孔隙率、亲水性等都会影响系统的整体性能 。膜组件可以按照膜材质的不同，分为无机膜和有机膜。有机膜组件和无 机膜对比如表3所列。

表3 有机膜组件和无机膜对比

KANG等 研究了不同膜材料对膜污染的影响并对其污染特征进行了比较，结果发现，有机膜和无机膜存在完全不同的污染特征。ZHANG 等 研究发现 EPS 与三种膜之间亲和能力顺序为: PAN＜PVDF＜PES，即 PAN 膜具有更强的抗污能力。GAO等 分别用聚偏氟乙烯膜(PVDF)和聚醚酰亚胺膜处理超滤区的废水，结 果发现，后者比前者污染速度得更快 ；纳米材料用于膜表面改性技术引起广泛关注，比如将TiO 纳米颗粒加入以PVDF为基膜的膜表面，该膜对蛋白质有较好的抗 污染性 ，这证明了膜材料在结垢中的重要性。

以上资料表明，膜污染是影响AnMBR运行效率及降低运行成本的重要因素，膜材料及高剪切力的操作运行对于膜污染的减缓与提高运行周期及效率是重要的因 素，因此膜材料的技术发展及AnMBR机理及操控技术进步是AnMBR是推广和使用的最重要的技术支撑。

2.2 胞外多聚物和可溶性微生物产物

在AnMBR反应器中，活性污泥与污水混合液特性决定了膜过滤的性能和出水水质，而表征活性污泥与污水混合液特性的两个重要因素有胞外多聚物(EPS)和可溶 性微生物产物(SMP) 。EPS是指通过不同的化学和物理方法提取的与细胞表面结合的有机高分子 ，起到维持活性污泥的形态和形状 ，起到保护微生物的 作用 。SMP是指由于细胞溶解、EPS水解以及微生物与周围环境相互作用而释放到原来混合液中的微生物产物 ，大多研究者认为，EPS和SMP的变化与膜污染 的加剧或缓解程度密切相关，并且随着EPS和SMP浓度的增加，膜组件的过滤阻力也随之增加 ，EPS的组成、微生物的活性都会受到剪应力的影响，可能会影响S MP的后续释放 。

EPS，SMP主要由多糖和蛋白质组成 ，对膜污染影响可以通过比较其中的多糖和蛋白质质量分数的变化情况从而分析出微生物对有机物质的耐受性。李硕等 研究发现，EPS在废水处理的过程中起着重要的作用，EPS中多糖、蛋白质等物质的因质量分数不同而影响EPS的带电性和亲水性，导致颗粒污泥的带电性和亲水性 的不同。柳锋等 将生物接触氧化法(Biological contact oxidation reactor,BCOR)与MBR结合，利用三维荧光光谱对上清液的SMP的微生物特性进行研究，分析组 合工艺膜污染的变化原因，为合理控制膜污染提供新思路。贾学斌等 在对厌氧微生物降解苯酚过程中胞外蛋白（Protein, PN）及多糖（Polysaccharide, PS）变化 研究中发现，胞外多聚物(EPS)和可溶性微生物产物(SMP)是微生降解有机物过程中产生的耐受性应激反应，微生物为提高对苯酚毒性的耐受性，分泌大量的EPS和P N来抵抗苯酚毒性，当苯酚浓度为100mg/L时，PN值增加2倍多。

由以上分析和研究表明，胞外多聚物(EPS)和可溶性微生物产物(SMP)是微生降解有机物过程中产生的耐受性应激反应，由此对膜过滤性能造成不利及污染加剧， 这是AnMBR运行效能的两面性，因此，解决控制EPS和SMP浓度与膜过滤性能矛盾，也是决定AnMBR能否快速推广使用的重要的一方面。

2.3 膜污染的减缓措施

通常情况下，膜污染分为可去除污染、不可去除污染和不可逆污染。可去除污染是由松散附着的污泥絮凝物在膜表面上形成滤饼层造成的，它可以通过物理清洗方 法(如反冲洗)去除；不可去除污染是由于膜孔堵塞和过滤期间膜表面强烈附着的污泥引起的，归因于膜孔堵塞，它可以通过化学清洗方法(如酸性清洗)去除 。而不可 逆污染则是永久性污染 ，现有技术方法都无法将其彻底消除。TOMOHIRO 等 采用高通量测序的方法研究了AnMBR膜组件的微生物组分，试验发现，由原核生 物和真核生物组成的附着生物膜，膜最下层的污垢呈网状，由丝状的微生物或有机物组成，膜上层的污垢通过沉积形成了滤饼层，主要是非细胞区域，分析表明，膜材 料上的微生物与污泥中的微生物不尽相同，膜材料上的微生物上的微生物形成不利于减缓膜污染。LIAO等 在反应器运行过程中，利用AnMBR短期阶段性的操作， 可以有效减少膜污染，分析表明，反应器阶段性的短期运行，膜表面污垢并未成型，可以有效减少膜污染。

有些学者更倾向于改变膜材料表面性能或在反应器投加吸附及絮凝材料从而提高膜材料的特性，减轻膜污染的研究。KOCHKODAN等 在膜表面利用UV/氧化 还原引发的接枝聚合和用亲水性聚合物层对膜进行物理涂覆改性的方法，通过调整膜粗糙度、膜亲水性和膜电荷等参数，可以很好地减少膜的微生物污染。PENG等 利用热诱导相分离(TIPS)技术对β相聚偏二氟乙烯(PVDF)平板膜进行浇铸，然后进行高压极化处理，使PVDF膜具有压电特性，并在AnMBR处理废水同时施加电场 时，压电β-PVDF膜可有效地减轻膜污染。ZHEN等 利用在AnMBR反应器中投加聚氯化铝(Poly Aluminum Chloride，PAC)处理合成污水(COD为500±50 mg/L， 氨氮为40±5 mg/L，总磷为5.0±0.5 mg/L，没有添加悬浮固体)时，发现即便是在长期运行(超过140d)后，仍能有效控制膜污染，且在HRT为8h时，膜污染的速率从3.1 2kPa/d降低至0.89 kPa/d。ZHANG等 利用在MBR反应器中添加PAC，试验得到PAC最佳补充比率为1.67％时，可以有效的膜污染缓解和增强的优势细菌结构。 考虑PAC是推进AnMBR应用的一种有前途的方法。降低膜污染的效果。同样，YANG等 研究也发现，投加PAC进行吸附可以减少25％的膜清洗和膜组件更换费 用。

也有学者通过生物群体猝灭(Quorum-quenching, QQ)和超声波等技术方法，来研究膜污染的机理，以期获得较好的减缓膜污染的效果。XU等 研究了AnMBR 生物群体猝灭对膜污染机制和生物产能的影响，研究表明，QQ能改变EPS浓度和减缓滤饼层(Cake layer，CL)的形成，且对COD去除和甲烷回收没有造成任何影响。 在王珂等 研究AnMBR厌氧消化反应过程时，也发现膜组件上主要污染物质来自于滤饼层，并使用原位在线超声波控制技术来控制和减缓滤饼层的污染，借助高能 超声波脉冲，将膜材料与其污染物分离，较好地减缓了膜污染程度。

由贴近膜材料的丝状微生物和有机物组成网状结构及其之上的沉淀污垢形成的滤饼层，是膜污染及通过性阻力的主要因素，可通过膜材料热诱导相分离及高压极化 处理改性、反应器投加聚氯化铝和粉末活性炭、生物群体猝灭及高能超声波脉冲等方式，可以有效改善膜过滤性和膜污染现象，提高膜的使用寿命及水处理的成本降 低。

3 结论

（1）AnMBR是一种将厌氧发酵工艺与膜分离工艺相结合的污水处理新型工艺，具备污泥浓度高、泥龄长、耐冲击负荷能力强等优点，随着膜工艺理论与技术以及 膜材料技术的进步，在高浓度废水和复杂有机废水的处理、低能耗运行方面一定展现出很好的应用前景，必将成为一种有前途的绿色生物处理技术。

（2）温度、HRT及OLR等是影响AnMBR反应器去除效率及减轻膜污染的重要操控因素。合适温度范围下适当提高温度，可以提高微生物活性，提高反应速率。 适当长的HRT和SRT对AnMBR反应器的去除效率提高是有利的，且少有出现产酸现象，但长的HRT对于去除效能不利；OLR升高容易导致反应器内VFA积累，也影响 了膜表面的微生物丰度，加剧了膜污染。因此，解决减小HRT与运行效能之间的矛盾，以及提高反应器高OLR下的膜污染问题，对于AnMBR反应器推广使用和运行是 较为重要的研究内容。

（3）目前的AnMBR反应器的能量回收相对于膜材料及运行成本虽不值得一提，但在解决膜材料性能、AnMBR反应器内部结构水利条件及与紫外技术、渗透技术 及其他工艺等结合后一定会大有发展的。

（4）膜污染是影响AnMBR运行效率及降低运行成本的重要因素。贴近膜材料的丝状微生物和有机物组成网状结构及其之上的沉淀污垢形成的滤饼层，是膜污染及 通过性阻力的主要原因；胞外多聚物(EPS)和可溶性微生物产物(SMP)有利于加强微生在降解有毒有害的物质，但也能对膜过滤性能造成不利及污染加剧。因此，解决 控制EPS和SMP浓度与膜过滤性能矛盾，是决定AnMBR能否快速推广使用的重要的一方面。

（5）利用UV/氧化还原引发的接枝聚合、用亲水性聚合物层对膜进行物理涂覆改性、热诱导相分离（TIPS）技术对β相聚偏二氟乙烯（PVDF）平板膜进行浇铸及 高压极化处理等方法改变膜材料表面性能及高剪切力的阶段性短期操作运行或投加聚氯化铝和粉末活性炭、群体猝灭及高能超声波脉冲等方式，可以有效改善膜过滤性 和膜污染现象，提高膜的使用寿命及水处理的成本降低，这是决定能否使AnMBR反应器快速推广使用的技术关键。

4 展望

AnMBR是一种处理有机废水有前途的绿色生物工艺，具有产生可在生能源的巨大潜力。AnMBR工艺的推广和使用具有很大的发展前景。

（1）在膜材料技术及AnMBR反应器生物降解机理研究有了长足进步之后，水处理建设成本及运行成本一定会大大降低。

（2）在解决了温度、HRT及OLR等操控因素的最佳技术参数之后，AnMBR反应器一定会在运行效能和能量回收方面有长足进步。

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