厌氧膜生物反应器的和应用现状

摘 要：厌氧膜生物反应器将厌氧工艺与膜过滤工艺有效地结合在一起,可以克服传统厌氧工艺存在的缺点,具有污泥停留时间长,抗冲击负荷能力强等特点,在工业废水和生活污水处理领域应用十分广泛.文章介绍了厌氧膜生物反应器的主要技术特点,并总结了该工艺在国内外的研究及应用现状,为厌氧膜生物反应器工艺的发展提供一定的理论支持.

关 键 词：厌氧膜生物反应器；技术特点；研究应用；现状

1厌氧膜生物反应器的主要特点

根据反应器需氧与否,将膜生物反应器（MBR）分为好氧MBR和厌氧MBR简称AnMBR.世界能源形式的日益严峻以及污水负荷的急剧增长等等都在要求我们找到一种能处理高负荷,能源消耗低,投资低,能够回收能源,产生剩余污泥较少的新型处理工艺.在这样的时代背景下,厌氧MBR应运而生.

相对于好氧技术,厌氧生物处理技术最大的特点是具有将污水中的有机物变废为宝转化为甲烷这种可回收利用的能源气体这一优势,同时已经发表的大部分研究表明厌氧生物处理技术的优点大于它的不足,厌氧生物处理技术具有产泥少、工艺相对稳定、基建费用较低、运行费用低廉、二次污染较少等生态、经济、技术优势,另外厌氧处理技术还可以处理季节性污水,降低废水中氯化有机物毒性的同时厌氧MBR还被广泛应用于高浓度有机废水的处理,其对于常见有毒物质和工业污水的处理能力也被专家学者普遍认同.

在厌氧MBR中,传统活性污泥中的沉淀池被膜过滤的膜组件所代替,由于膜组件具有过滤作用,因此,不但污染物可以被截留在反应器中,而且大分子的有机物也被截留下来,彻底实现污泥龄和HRT的分离,因此厌氧MBR中不存在活性污泥膨胀的问题,相比较好氧污泥膨胀这是一个明显的优势,同时因为厌氧MBR具有较高的有机物去除率,而且膜组件对微生物有很强的截留能力,所以对有毒化合物和物质具有较强的去除能力.由于厌氧MBR采用膜组件系统,水力状态较好,不易堵塞,此外还有出水水质稳定,操作简单,易于自动化管理等优点.厌氧MBR是将厌氧处理工艺和膜分离技术结合的产物,克服了单纯的厌氧处理工艺的不足.以前影响MBR发展的主要限制因素是高昂的膜材料,但由于近年来膜材料技术迅猛发展,膜材料也迅速降低,同时性能也变得越来越好,可以实现膜组件的经济更换,运行费用大大降低.所以在满足达标要求下,MBR是一种经济、环保、有效的处理技术.

2厌氧膜生物反应器的发展及国内外研究现状

近年来厌氧膜生物工艺越来越多地被应用到有机高浓度废水处理中,其在国外已经成为诸如水环境研究基金会等基金、协会研究的重点课题之一,但是在我国,此项技术的研究才刚刚起步.

AnMBR这一工艺是于上世纪70年代首次被提出的,Grethlein等人最早在厌氧处理工艺中引入膜组件,他们利用外置的膜装置处理桶来装有机污水,意外的发现这一处理方法可以达到较好的出水有机物和硝酸盐的处理效果,自此第一次引入了AnMBR概念.由于其相对好氧MBR的独特优势,自从诞生之日开始就受到了各国专家学者的普遍关注,围绕AnMBR的研究也相当普遍.上世纪80年代,美国Dorr-Oliver开发出名为MARS的厌氧MBR处理工艺,此项技术应用于处理高浓度乳制品污水,处理效果良好.80年代日本联合日本多家公司发起了水再生计划,在日本此计划推动了厌氧MBR在生活废水和工业废水的规模应用,由此推动了日本AnMBR的发展.在同时期的南非名为厌氧消化过滤（ADUF）的用来处理高浓度的有机工业废水的一套厌氧处理系统建成投产.COD处理效果相当好,这些成功工程案例充分说明了厌氧处理技术和膜分离技术二者结合的价值,但是由于当时材料科学还不发达,膜组件相当昂贵,另外膜过滤技术也不成熟,所以AnMBR发展相对来说较为缓慢,工程实际案例很少,大部分还都处于实验室研究,并且大多数都是采用外置式厌氧MBR.进入21世纪,随着膜科学的迅猛发展,膜组件的也变得相对低廉,而且得益于好氧MBR的快速发展,AnMBR也步入快速发展阶段,成为了国内外专家学者的重点研究对象.

MBR反应器应用最广泛的国家是日本,占世界上总膜生物反应器的66%,其余34%主要分布在欧美地区,2005年,全球MBR市场规模接近2.17亿美元,而且该规模以接近每年11%的速度迅速增长,发展速度远超其他污水处理技术,上世纪90年代中期我国膜生物反应器才开始进入商业化运营,我国第一座市政污水项目MBR商业化项目是在2006年投产,目前世界范围内有8家较大型的MBR生产厂家,大部分厂商是欧美和日本的,不过也包括我国的碧水源这家企业.在所有膜生物反应器中大约超过98%的反应器都是好氧MBR,仅仅有不到2%的反应器是厌氧的.目前,厌氧MBR主要应用于处理垃圾渗滤液和工业污水,很少应用于生活污水的处理.

3厌氧膜生物反应器存在的问题及发展前景

厌氧MBR在水处理领域应用的过程中主要存在以下问题：

（1）去除有机物效率不完全,有待提高,也不能够完全去除进水中的N、P等污染物；（2）前期反应器启动所需时间太长；（3）容易引发膜污染；（4）由于要求完全厌氧,对反应器等处理构筑物密封要求很高,一般反应器不能够达到完全密封,还可能因为臭气的溢出造成二次污染；（5）反应器的能耗问题,这个问题主要针对外置式的,一体式的很少,这就需要额外的能量来进行反应器内液体的循环来改善膜污染情况；（6）理论和实际运行参数都相对缺乏.目前世界上运行的膜生物反应器绝大多数都是好氧的,只有少许一部分是厌氧的,这就造成了各种经验参数的缺乏,此外实验室规模的反应器的运行参数也比较缺乏,尤其是污泥负荷,HRT等方面的.

针对这些问题厌氧MBR的研究和发展方向会朝以下几个方面来进行：

（1）加强厌氧MBR在高浓度有机污水领域的工程应用,并注意积累大量的工程运行经验参数,积极探索各种经济合理的操作条件；（2）注重实验室研究,积累实验室运行参数,特别加强对膜污染的各种积累的研究,完善膜污染理论,提出有效解决膜污染问题的办法；（3）继续加强膜技术和膜科学方面的研究,开发出性能更好,更低廉的膜组件,积极将最新的膜科学技术理论结合实际应用到我们的厌氧膜生物反应器污水处理实践中,促进各种膜滤系统和高效厌氧MBR的有效结合,使得厌氧MBR得到更广泛的应用；（4）加强对厌氧膜生物反应器结构的研究,使一体式反应器更多应用到生产实践中,解决高能耗问题；（5）加强常温下厌氧MBR污水处理技术的研究,降低能耗节能减排.