IC大同市高校厭氧反應器造紙污水處理
IC大同市高校厭氧反應器造紙污水處理
由于城市生活污水中的污染物濃度較低，較短的水力停留時間難以保證厭氧顆粒污泥的緩慢生長，加之單純的厭氧處理技術(shù)難以滿足處理出水達標排放，因此，*以來鮮有研究者將厭氧處理技術(shù)單獨應用于城鎮(zhèn)污水處理中。AnMBR作為厭氧處理技術(shù)和膜處理技術(shù)的結(jié)合，既可以保證處理出水達標排放，同時也可降低污泥的產(chǎn)量，成為一種可持續(xù)的污水生物處理技術(shù)。但近年來有關(guān)AnMBR在不同城鎮(zhèn)污水及其模擬廢水處理中的應用研究結(jié)果表明，經(jīng)傳統(tǒng)AnMBR處理，大部分污水的COD大去除率>70%，由此可見，以傳統(tǒng)AnMBR處理技術(shù)來處理城鎮(zhèn)污水效果并不是很理想。因此，更多的研究偏向于將膜組件融合于新型厭氧處理技術(shù)中以達到對AnMBR技術(shù)進行優(yōu)化和改良。厭氧折流板反應器作為第三代新型高效反應器具有諸多優(yōu)勢，Shaowei Hu等將AnMBR與厭氧折流板反應器進行耦合應用于城市生活污水處理中，在進水COD為1600mg/L，NH4+-N為80mg/L的條件下，COD和NH4+-N去除率分別達到59.5%和83.5%。A.S.Kappell等將好氧硝化膜組件置于厭氧連續(xù)攪拌反應器中處理高濃度有機廢水，結(jié)果表明，COD去除率>90%，硝酸鹽氮去除率>95%。YuTao等將膜組件應用于厭氧SBR工藝中處理人工模擬廢水，使得厭氧氨氧化活性增加了19倍，顯示了膜反應器在處理低速增殖有機物上的優(yōu)點。
膜污染的控制措施對于整個反應器的運行效果至關(guān)重要，研究者通過采用不同的措施來緩解膜污染。如：在AnMBR啟動過程中將其作為傳統(tǒng)厭氧反應器短暫操作運行，可減少進水中細微顆粒物在膜面的附著;又如：保持AnMBR膜組件錯流運行，可以減少顆粒物在其上面的沉積，但高剪切流速同樣會造成細顆粒物的流出，從而影響反應器的運行效果。在采用AnMBR技術(shù)處理高鹽含油廢水中，將超聲波清洗應用于膜污染控制過程得到了良好效果，此外，將氣體射流、活性炭添加、沸石-濾膜分析器等技術(shù)應用到試驗研究過程中也達到了良好的膜污染控制效果。
總體來說，減緩AnMBR膜結(jié)垢的方式主要有3種：(1)在高通量條件下短時間運行，然后采用強酸、強堿及氧化劑等進行反沖洗，清洗膜面附著物;(2)在“臨界通量”水平操作條件下，只進行間歇性反沖洗和清洗;(3)可以嘗試通過流體動力學條件來操作反應器，減少溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)/膠體在反應器內(nèi)的增量，從而減少膜結(jié)垢程度。
厭氧消化過程中微生物區(qū)系復雜、繁多，同一反應器在不同操作條件下，同一顆粒污泥在不同發(fā)育階段，微生物的生長增殖規(guī)律、環(huán)境適應性及生物活性都會影響其所占比例。厭氧消化過程正是由這些微生物所進行的一系列生物化學的耦合反應，由于厭氧反應器內(nèi)部各區(qū)域生態(tài)位的差異，造成非產(chǎn)甲烷細菌、產(chǎn)甲烷細菌出現(xiàn)有規(guī)律的演替，通過各種群之間的相互利用、相互制約，構(gòu)成一個穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，從而保證了生物代謝過程的正常進行。因此，AnMBRs是培養(yǎng)生長緩慢微生物的優(yōu)秀系統(tǒng)。
AnMBRs內(nèi)微生物種群的分布受濾餅層、反應器容積以及濾餅層深度的影響顯著。隨著濾餅層深度的增加，外濾餅層表面比內(nèi)濾餅層表面會變得松散，易隨生物液流出導致膜堵塞。隨著濾餅層加厚及微生物種群的增加，膜結(jié)垢現(xiàn)象也逐漸增多。研究發(fā)現(xiàn)，附著于濾餅層上的主要細菌種群中隸屬于厚壁菌門的占到42.3%，α-變形菌占到30.8%，而古生菌主要是甲烷八疊球菌屬和甲烷螺旋菌屬。
(1)多種條件下AnMBR膜污染機理的研究。膜污染涉及多個方面，關(guān)于膜污染機理的研究一直是AnMBR研究的關(guān)鍵和核心。由于溶解性有機質(zhì)(SMPs)是影響膜污染的關(guān)鍵物質(zhì)，未來應重點針對其組成和反應器中多種參數(shù)對其產(chǎn)量的影響進行研究。另外，針對膜形態(tài)、孔徑組成、膜通量、厭氧微生物生態(tài)學以及操作運行參數(shù)對膜污染機理的影響研究也是未來研究的重點。
(2)不同膜材料和膜組件在AnMBR中的應用研究。膜材料和孔徑的改變，會對膜通量和出水水質(zhì)產(chǎn)生重要影響，但大多數(shù)情況下AnMBR中膜污染通常會發(fā)生在表層膜結(jié)構(gòu)上，因此對表層膜結(jié)構(gòu)的改性和選擇實用新型原材料來構(gòu)建更適合AnMBR的膜結(jié)構(gòu)將成為研究熱點。同時，靠濾層生物量形成的非實體動態(tài)膜和繼發(fā)性膜的增殖狀況、細菌增殖條件、處理效率和運行機理也將是研究的重點。
(3)環(huán)境條件下AnMBR技術(shù)的應用研究。由于厭氧菌生長速率緩慢，厭氧過程操作溫度為35℃，溫度的變化會導致膜通量降低;另外，有研究表明產(chǎn)甲烷菌在低溫條件下產(chǎn)生的甲烷量會更多，但該過程中產(chǎn)生的甲烷氣體回收利用難度較大。培養(yǎng)能夠在嗜熱(>55℃)或嗜冷(<10℃)環(huán)境條件下生長的優(yōu)勢厭氧菌種，同時針對環(huán)境條件的改變設(shè)計適合甲烷氣體收集的新型反應器來滿足實際研究和工程需要將是AnMBR技術(shù)一個新的研究方向。
(4)AnMBR反應動力學及數(shù)值模擬技術(shù)的研究。AnMBR反應器的研究與開發(fā)，目前仍停留在試驗和中試規(guī)模上，鮮有對AnMBR反應動力學進行研究。AnMBR中涉及的反應動力學主要有基質(zhì)降解動力學、生化反應動力學、多相反應動力學、膜生長反應動力學、產(chǎn)氣動力學以及污泥增殖反應動力學等。反應動力學是研究AnMBR技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)，加強反應動力學的研究將復雜生化過程和動力學過程轉(zhuǎn)換為數(shù)學方程，這對于數(shù)值模擬、模型的開發(fā)和優(yōu)化有很好的促進作用。
(5)AnMBR與其他反應器耦合技術(shù)的研究。從目前的研究和實驗效果來看，單純的AnMBR技術(shù)在出水水質(zhì)方面的處理效果并不很理想。將AnMBR與其他處理工藝相耦合，采用高效厭氧反應器來替代普通厭氧反應器，對膜反應器的構(gòu)型進行創(chuàng)新設(shè)計，將會很大程度上改善AnMBR的出水水質(zhì)。
(6)AnMBR技術(shù)在痕量有機物污染控制上的應用研究。以抗生素和醫(yī)藥產(chǎn)品的代謝產(chǎn)物為代表的痕量有機污染物是城鎮(zhèn)污水處理中的熱點和難點，研究通過AnMBR及其相關(guān)耦合技術(shù)處理該類廢水，通過污染物的去除過程模擬其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律并對其進行生態(tài)毒理學評價將是研究的熱點。
