IC大同市高校厭氧反應(yīng)器造紙污水處理

IC大同市高校厭氧反應(yīng)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(shí)間難以保證厭氧顆粒污泥的緩慢生長(zhǎng)，加之單純的厭氧處理技術(shù)難以滿足處理出水達(dá)標(biāo)排放，因此，*以來(lái)鮮有研究者將厭氧處理技術(shù)單獨(dú)應(yīng)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(dá)標(biāo)排放，同時(shí)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(lái)有關(guān)AnMBR在不同城鎮(zhèn)污水及其模擬廢水處理中的應(yīng)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(jiàn)，以傳統(tǒng)AnMBR處理技術(shù)來(lái)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(dá)到對(duì)AnMBR技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和改良。厭氧折流板反應(yīng)器作為第三代新型高效反應(yīng)器具有諸多優(yōu)勢(shì)，Shaowei Hu等將AnMBR與厭氧折流板反應(yīng)器進(jìn)行耦合應(yīng)用于城市生活污水處理中，在進(jìn)水COD為1600mg/L，NH4+-N為80mg/L的條件下，COD和NH4+-N去除率分別達(dá)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(yīng)器中處理高濃度有機(jī)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(yīng)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(yīng)器在處理低速增殖有機(jī)物上的優(yōu)點(diǎn)。

膜污染的控制措施對(duì)于整個(gè)反應(yīng)器的運(yùn)行效果至關(guān)重要，研究者通過(guò)采用不同的措施來(lái)緩解膜污染。如：在AnMBR啟動(dòng)過(guò)程中將其作為傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器短暫操作運(yùn)行，可減少進(jìn)水中細(xì)微顆粒物在膜面的附著;又如：保持AnMBR膜組件錯(cuò)流運(yùn)行，可以減少顆粒物在其上面的沉積，但高剪切流速同樣會(huì)造成細(xì)顆粒物的流出，從而影響反應(yīng)器的運(yùn)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(yīng)用于膜污染控制過(guò)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(yīng)用到試驗(yàn)研究過(guò)程中也達(dá)到了良好的膜污染控制效果。

總體來(lái)說(shuō)，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(shí)間運(yùn)行，然后采用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及氧化劑等進(jìn)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(jìn)行間歇性反沖洗和清洗;(3)可以嘗試通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)條件來(lái)操作反應(yīng)器，減少溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)/膠體在反應(yīng)器內(nèi)的增量，從而減少膜結(jié)垢程度。

厭氧消化過(guò)程中微生物區(qū)系復(fù)雜、繁多，同一反應(yīng)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(zhǎng)增殖規(guī)律、環(huán)境適應(yīng)性及生物活性都會(huì)影響其所占比例。厭氧消化過(guò)程正是由這些微生物所進(jìn)行的一系列生物化學(xué)的耦合反應(yīng)，由于厭氧反應(yīng)器內(nèi)部各區(qū)域生態(tài)位的差異，造成非產(chǎn)甲烷細(xì)菌、產(chǎn)甲烷細(xì)菌出現(xiàn)有規(guī)律的演替，通過(guò)各種群之間的相互利用、相互制約，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，從而保證了生物代謝過(guò)程的正常進(jìn)行。因此，AnMBRs是培養(yǎng)生長(zhǎng)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(yīng)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(huì)變得松散，易隨生物液流出導(dǎo)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(xì)菌種群中隸屬于厚壁菌門(mén)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(jī)理的研究。膜污染涉及多個(gè)方面，關(guān)于膜污染機(jī)理的研究一直是AnMBR研究的關(guān)鍵和核心。由于溶解性有機(jī)質(zhì)(SMPs)是影響膜污染的關(guān)鍵物質(zhì)，未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)其組成和反應(yīng)器中多種參數(shù)對(duì)其產(chǎn)量的影響進(jìn)行研究。另外，針對(duì)膜形態(tài)、孔徑組成、膜通量、厭氧微生物生態(tài)學(xué)以及操作運(yùn)行參數(shù)對(duì)膜污染機(jī)理的影響研究也是未來(lái)研究的重點(diǎn)。

(2)不同膜材料和膜組件在AnMBR中的應(yīng)用研究。膜材料和孔徑的改變，會(huì)對(duì)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(huì)發(fā)生在表層膜結(jié)構(gòu)上，因此對(duì)表層膜結(jié)構(gòu)的改性和選擇實(shí)用新型原材料來(lái)構(gòu)建更適合AnMBR的膜結(jié)構(gòu)將成為研究熱點(diǎn)。同時(shí)，靠濾層生物量形成的非實(shí)體動(dòng)態(tài)膜和繼發(fā)性膜的增殖狀況、細(xì)菌增殖條件、處理效率和運(yùn)行機(jī)理也將是研究的重點(diǎn)。

(3)環(huán)境條件下AnMBR技術(shù)的應(yīng)用研究。由于厭氧菌生長(zhǎng)速率緩慢，厭氧過(guò)程操作溫度為35℃，溫度的變化會(huì)導(dǎo)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(huì)更多，但該過(guò)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(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)厭氧菌種，同時(shí)針對(duì)環(huán)境條件的改變?cè)O(shè)計(jì)適合甲烷氣體收集的新型反應(yīng)器來(lái)滿足實(shí)際研究和工程需要將是AnMBR技術(shù)一個(gè)新的研究方向。

(4)AnMBR反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及數(shù)值模擬技術(shù)的研究。AnMBR反應(yīng)器的研究與開(kāi)發(fā)，目前仍停留在試驗(yàn)和中試規(guī)模上，鮮有對(duì)AnMBR反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究。AnMBR中涉及的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)主要有基質(zhì)降解動(dòng)力學(xué)、生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、膜生長(zhǎng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、產(chǎn)氣動(dòng)力學(xué)以及污泥增殖反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是研究AnMBR技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)，加強(qiáng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究將復(fù)雜生化過(guò)程和動(dòng)力學(xué)過(guò)程轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)方程，這對(duì)于數(shù)值模擬、模型的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化有很好的促進(jìn)作用。

(5)AnMBR與其他反應(yīng)器耦合技術(shù)的研究。從目前的研究和實(shí)驗(yàn)效果來(lái)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(yīng)器來(lái)替代普通厭氧反應(yīng)器，對(duì)膜反應(yīng)器的構(gòu)型進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將會(huì)很大程度上改善AnMBR的出水水質(zhì)。

(6)AnMBR技術(shù)在痕量有機(jī)物污染控制上的應(yīng)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(jī)污染物是城鎮(zhèn)污水處理中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，研究通過(guò)AnMBR及其相關(guān)耦合技術(shù)處理該類廢水，通過(guò)污染物的去除過(guò)程模擬其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律并對(duì)其進(jìn)行生態(tài)毒理學(xué)評(píng)價(jià)將是研究的熱點(diǎn)。