華南理工高濃度有機廢水處理（有機廢水處理研究新進展）

2023-04-20 19:55:52

原標題：

厭氧膜生物反應器處理有機廢水研究進展

摘 要：

高濃度及工業企業難降解有機廢水直接排放水體會嚴重危害環境安全和人類健康。 結合膜生物反應器的使用，出現了將厭氧工藝和膜分離工藝結合在一起的新型廢水處理技術 ——厭氧膜生物反應器(AnMBR)，具有高效處理高濃度及工業有機廢水能力。針對 AnMBR 高效處理有機廢水相關問題，研究了影響反應器降解有機物效率的因素和反應器能量回收與 利用的情況，並對膜汙染問題進行了討論，展望了 AnMBR 綠色生物處理技術的發展前景。結 果表明，在生物降解過程中的胞外多聚物及一些可溶性微生物產物抵抗了對微生物的抑制作 用，通過對膜材料的改性、調節混合液的性質以及採用動力學調控的方法可減緩膜汙染。 AnMBR 可以有效地處理有機廢水，但仍然面臨著技術上和經濟上的巨大挑戰。將 AnMBR 與其 他工藝結合處理一般生物處理法難以處理的人工合成的化學物質可產生可以回收利用的能 源，提高 AnMBR 商業化的可行性；這為以後 AnMBR 的廣泛應用提供了新思路。

關鍵詞：

有機廢水；厭氧膜生物反應器；厭氧工藝；膜汙染；能量回收；影響因素；水環境 保護；水汙染治理

作者簡介：

陶冉（1997-），女，碩士研究生，主要從事汙廢水處理及其資源化方向研究。E-mail:[email protected];

賈學斌 （1971-），男，副教授，碩士研究生導師，博士，主要從事汙廢水處理及其資源化方向研究。E-mail:[email protected];

基金：

黑龍江省自然科學基金聯合引導項目（LH2019E074);

高濃度及工業企業有機廢水具有種類繁多、化學需氧量(Chemical oxygen demand, COD)值高、色度重、成分複雜、難降 解、酸鹼性強等特點 。排入水體之後，可造成水中溶解氧減少，影響魚類和其他水生生物的生長，破壞水環境生態，危害環境 和人類安全。這類廢水通常採用傳統生物法進行處理時，很難達到排放標準和環境水體要求 ，因此，選擇合適的方法處理有機 廢水，使其水質達到規定的排放標準是十分有必要的 。高濃度及工業企業有機廢水來源包括養殖、屠宰、肉類加工及焦化廠廢 水、造紙廠廢水、製藥廠廢水、印染廠廢水 。有機廢水的分類如表1所列。

表1 有機廢水的分類

厭氧生物處理技術在處理高濃度及上述工業企業有機廢水時，比單純利用好氧生物處理技術相比更具有抵抗衝擊負荷、剩餘汙泥產量少、節約運行成本、降低能源 消耗、回收可利用沼氣能源等優勢 。

膜生物反應器(Membrane Bioreactor, MBR)是將汙水生物處理工藝和膜組件相結合的一種汙水處理工藝，它同時具有兩種生物處理工藝和膜處理工藝的特點。MB R佔地面積小、出水水質質量高，是處理有機廢水的新型工藝 。MBR最早是由GRETHLEIN等 將一個外置式膜組件引入到城鎮汙水處理系統處理城鎮 生活汙水有機廢水，厭氧膜生物反應器(Anaerobic Membrane Bioreactor, AnMBR)是一種將厭氧發酵工藝與膜分離工藝相結合的汙水處理工藝，是由Shelf最早進行 研究的 。此後，由於膜工藝理論與技術以及膜材料技術的限制，MBR理論及技術的研究推廣在一定時期內相對處於停滯狀態。

進入到20世紀90年代後期，隨著膜材料技術飛躍發展，以及AnMBR工藝和理論技術取得了長足的進步，加之AnMBR工藝不需要曝氣，且產生剩餘汙泥較少，且 能夠產生甲烷，具有好氧MBR不具有的優點，以及AnMBR可以處理好氧MBR難處理難降解的有機廢水，膜組件使用壽命相比好氧MBR更長一些，很多專家學者有重 新把目光重新關注到AnMBR的研究推廣上。KANAI M 等在研究處理食品垃圾廢水過程中，AnMBR的體積可以減小為傳統的厭氧發酵槽體積的1/5~1/3，並且可以 產生生物能支持可持續發展。LIN等 在關於AnMBR的應用、膜汙染問題及未來展望中指出，AnMBR在高濃度有機廢水的處理方面應用前景非常好，但是大規模推 廣還需要有很多問題需要討論研究。

由於膜汙染問題阻礙了AnMBR大規模推廣應用。研究學者對膜汙染的相關問題進行了大量研究，通過對膜組件改性、調整反應器組合方式、調整反應器運行參 數、與其他工藝結合等來控制或緩解膜汙染，AnMBR工藝又可以大力研究和推廣使用了 。

表2 國內外採用AnMBR處理有機廢水處理現狀

1.1 有機廢水的處理

近些年，國內外學者分別對易降解有機廢水、難降解有機廢水和有毒有害型有機廢水的處理分別進行了研究。國內外採用AnMBR處理3種不同類型的有機廢水處理 如表2所列。AnMBR具備汙泥濃度高、泥齡長、耐衝擊負荷能力強等優點，在處理高濃度廢水、低能耗運行方面具有好氧MBR無法替代的優勢，已經在高濃度和複雜有機廢水 處理方面展現出很好的應用前景。AnMBR中的膜組件有三種組合形式，即外部錯流式、內部浸沒式、外部浸沒式 ，如圖1所示。

圖1 膜組件有三種組合形式

1.2 影響AnMBR反應器去除有機物效率的因素

1.2.1 溫度

溫度是影響AnMBR去除有機物效能的重要因素。AnMBR可以在高溫(50~60℃)或中溫(30~40℃)條件下運行 。如果AnMBR在低溫條件下運行，生物量增長放 緩並且需要更長的固體停留時間(Solid Retention Time, SRT)來穩定系統 。AnMBR啟動可以在適宜條件下相對較快地實現 。大多研究者都更傾向於研究具有普 適性的中溫條件下的AnMBR反應器運行。王浩宇 等在利用一體式AnMBR處理生活汙水試驗中發現，AnMBR在35℃條件下的COD平均去除率是90%，在25℃條件 下的COD的平均去除率為77.1%。李玥 處理模擬苯並噻唑廢水時，觀察到35℃、25℃和15℃條件下，出水COD的去除率分別為89.9±1.1%、88.6±1.5%和69.3±2. 9mg/L，認為出現這種現象的原因是：厭氧汙泥中的微生物對溫度感知比較敏感，溫度降低導致酶活性降低，影響了基質的擴散速率，導致反應器對COD的去除率明 顯降低；當將溫度從35℃調整至25℃時，COD去除率也比較穩定這是因為厭氧汙泥自身具有一定的抵抗溫度的能力。Ferrari等 通過研究中溫條件下的微生物群落 結構和活性如果AnMBR中的溫度由低溫狀態一旦恢復到23℃和35℃會增加中溫菌群的活性，中溫菌群在整個反應過程中佔主導地位。JAEHO 等 在保持其他條件 不變的情況下，將AnMBR分別在25℃和15℃下運行，COD去除率分別為95%和85%，這說明了溫度降低對AnMBR的去除效率有較大的影響。曾慶鵬等 分別在溫 度為(14℃~27℃)和(30℃~32℃)下的試驗研究，發現由於溫度升高可以增強厭氧微生物的活性，COD去除率從75%增加到88.4%。

對比上述數據，可以明顯的看到，溫度是影響 AnMBR運行的重要因素，因此，溫度降低導致酶活性降低，導致反應器對COD的去除率明顯降低，在23℃~35℃條 件下，中溫菌群在整個反應過程中佔主導地位。因此，在合適的溫度範圍下，適當提高溫度，可以提高AnMBR反應器內的微生物活性，提高反應速率。

1.2.2水力停留時間

水力停留時間(Hydraulic Retention Time, HRT)是指汙水與MBR內厭氧微生物作用的平均反應時間。HRT的長短對AnMBR的處理效率是有一定的影響。BERKES SA等 在厭氧條件下，使用AnMBR反應器去除MLSS濃度為22.00g/L的、MLVSS濃度為13.00 g/L的合成的高濃度有機廢水(葡萄糖(30.96g)，乙酸鈉(19.23g)，氯 化銨(4.30g)，磷酸氫二鉀(1.60g)，酵母提取物(1.00g)，其試驗結果表明，HRT為47d，反應器穩定運行時COD去除率> 98％，兩個反應器的平均滲透通量分別達到5 8.70L/(m ·h)和54.00 L/(m ·h)，這是由於HRT增加，生物膜上的異養細菌氯氟沙星被還原，從而導致膜通量增加，說明長HRT對增加膜通量是有利的。朱凱 處理 高濃度啤酒人工合成廢水(第一階段COD含量為1000mg/L,第二階段COD含量為1500~4000mg/L)，觀察到當HRT時間高於18h時改變HRT對AnMBR的影響不大，CO D的去除率增幅不大且相對穩定；當HRT小於18h時候，AnMBR對COD的去除率大幅減小，這是由於HRT若小於響應面的中心點，反應器有可能會出現揮發性脂肪酸 (Volatility Fat Acid, VFA)的累積進而不斷影響AnMBR內的菌群活性降低導致反應器處理效率下降。WANDERA等 使用浸沒式平板厭氧膜生物反應器處理生活汙水 時，觀察了HRT與跨膜壓差(Transmembrane Pressure,TMP)剖面圖，從圖中發現當HRT從20d到10d時，TMP從-3.91升至-5.8 L/（m ·h），斜率相對水平，此時可 以看出膜汙染最小。EVANS等 處理篩選後的生活汙水，COD有機負荷為1.3~1.4 kg ·m ·d 觀察到粒狀活性碳(Granular activated carbon, GAC)流態化AnMB R的HRT比氣體噴射AnMBR短65%，AnMBR中懸浮固體和膠體有機物的濃度更高。BURMAN等 根據以往對飼料廢水的研究發現在整個試驗期間，反應器的總HRT 保持在2d不變。除取樣目的外，在整個操作期間未抽出汙泥樣品。由於該HRT對COD的去除率較高(89~90%)，可以將HRT優化為2d。

基於AnMBR運行泥水分離的運行特點，也有學者對長時間保持SRT運行及跨膜壓差的狀態進行了研究。汙泥停留時間（Sludge Retention Time, SRT）指曝氣池 微生物細胞的平均停留時間，表示為懸浮固體物質從反應器前後被排出的時間間隔，又稱為汙泥齡 。SRT對維持微生物功能群的平衡，維持群落活性，提高固體廢 物向液相釋放有機物的效率起著重要作用 。GIMÉNEZ等 利用AnMBR處理生活汙水，HRT變化範圍為6h~20h，SRT為70d, 穩定運行期間COD的平均去除率為 87%，出水COD平均濃度為77mg/L。王浩宇 使用一體式AnMBR處理生活汙水則觀察到當HRT在0.25d~3d之間，當HRT大於1d時，AnMBR內的微生物菌群大部分 已經發揮了最高的處理能力，增大HRT不會大幅度提高AnMBR對COD的去除率反而會增大能源消耗，保持AnMBR的SRT在300d，整個運行期間AnMBR並未出現酸 現象。ADEM等 將AnMBR和AeMBR在SRT為無限、60d、30d的條件下研究了AnMBR處理紡織廢水的性能的影響，AnMBR的HRT控制在2.1±0.13d，AeMBR的H RT控制在1.55~1.0d, 發現由於生物質濃度的降低，SRT降低使短時間內平均COD去除率從86%下降至65%。

因此，從上述數據，可知長的HRT和SRT對AnMBR反應器的整體是有利的，而且甚至在HRT超過最適HRT一定程度時，AnMBR反應器依舊正常運行只是能耗增 加，並且少有出現產酸現象，SRT的長短也影響AnMBR反應器的處理效率，增加SRT的運行時間會使得AnMBR系統穩定。長的HRT的雖能提高去除率，但卻降低了 反應器的運行效能，因此解決增加SRT同時減少HRT的矛盾問題也是AnMBR亟待解決的操控問題。

1.2.3 有機負荷率

有機負荷率(Organic Load Rate, OLR)是指單位體積濾料(或池子)單位時間內所能去除的有機物量，它是生物濾池(或曝氣池)設計和運行的重要參數 ，OLR對A nMBR中的微生物生長代謝和維持反應器正常運行十分重要。SVOJITKA等 研究用AnMBR處理製藥廢水和化學工業廢水，經過試驗驗證認為，OLR為2.5 kgCOD· m ·d 時，COD去除率約為90%。XIAO等 利用中試規模的AnMBR，在OLR為4.7gCOD/(L·d)的強度條件下處理廚房廢水泥漿試驗，結果表明在140d穩定運行且 無汙泥排放的情況下，COD的去除效率可以達到78％。曹琦等 研究表明，使用AnMBR處理餐廚垃圾廢水，OLR為15.00 kg ·m ·d 時，各物質的去除率、產氣 量和系統穩定性都保持較高水平，COD去除率達98%。當將OLR升高至20.00 kg ·m ·d 時，膜表面球形桿菌屬佔40.23%，古菌屬含量為4.42%，膜表面微生物 豐度發生變化，OLR升高影響了膜表面的微生物豐度從而加劇膜汙染。TOMOHIRO等 研究了正常運行了120d的AnMBR，突然將OLR從2.3 kg ·m ·d 增加到1 1.6 kg ·m ·d 時的微生物群落動態變化情況，研究表明，OLR突然大幅度提高，VFA積累突增，產酸菌群佔優勢，使得產甲烷菌落被破壞。ARVIND 等 觀察 到，當OLR從1.36 kg ·m ·d 增加到3.18 kg ·m ·d 時，出水COD去除率由94.1±2.5%降至90.2±1.4%，OLR過高處理效果會變差。

通過分析表明，AnMBR可以處理各種OLR濃度的有機廢水，OLR升高容易導致反應器內VFA積累，甲烷菌無法及時利用造成累積影響AnMBR正常運行，OLR升 高也影響了膜表面的微生物豐度加劇了膜汙染，導致反應器處理效果變差，因此，選取合適的OLR對AnMBR的運行是十分重要的。

1.3 能量回收與成本

AnMBR與MBR相比，剩餘汙泥產量少，不需要向反應器中鼓入氧氣並將可生物降解的有機物轉化為氣態能量載體CH 得以回收 ，JEISON等 通過運行價 值50萬歐元/套及4.6萬歐元/套的淨水處理設備試驗表明，目前的能量回收相對於膜材料及運行成本來說不值得一提，但卻是趨勢和好的開始。Kim等 研究了AnMB R的產能問題，使用AnMBR反應器處理高濃度(進水總COD為513mg/L)易降解有機廢水，推斷出為維持反應器流態所需的總能量大約佔產生CH 的30%，數值為0.058 (kw·h)/m ，也即僅使用所產生的30％的甲烷就可以覆蓋該能量，其中AnMBR消耗0.028 (kw·h)/m 。Pretel等 使用AnMBR處理城市汙水的研究發現其能源需求為 0.07 (kw·h)/m ，遠低於MBR（0.3-0.55 (kw·h)/m ）和傳統活性汙泥系統(0.19 (kw·h)/m )，因此，就能量消耗而言，AnMBR工藝比其他當代廢水處理技術更具能源 效率。MALEKI等 以2000 m /d的流量估算了一個在中溫條件下處理麥芽廢水的AnMBR反應器的資本成本和運營成本分別為360萬美元和420209美元/年。在低溫 過程中，將產生的沼氣在90%的高效冷凝爐中燃燒，每天可產生63383MJ的能量。所產生的能量可用於AnMBR裝置所需的能量。以每立方米甲烷0.5美元的價格出售 所生產的沼氣 ，每年可獲得323846美元的收入，這可以抵消很大一部分運營成本。

AnMBR技術有可能以靈活的方式與其他處理技術相結合，利用其工業企業中間副產物生產產品或回收能量，如PAN 等 使用乙醇和醋酸為原料(乙醇/醋酸=3)An MBR反應器長期生產乙酸，生產可以利用的能源。PEYMAN等 利用細菌厭氧膜生物反應器(PAnMBR)與紫外技術結合，即在紫外低照度下處理城市汙水的光反應， 通過試驗發現，比紅外和普通照明結合的技術能源成本最高可以降低高達97%。SERGI等 將AnMBR與正滲透(FO)、反滲透(RO)相結合處理城市汙水並通過敏感性 分析表明，當在閉環方案中將FO回收率限制為50％時，實現的最低廢水處理成本估計為0.81€m 。低FO膜通量被確定為限制因素，達到10 L/(m ·h)的FO通量將顯著 提高FO-RO-AnMBR系統在汙水處理中的競爭力。AnMBR技術也可以通過改變內部結構或工藝來減少能源消耗，如張淳之等 研究發現，AnMBR內構件的改造設計 與內部流態特性的變化之間有很深且重要的聯繫，通過改造反應器內的構件設計來選擇合適的流態特性，可以降低運行成本，提高反應器去除效率，進而提高出水水 質。因此，儘管膜成本隨著科技的發展在慢慢減低，但它們仍然是限制膜生物反應器應用的關鍵問題之一。

因此，AnMBR淨水能耗雖高於其他，但在回收甲烷技術，反應器水力器結構完善、膜技術的進步，與其他工藝相結合處理廢水一定會大有發展。

膜汙染是由於顆粒物、膠體、可溶性有機物、無機物、微生物細胞等沉積在膜的表面、孔隙和孔隙內壁，使得膜孔徑變小或者堵塞，從而造成膜通量降低和透膜壓 差升高的現象 。膜汙染是MBR的主要缺點之一，它阻礙了系統的穩定運行，影響了膜通量，增加了膜組件的成本。膜汙染的獨特特徵表明，厭氧消化過程中產生的 無機汙染物和微生物膜表面的沉積量比好氧MBR膜表面低 ，但由於AnMBR通常在較低的膜滲透通量下運行 ，且AnMBR的具有低汙泥可過濾性的特點，這也 加劇了膜汙染 。

2.1 影響膜汙染的因素

膜汙染一般是由於進樣基質中的各種成分之間以及這些成分和膜表面之間的複雜物理、化學和生物相互作用引起的 。膜汙染機制主要有 ：（1）汙染物 和膠體在膜表面和膜內部的吸附；（2）汙泥絮體沉積在膜表面；（3）膜表面泥餅層的形成；（4）形成凝膠層；（5）在系統長時間的運行過程中，汙染物組成的變 化。已有研究發現濾餅的形成是控制適用膜滲透通量 和臨界通量 的主要因素。膜汙染會導致膜組件堵塞，膜的截留作用減小，使得膜壽命降低及運行成本增加 等。AnMBR膜汙染通常包括生物汙染、有機汙染和無機汙染(氮、磷等無機營養物質) 。影響其膜汙染的因素有直接因素和間接因素，直接因素包括胞外多聚物(EP S)、粒徑分布(PSD)、可溶性微生物產物(SMP)汙染等；間接因素是廢水特性及運行因素帶來的膜汙染，主要包括HRT、SRT、攪拌速度、OLR、溫度和pH值等 。 相關研究表明，高剪切應力能夠降低微生物活性和生物絮凝作用，同時還可以增加混合液中SMP的釋放量，使膜汙染程度減弱 。PEYMAN等 處理城市汙水 時發現，運行過程中AnMBR反應器中的汙染物及中間過程產物很容易附著在膜表面，導致膜通量和分離效率顯著降低，同時也發現，橫流操作能夠減少膜上的顆粒沉 積，每當橫流速度增加時，膜的性能都會得到改善 。BÉRUBÉ等 研究發現，膜通量主要受TMP值和膜鬆弛持續時間的影響，剪切力在膜汙染中起著非常重要的 作用。王順 研究AnMBR反應器處理含酚廢水時也發現，錯流流速增大，大顆粒造成膜汙染程度大大減小 。

膜組件是 AnMBR的核心組成，膜材料、孔隙率、親水性等都會影響系統的整體性能 。膜組件可以按照膜材質的不同，分為無機膜和有機膜。有機膜組件和無 機膜對比如表3所列。

表3 有機膜組件和無機膜對比

KANG等 研究了不同膜材料對膜汙染的影響並對其汙染特徵進行了比較，結果發現，有機膜和無機膜存在完全不同的汙染特徵。ZHANG 等 研究發現 EPS 與三種膜之間親和能力順序為: PAN＜PVDF＜PES，即 PAN 膜具有更強的抗汙能力。GAO等 分別用聚偏氟乙烯膜(PVDF)和聚醚醯亞胺膜處理超濾區的廢水，結 果發現，後者比前者汙染速度得更快 ；納米材料用於膜表面改性技術引起廣泛關注，比如將TiO 納米顆粒加入以PVDF為基膜的膜表面，該膜對蛋白質有較好的抗 汙染性 ，這證明了膜材料在結垢中的重要性。

以上資料表明，膜汙染是影響AnMBR運行效率及降低運行成本的重要因素，膜材料及高剪切力的操作運行對於膜汙染的減緩與提高運行周期及效率是重要的因 素，因此膜材料的技術發展及AnMBR機理及操控技術進步是AnMBR是推廣和使用的最重要的技術支撐。

2.2 胞外多聚物和可溶性微生物產物

在AnMBR反應器中，活性汙泥與汙水混合液特性決定了膜過濾的性能和出水水質，而表徵活性汙泥與汙水混合液特性的兩個重要因素有胞外多聚物(EPS)和可溶 性微生物產物(SMP) 。EPS是指通過不同的化學和物理方法提取的與細胞表面結合的有機高分子 ，起到維持活性汙泥的形態和形狀 ，起到保護微生物的 作用 。SMP是指由於細胞溶解、EPS水解以及微生物與周圍環境相互作用而釋放到原來混合液中的微生物產物 ，大多研究者認為，EPS和SMP的變化與膜汙染 的加劇或緩解程度密切相關，並且隨著EPS和SMP濃度的增加，膜組件的過濾阻力也隨之增加 ，EPS的組成、微生物的活性都會受到剪應力的影響，可能會影響S MP的後續釋放 。

EPS，SMP主要由多糖和蛋白質組成 ，對膜汙染影響可以通過比較其中的多糖和蛋白質質量分數的變化情況從而分析出微生物對有機物質的耐受性。李碩等 研究發現，EPS在廢水處理的過程中起著重要的作用，EPS中多糖、蛋白質等物質的因質量分數不同而影響EPS的帶電性和親水性，導致顆粒汙泥的帶電性和親水性 的不同。柳鋒等 將生物接觸氧化法(Biological contact oxidation reactor,BCOR)與MBR結合，利用三維螢光光譜對上清液的SMP的微生物特性進行研究，分析組 合工藝膜汙染的變化原因，為合理控制膜汙染提供新思路。賈學斌等 在對厭氧微生物降解苯酚過程中胞外蛋白（Protein, PN）及多糖（Polysaccharide, PS）變化 研究中發現，胞外多聚物(EPS)和可溶性微生物產物(SMP)是微生降解有機物過程中產生的耐受性應激反應，微生物為提高對苯酚毒性的耐受性，分泌大量的EPS和P N來抵抗苯酚毒性，當苯酚濃度為100mg/L時，PN值增加2倍多。

由以上分析和研究表明，胞外多聚物(EPS)和可溶性微生物產物(SMP)是微生降解有機物過程中產生的耐受性應激反應，由此對膜過濾性能造成不利及汙染加劇， 這是AnMBR運行效能的兩面性，因此，解決控制EPS和SMP濃度與膜過濾性能矛盾，也是決定AnMBR能否快速推廣使用的重要的一方面。

2.3 膜汙染的減緩措施

通常情況下，膜汙染分為可去除汙染、不可去除汙染和不可逆汙染。可去除汙染是由鬆散附著的汙泥絮凝物在膜表面上形成濾餅層造成的，它可以通過物理清洗方 法(如反衝洗)去除；不可去除汙染是由於膜孔堵塞和過濾期間膜表面強烈附著的汙泥引起的，歸因於膜孔堵塞，它可以通過化學清洗方法(如酸性清洗)去除 。而不可 逆汙染則是永久性汙染 ，現有技術方法都無法將其徹底消除。TOMOHIRO 等 採用高通量測序的方法研究了AnMBR膜組件的微生物組分，試驗發現，由原核生 物和真核生物組成的附著生物膜，膜最下層的汙垢呈網狀，由絲狀的微生物或有機物組成，膜上層的汙垢通過沉積形成了濾餅層，主要是非細胞區域，分析表明，膜材 料上的微生物與汙泥中的微生物不盡相同，膜材料上的微生物上的微生物形成不利於減緩膜汙染。LIAO等 在反應器運行過程中，利用AnMBR短期階段性的操作， 可以有效減少膜汙染，分析表明，反應器階段性的短期運行，膜表面汙垢並未成型，可以有效減少膜汙染。

有些學者更傾向於改變膜材料表面性能或在反應器投加吸附及絮凝材料從而提高膜材料的特性，減輕膜汙染的研究。KOCHKODAN等 在膜表面利用UV/氧化 還原引發的接枝聚合和用親水性聚合物層對膜進行物理塗覆改性的方法，通過調整膜粗糙度、膜親水性和膜電荷等參數，可以很好地減少膜的微生物汙染。PENG等 利用熱誘導相分離(TIPS)技術對β相聚偏二氟乙烯(PVDF)平板膜進行澆鑄，然後進行高壓極化處理，使PVDF膜具有壓電特性，並在AnMBR處理廢水同時施加電場 時，壓電β-PVDF膜可有效地減輕膜汙染。ZHEN等 利用在AnMBR反應器中投加聚氯化鋁(Poly Aluminum Chloride，PAC)處理合成汙水(COD為500±50 mg/L， 氨氮為40±5 mg/L，總磷為5.0±0.5 mg/L，沒有添加懸浮固體)時，發現即便是在長期運行(超過140d)後，仍能有效控制膜汙染，且在HRT為8h時，膜汙染的速率從3.1 2kPa/d降低至0.89 kPa/d。ZHANG等 利用在MBR反應器中添加PAC，試驗得到PAC最佳補充比率為1.67％時，可以有效的膜汙染緩解和增強的優勢細菌結構。 考慮PAC是推進AnMBR應用的一種有前途的方法。降低膜汙染的效果。同樣，YANG等 研究也發現，投加PAC進行吸附可以減少25％的膜清洗和膜組件更換費 用。

也有學者通過生物群體猝滅(Quorum-quenching, QQ)和超聲波等技術方法，來研究膜汙染的機理，以期獲得較好的減緩膜汙染的效果。XU等 研究了AnMBR 生物群體猝滅對膜汙染機制和生物產能的影響，研究表明，QQ能改變EPS濃度和減緩濾餅層(Cake layer，CL)的形成，且對COD去除和甲烷回收沒有造成任何影響。 在王珂等 研究AnMBR厭氧消化反應過程時，也發現膜組件上主要汙染物質來自於濾餅層，並使用原位在線超聲波控制技術來控制和減緩濾餅層的汙染，藉助高能 超聲波脈衝，將膜材料與其汙染物分離，較好地減緩了膜汙染程度。

由貼近膜材料的絲狀微生物和有機物組成網狀結構及其之上的沉澱汙垢形成的濾餅層，是膜汙染及通過性阻力的主要因素，可通過膜材料熱誘導相分離及高壓極化 處理改性、反應器投加聚氯化鋁和粉末活性炭、生物群體猝滅及高能超聲波脈衝等方式，可以有效改善膜過濾性和膜汙染現象，提高膜的使用壽命及水處理的成本降 低。

（1）AnMBR是一種將厭氧發酵工藝與膜分離工藝相結合的汙水處理新型工藝，具備汙泥濃度高、泥齡長、耐衝擊負荷能力強等優點，隨著膜工藝理論與技術以及 膜材料技術的進步，在高濃度廢水和複雜有機廢水的處理、低能耗運行方面一定展現出很好的應用前景，必將成為一種有前途的綠色生物處理技術。

（2）溫度、HRT及OLR等是影響AnMBR反應器去除效率及減輕膜汙染的重要操控因素。合適溫度範圍下適當提高溫度，可以提高微生物活性，提高反應速率。 適當長的HRT和SRT對AnMBR反應器的去除效率提高是有利的，且少有出現產酸現象，但長的HRT對於去除效能不利；OLR升高容易導致反應器內VFA積累，也影響 了膜表面的微生物豐度，加劇了膜汙染。因此，解決減小HRT與運行效能之間的矛盾，以及提高反應器高OLR下的膜汙染問題，對於AnMBR反應器推廣使用和運行是 較為重要的研究內容。

（3）目前的AnMBR反應器的能量回收相對於膜材料及運行成本雖不值得一提，但在解決膜材料性能、AnMBR反應器內部結構水利條件及與紫外技術、滲透技術 及其他工藝等結合後一定會大有發展的。

（4）膜汙染是影響AnMBR運行效率及降低運行成本的重要因素。貼近膜材料的絲狀微生物和有機物組成網狀結構及其之上的沉澱汙垢形成的濾餅層，是膜汙染及 通過性阻力的主要原因；胞外多聚物(EPS)和可溶性微生物產物(SMP)有利於加強微生在降解有毒有害的物質，但也能對膜過濾性能造成不利及汙染加劇。因此，解決 控制EPS和SMP濃度與膜過濾性能矛盾，是決定AnMBR能否快速推廣使用的重要的一方面。

（5）利用UV/氧化還原引發的接枝聚合、用親水性聚合物層對膜進行物理塗覆改性、熱誘導相分離（TIPS）技術對β相聚偏二氟乙烯（PVDF）平板膜進行澆鑄及 高壓極化處理等方法改變膜材料表面性能及高剪切力的階段性短期操作運行或投加聚氯化鋁和粉末活性炭、群體猝滅及高能超聲波脈衝等方式，可以有效改善膜過濾性 和膜汙染現象，提高膜的使用壽命及水處理的成本降低，這是決定能否使AnMBR反應器快速推廣使用的技術關鍵。

AnMBR是一種處理有機廢水有前途的綠色生物工藝，具有產生可在生能源的巨大潛力。AnMBR工藝的推廣和使用具有很大的發展前景。

（1）在膜材料技術及AnMBR反應器生物降解機理研究有了長足進步之後，水處理建設成本及運行成本一定會大大降低。

（2）在解決了溫度、HRT及OLR等操控因素的最佳技術參數之後，AnMBR反應器一定會在運行效能和能量回收方面有長足進步。

水利水電技術

水利部《水利水電技術》雜誌是中國水利水電行業的綜合性技術期刊（月刊），為全國中文核心期刊，面向國內外公開發行。本刊以介紹我國水資源的開發、利用、治理、配置、節約和保護，以及水利水電工程的勘測、設計、施工、運行管理和科學研究等方面的技術經驗為主，同時也報導國外的先進技術。期刊主要欄目有:水文水資源、水工建築、工程施工、工程基礎、水力學、機電技術、泥沙研究、水環境與水生態、運行管理、試驗研究、工程地質、金屬結構、水利經濟、水利規劃、防汛抗旱、建設管理、新能源、城市水利、農村水利、水土保持、水庫移民、水利現代化、國際水利等。