摘要：綜述了厭氧膜生物反應器中的微生物種群與分布特點、厭氧膜生物反應器在污水處理中的應用情況， 討論了影響厭氧膜生物反應器性能的主要參數、膜的污染預防與控制等，最后探討和展望了厭氧膜生物反應器的 應用前景，并指出了該領域今后的研究方向。

關鍵詞：厭氧；膜生物反應器；生物種群；膜污染；污泥減量化

厭氧膜生物反應器（AnMBR）是厭氧處理技術 和膜技術有效結合的污水處理工藝。單純采用厭氧 處理時其出水水質較差，而膜的引入可以代替其后 續處理單元，通過膜截留作用，能顯著改善反應器 固液分離效果，使反應器中微生物濃度維持在較高 水平，較好地彌補了厭氧處理容積負荷低的缺點。 另外，AnMBR由于可以維持較長的污泥停留時間， 因此污泥產量低，甲烷轉化率高，出水水質好。近年來隨著膜組件成本的下降和膜性能的不斷提高， 國外對AnMBR的研究日趨活躍，而國內的研究則 剛剛起步。

1 AnMBR中的微生物

系統內微生物種群數量是決定厭氧工藝處理能 力的主要因素之一。除了廢水組成、操作條件外， 反應器類型也影響產甲烷菌種群數量。在厭氧反應 器中主要存在兩類產甲烷菌：甲烷八疊球菌和甲烷絲狀菌屬。

1．1 AnMBR中的微生物種群

膜在厭氧反應器中的應用不但可以增加微生物 的數量，還可以改變優勢種群。Ince O等［1］研究 AnMBR中微生物種群的變化時發現，從城市污水 的消化池中接種污泥，其最具優勢的群落為甲烷球 菌屬，其次分別為甲烷八疊球菌、短桿菌、中桿 菌、絲狀菌以及長桿菌。而在AnMBR中發現優勢 種群出現了變化，相應的順序為：中桿菌、短桿 菌、甲烷八疊球菌、長桿菌以及絲狀菌。運行14 周后，產甲烷菌和非產甲烷菌都相應增加了50% 和20%，同時具有活性產甲烷菌急劇增加。自體熒 光產甲烷菌與細菌總量的比值在6．7%到8．3%之 間變化，具有生物活性的產甲烷菌增加了近20倍。

1．2 AnMBR中微生物濃度

由于膜的截留作用，可以維持反應器中高濃度 的微生物量，從而提高反應器的容積負荷。在 AnMBR運行的前期，由于微生物的積累，污泥增 長速率很快，MLVSS的質量濃度可達到數十g／L。 同時膜對微生物濃度分布也有影響，Choo K H等［2］ 發現，在0．5 m／s的流速、0．1 MPa的壓力下，經 過20 d的運行，反應器內MLVSS的質量濃度從 2 410 mg／L降低到920 mg／L，而膜表面附著的微 生物的質量濃度增加到20 700 mg／L，系統中約有 16%的微生物轉移到了膜表面。

2 AnMBR的應用

AnMBR的研究基本與膜生物反應器發展同步， 1972年Shelf等開始了厭氧膜生物反應器的研究工作，隨著對AnMBR研究的不斷深入，其應用范圍 也不斷擴大。

2．1 AnMBR在城市污水處理中的應用

國內較早研究AnMBR在城市生活污水處理中 的應用的是清華大學，在1999年，采用AnMBR 處理城市污水，在溫度為12℃，水力停留時間為 4 h，出水的BOD5和TSS的質量濃度都小于30 mg／L。國外的研究同樣表明，應用AnMBR處理城 市污水，出水的水質較好。

2．2 AnMBR在工業廢水處理中的應用

工業廢水水質差異很大，不像生活污水那樣具 有較多的共同特點，因此，AnMBR在處理工業廢 水具有相對優勢。南非Membratek公司在20世紀 80年代研究了AnMBR用于高濃度工業廢水，特別 是食品和釀造業的廢水處理。90年代初，美國在 俄亥俄州建造了一套用于處理某汽車制造廠的工業 廢水的AnMBR系統，處理規模為151 m3／d，COD 去除率達94%，絕大部分的油與油脂均被降解［3］。

2．3 AnMBR在脫氮中的運用

Ewa W等［4］采用AnMBR用于地下水脫氮，反 應器采用固定床與膜組合，其中膜為毛細管纖維 膜，水力停留時間0．2 h時，反應器的脫氮效率可 以達到10．2 kg［NO 3 － ］／（m·3d），處理后的出水NO 3 － 的質量濃度不超過44 mg／L。使用的毛細管膜去除 水中的懸浮細菌，出水細菌濃度可以控制在幾個細 菌每毫升，過濾后的水可以進一步處理后用于工業 或飲用水等。

Bioscan A／S公司開發了處理農業泥漿的 Biorek工藝。該工藝包括Aduf、氨氮去除以及反 滲透單元。反滲透單元可將脫氨氮后的出水處理到 飲用水程度［5］。Aduf工藝以豬糞為基質，HRT為6 d的情況下，COD去除率高于90%。Aduf工藝的 無菌出水含有較多溶解性營養物，汽提除氨裝置可 去除95%以上的溶解性氨氮，使其與CO 2 形成碳 酸氫銨肥料，同時可防止反滲透膜上結垢。

3.生物反應器的主要參數

操作參數不僅對膜的結垢影響很大，還與 AnMBR的性能如膜通量、COD去除率、出水水質 等有很大的關系。參數的選擇會嚴重影響到 AnMBR的整體效能的發揮。

3．1有機負荷

AnMBR的優勢之一就是適宜處理高濃度有機 廢水。如果系統運行穩定，則揮發性脂肪酸也會保 持在一定范圍，一般把揮發性脂肪酸作為有機負荷 的指示物。對不同的有機廢水，有機負荷相差很 大。從AnMBR處理各種廢水的效果（見表1）可以 看出AnMBR優良的性能，COD的去除率一般均超 過90%，而有機負荷可以超過40 kg／（m3·d），甚至 近70 kg／（m·3d）。

3．2溫度

要達到較好的處理效果，AnMBR的操作溫度 通常需較高。溫度較高時，可以降低溶解性微生物 代謝產物（SMP）濃度（粘度也降低），使膜通量也提 高。在一定的溫度范圍與壓力條件下，溫度每升高 1℃，膜通量增加1%～2%；然而最近有研究發 現，在常溫或低溫條件下，AnMBR也能夠取得較好的處理效果和較大的膜通量［11-12］。

4.膜系統主要參數

4．1膜材質

目前AnMBR使用的膜最好的是親水性陰離子 有機膜，膜的孔徑在0．1μm左右，膜材質從早期 的聚砜（PS）、聚丙烯睛（PAN）等超濾膜的使用發展 到以聚烯烴（PE和PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）為主 的微濾膜。日本膜專家通過長期的研究和實踐認為 用于成分復雜的污水處理聚偏氟乙烯和聚烯烴有 其優良的化學穩定性、抗氧化性和耐污染性，是最 有前途的膜材料［13］。AnMBR中使用的膜組件有平板膜、管式膜和中空纖維膜，發展到目前以中空纖 維膜為主。

4．2膜通量、壓力和膜面流速

由于AnMBR本身的特點，目前都采用分置式 AnMBR和錯流過濾的方式，壓力和膜面流速是很 重要的參數，因此對這兩個參數進行了很多研究。 Beaubien A等［14］考察AnMBR的最佳操作條件時發 現，壓力與通量之間的關系明顯出現兩個截然不同 的區域，即高壓區和低壓區，在低壓區，透過流速 主要與膜間壓力有關；在高壓區，水力條件則成為 控制因素。在低壓力區膜的滲透性和高壓區的臨界 通量的影響因素主要是微生物的濃度。在比較高的 錯流流速下（大于3 m／s），并沒有觀察到膜通量的 下降。臨界通量的確定對于控制膜結垢相當重要， 操作壓力高于臨界通量時結垢嚴重。在膜過濾器中 設置折流板，可以減輕結垢，大幅提高膜通量［15］。

5 AnMBR膜結垢的影響因素

AnMBR在使用過程中，會出現濃差極化和膜 污染，這兩種情況都是不利于膜分離過程的因素， 都將使膜的滲透流率下降，導致操作過程無法長時 間地穩定運行，這直接制約著膜分離過程的應用。 其中，膜的材料、污泥的組成等影響很大。

5．1膜材料

關于膜材料的影響，主要研究其對膜通量和 膜結垢的影響。Choo K H等［16］對AnMBR的研究 中得出通量的變化與所用膜的類型無關，但是對于 不同材質的膜，粘附和孔堵塞引起的污染程度有很 大的差別。Kang I J等［17］比較了有機和無機膜在厭 氧反應器中的結垢特性發現，對于無機膜，鳥糞石 （MgNH4PO4·6H2O）在膜孔中形成是膜通量下降的主要影響因素；然而，對于有機膜，微生物和鳥糞 石共同沉積在膜表面形成較厚的垢層影響膜通量。

5．2污泥組成

污泥組成也會對膜結垢產生顯著影響，而不同 廢水其結垢的機理也有差別。Choo K H等［16］發現 消化液上層清液中少量微小膠體是引起結垢的主要 原因，同時在消化液組成一定時存在一個最優的膜 孔徑（0．1μm），此時微濾膜結垢最輕。由于微生物 的活動會在污水中產生NH 4 ＋和PO 4 3－ ，如果污水中 Mg2＋的濃度較高時，就會在膜表面形成無機沉降物 鳥糞石，而鳥糞石的形成遵循溶度積的關系［3］。在 很多情況下，鳥糞石和微生物沉積在一起形成很硬 的垢層，嚴重影響了膜通量。污泥的顆粒尺寸對膜 通量也有很大的影響，厭氧污泥顆粒變小會形成更 多的污垢，引起膜通量呈數量級下降［17］。

5．3其它原因

膜的結垢主要是由于微生物引起的結垢，而操 作方式如錯流過濾流速、操作壓力同樣會影響結垢 的程度。泵的高剪切力會使細菌從反應器中向膜表 面聚集，這也會引起膜的結垢。

5．4結垢的預防及清洗

目前結垢的預防研究主要集中在選擇操作方 式、反應器結構以及改變污泥組成。操作條件方面 主要為采用錯流過濾并選擇恰當的流速以及壓力。 適當改變AnMBR的形式，如Lee S M等［18］在膜處 理前設置孔徑為63μm的預過濾器，對于減輕膜 的結垢、長時間運行有很好的效果。通過改變污泥 組成也可減輕結垢，Izzet O等［19］在處理含高氨氮 （ρ（NH4＋）＝2 240 mg／L）垃圾滲濾液時，按m（Mg2＋）∶ m（NH4＋）∶m（PO43－）＝1∶1∶1投加鎂鹽和磷酸鹽， 控制pH值在9．2時，反應后形成MgNH 4 PO4沉淀 而除去氨氮，去除率可達85%。

膜的清洗方法通常可分為物理方法和化學方 法。物理方法一般是指用高流速水進行沖洗，或將 膜組件提升至水面上用噴嘴噴水沖洗，用海綿球機 械擦洗和反洗（尤其適用于單皮層中空纖維膜）等。 它們的特點是簡單易行，費用低。近來新發展的抽 吸清洗方法具有不添加新設備、清洗效果好的優 點，受到人們青睞。另外，電場過濾、脈沖清洗、 脈沖電解清洗及電滲透反洗研究也十分活躍，具有 很好效果。

化學清洗通常是使用化學清洗劑，如稀酸、稀 堿、酶、表面活性劑、絡合劑和氧化劑等。它們的 作用主要是通過化學反應破壞膜面的凝膠層和膜孔 內的有機物，溶出結合在有機大分子中的金屬離 子。Lee S M等［18］采用一定濃度堿和酸，先后進行 堿洗和酸洗，膜通量可以恢復到新膜的89%。

6 AnMBR的發展與建議

AnMBR目前還未廣泛應用，除了成本過高外， 在技術上仍有些問題需要解決。

6．1膜的污染

膜的污染或結垢會造成膜通量迅速下降，導致 處理能力和能耗升高。建議：①開發能夠耐污染 的膜；②采用預處理如污水在進入膜之前進行預 過濾，降低污水的污染度；③針對具體的AnMBR 工藝開發出特效清洗工藝。

6．2溫度控制

目前AnMBR的運行溫度相對較高（30～55 ℃），如果要在我國使用該技術，則需要外加能量 維持溫度。要進一步研究常溫或低溫處理技術，擴 大使用范圍，同時以降低能耗。

7.結語

目前國內對AnMBR處理污水的研究才剛剛起步，而它在污水（尤其是高濃度污水）處理中具有獨特的優勢，隨著膜制造技術的不斷進步和成本的下降，只要解決好膜的結垢問題，AnMBR將會在厭氧生物法中占有一席之地。因此，針對不同的污水，我們應該研究反應器類型、操作條件以及污水組成對處理效果、結垢的影響，為AnMBR在污水中的實際應用積累有用的基礎數據與降解規律。來源：谷騰水網

參考文獻：略 作者: 俞慧玲