文件综述：错流式厌氧MBR处理生活废水的研究

培训动态 2025年08月02日 21:13 27 sansa2025

引言

水资源的宝贵程度向来是众所周知的，我国虽然地大物博，却是世界上13个最贫水的国家之一。并且随着农业、工业、服务业的发展，社会的用水需求逐渐增加。面对日益增加的供水压力，我们不仅需要合理利用现有的水资源，还必须要保护水源地不受污染，此外，更需要研究如何治理并回用污水，以减轻水源地的负担。

根据设置污水处理工艺选择的原则“三高三低”[1-2]，污水处理流程的设计需要符合科技含量高、设备国产化程度高、出水水质高的条件，同时要满足造价低、运行成本低、占地指标低的要求。污水处理是一项兼具环保效益和社会效益[3]的事业，其建设和运行往往受到资金方面的限制，而科技含量和造价、运行成本往往形成矛盾。因此污水的处理处置，不仅要使水质得到改善，同时还要实现污水处理过程中的资源化，即污水处理的过程中要产生有经济效应的产物，以降低其需要投入的资金成本。

目前世界范围内应用最广泛的传统活性污泥法[3]，其主要构筑物是曝气池、沉淀池、污泥回流以及剩余污泥排放系统。其优点明显体现在处理能力好、出水水质优秀，然而其缺点也很明显，主要体现在基建费用和运行费用高昂、能量消耗巨大、管理较为复杂，而且容易发生污泥膨胀、污泥上浮的现象，因此并不符合人们追求的最为理想的污水处理设备的要求。

厌氧生物处理方法相较好氧生物方法而言，首先，因不需要供氧所以耗能较低，其次，厌氧生物处理的过程中，有机物一部分转化成可燃气体甲烷，甲烷容易与水体分开，能实现有效的回收利用。理论上，除去每千克COD可以产生0.35立方米的甲烷气体，等于回收了2985.15千卡的能量[4]。因此厌氧处理方法更加符合资源化的要求，应该得到更多的重视。

1.厌氧技术发展历程及介绍

1.1厌氧反应器发展历程

自1881年，Louis Mouras发明了“自动净化器”开始，人类便开始了利用厌氧生物过程处理废水废物的新纪元。

第一代厌氧反应器即为传统型污泥消化池和废水厌氧反应器。在20世纪50～60年代前，应用于污泥的稳定化和污水处理处置。代表作是沼气池[5]，虽然结构简单、投资少、运行方便，但是有处理时间长、占地面积大、效率低等缺点，并且泥水混合，即HRT=SRT，微生物会随着出水流失。

第二代厌氧反应器于20世纪70年代后出现，代表作是升流式厌氧污泥床,即是UASB[6]。第二代厌氧反应器提高了微生物的浓度，处理效率得到提高，并且实现了水力停留时间与生物停留时间的分离，使得HRT>SRT。但是UASB存在许多的不足，例如启动运行时间较长、对水质和负荷较敏感、缓冲能力小、不适用于处理SS较高的废水等。

第三代厌氧反应器工艺于20世纪90年代后应用于高浓度的、SS含量较高或者对微生物有毒性的有机废水处理，代表作是厌氧膨胀颗粒床反应器（EGSB）。其改善了污水中有机物与微生物的接触，强化了传质效果，提高了反应器的处理效能。但是悬浮固体通过颗粒污泥床时，会随着出水被冲出，难以得到降解，因此不适用于处理固体物含量高的废水。

1.2厌氧反应器应用现状

发展到现在，常用的新型厌氧生物处理有厌氧接触法、厌氧滤池（AF）、升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧膨胀床（AAFEB）和厌氧流化床（AFB）、厌氧生物转盘、厌氧挡板式反应器、IC厌氧反应器、EGSB厌氧反应器[7]。

由于各种厌氧生物处理设备均存在各自的局限性，因此研究新一代厌氧反应器工艺势在必行。

2．厌氧膜生物反应器（AnMBR）的概念及应用现状

MBR（membrane bioreactor），膜生物反应器，是将生物降解作用与膜的高效分离技术结合而成的一种污水处理与回用工艺。MBR中的膜组件代替了传统的活性污泥法中的沉淀池，能截留污染物和大分子有机物，使污泥龄与HRT分离。

厌氧MBR即是将厌氧生物处理与MBR相结合的产物，具有两者的优点。Janardhan Bornare[8]等人的报告中指出，在处理低浓度生活污水的时候，厌氧MBR也有着优秀的表现。 Seung Hyuk Baek[9]等人在实验室条件下，证实了在不同的HRT、SRT以及进水COD浓度的情况下，AnMBR都具有相对稳定可靠的去除COD的作用。R. Pretel[10]等人的研究表明，在考虑了电源要求、甲烷的能量回收、膜清洗试剂的消耗、污泥处理过程的消耗等因素之后，AnMBR技术是一个能源生产者，在处理低硫酸盐流入物时，可以节省相当多的成本。他们的研究表明AnMBR在处理城市废水和城市固体废物的有机部分时，具有经济和环境可持续性。

但是，目前MBR 的应用及工程主要是在日本以及欧美国家进行[11]，并且在膜生物反应器中，98%都是好氧膜生物反应器，仅有不到2%是厌氧膜生物反应器。可见对厌氧MBR还有很多的研究价值和空间。

3、旋转错流式MBR的发展

3.1错流过滤的概念及应用

错流过滤是利用多孔状的膜材料作为过滤的介质所进行的一种物理分离。这种方式以压力作为驱动力，通过剪切力来阻止滤饼的形成。周文龙[12]的研究显示，错流过滤在啤酒生产行业中具有生产出更优质的啤酒的可靠性和适用性。邓春华[13]在试验中发现，使用错流式膜生物反应器可以使膜通量的衰减速度减缓。

3.2主动错流过滤的概念及应用

驱动电机带动浸没在滤液中的膜组件组成的转盘旋转运行，使膜组件与滤液之间产生相对切向运动，便是主动错流过滤，也称为旋转错流式过滤。得益于旋转错流膜过滤过程中膜组件在切向运动的过程里产生的剪切力、离心力和滤液湍流，使得膜表面溶质向液体主体反向运动，以此来消除浓差极化。与此同时，冲刷能够使膜表面的滤层剥离，有利于提高膜通量[14]。

刘浩亮[15]等人首先将主动错流式膜过滤设备与A/A/O-MBR组合工艺流程相结合，用以处理城镇生活污水，实验结果COD和去氨氮的除率达到91.3%和98.0%，并且膜污染的速度得到减缓，操作过程中的能源消耗比传统曝气运行方式节省60%。徐曼[16]等人应用旋转错流式膜过滤技术处理船舶含油污水，COD去除率为91.12%，证明该技术具有广泛的实用意义。

4、总结

在过去，由于膜组件价格昂贵，因此尽管厌氧MBR技术具有诸多的优点，但是其发展和应用受到了资金上的限制。如今随着技术的发展，膜的成本将会逐渐下降，但是仍有另外一个阻碍MBR技术发展的重要因素，那便是膜污染。浓差极化和膜污染导致的膜通量下降，是目前厌氧MBR所不被广泛认同的最主要的原因。由于物理清洗方法存在局限性，因此目前的MBR公司多采用化学清洗[17]。

为了解决膜污染问题，减少膜清洗的能耗和次数，一种结合了旋转错流式膜过滤技术的厌氧MBR应运而生，这也是笔者接下来要研究分析的主要内容。根据旋转错流式膜过滤技术在以往实验中的表现，笔者相信其在厌氧MBR中的应用将使厌氧反应器的发展和应用取得突破性进展。