上海純水設(shè)備分析：高濃度有機廢水的處置
[關(guān)鍵詞]厭氧膜生物反應(yīng)器(AnMBR廢水處置；高濃度有機廢水
1介紹
近年來，高濃度有機廢水的處置處置引起了人們廣泛的關(guān)注，例如腸衣廢水、豬糞廢水、玉米乙醇生產(chǎn)廢水、奶酪廢水、屠宰場加工廢水、肉類加工廢水、棕櫚油加工廢水、羊毛洗滌廢水和奶制品廢水等。此類廢水中具有有機物濃度高、成分復雜、有毒有害等特點，如未經(jīng)處置直接排入水體將使水體遭受污染，對人類健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅。因此，對于高濃度有機廢水的處置是當今環(huán)境工程和環(huán)境科學領(lǐng)域研究的熱點。
目前，國內(nèi)高濃度有機廢水的研究多集中在厭氧生物處理。厭氧生物處理是厭氧微生物利用高濃度有機廢水中的有機質(zhì)作為自身營養(yǎng)物質(zhì)，適宜的條件下(如合適的溫度、pH等)將其轉(zhuǎn)化為沼氣的過程。此過程不只可以去除污水中的污染物，還可實現(xiàn)能源再生。激進厭氧生物處置具有投資省、運營利息低、易于管理控制及剩余污泥產(chǎn)率少等特點。
但是由于高濃度有機廢水的復雜性，采用激進厭氧消化技術(shù)在其能源轉(zhuǎn)化工程中遇到諸多問題，例如污泥上浮、污泥流失、VFA 累積等，最終導致運行的失敗。AnMBR一種有機結(jié)合厭氧生物處置單元和膜分離技術(shù)的新型廢水處置工藝，其不僅保留了厭氧技術(shù)的諸多優(yōu)點，而且膜組件的引入可以將微生物完全截留，從而實現(xiàn)了SRT和 HRT有效分離。上海純水設(shè)備也正因如此，厭氧膜生物反應(yīng)器具備污泥濃度高、泥齡長、耐沖擊負荷能力強等優(yōu)點，其在高濃度和復雜有機廢水處置方面展現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。
雖然 AnMBR有上述的許多優(yōu)點，但是AnMBR廢水資源回收方面仍然面臨著一些重大挑戰(zhàn)，這些問題主要集中在溫度，鹽度積聚，抑制物質(zhì)和膜污染。
2厭氧膜生物反應(yīng)器的基本原理和構(gòu)造
A nMBR一種將厭氧生物處置技術(shù)與膜分離技術(shù)相結(jié)合的工藝。AnMBR具有以下優(yōu)點：可將有機廢棄物轉(zhuǎn)化成甲烷再次利用，發(fā)生較小的剩余污泥、占地面積小、基建費用低、二次污染少，過濾性能好，有效攔截污染物和大分子有機物[6]對某些有毒物質(zhì)去除效果好，出水水質(zhì)理想。
根據(jù)厭氧處理的方式不同，AnMBR也有不同的構(gòu)造。罕見厭氧生物反應(yīng)器包括上流式厭氧污泥床(UA SB完全混合式反應(yīng)器(CSP和厭氧流化床生物反應(yīng)器(AFBR這些反應(yīng)器中，CSPAnMBR最常用的配置，其優(yōu)點在于構(gòu)造和操作較為方便。UA SB可以在生物反應(yīng)器的底部區(qū)域保管生物質(zhì)，所以過膜的出水的懸浮固體濃度很低，減輕膜污染。同時，UA SB反應(yīng)器中，可以通過氣/液/固分離器來收集產(chǎn)生的甲烷。AFBR反應(yīng)器則是通過填充如石英砂、活性炭、沸石這類細小的固體顆粒填料來凈化出水。
3AnMBR處置性能的影響因素
3.1溫度
A nMBR可以在高溫(50~60℃)或中溫(30~40℃)條件下運行。低溫(＜20℃)下的AnMBR會面臨諸多挑戰(zhàn)，包括膜污染的加劇，污染物去除速率的降低和在出水中甲烷溶解度的升高。
Martinez-Sosa觀察到當 AnMBR內(nèi)的溫度從 35℃降至 20℃時，反應(yīng)器中總懸浮固體含量和可溶性 COD濃度也會隨之增加，這將會導致嚴重的膜污染并且會降低甲烷的產(chǎn)量。當溫度降至20℃時，出水中的甲烷的溶解度也在增加。此外，上海純水設(shè)備水體的粘度也隨著溫度的降低而增加，這就需要更多的能量來用于攪拌水體。
3.2鹽度積累
高鹽含量被認為是嚴重抑制厭氧過程的因素之一，Dere研究發(fā)現(xiàn)，當 AnMBR處置來自海產(chǎn)品加工和奶酪生產(chǎn)的高鹽廢水時，甲烷的產(chǎn)量和 COD去除率都會有明顯的降低。Chen指出較高鹽度會導致酶的活性受到抑制，細胞活性會隨之下降，厭氧微生物會發(fā)生質(zhì)壁分離的現(xiàn)象，從而對厭氧消化過程發(fā)生負面影響。
3.3抑制物質(zhì)
A nMBR易受廢水中如游離氨和硫酸鹽等抑制物質(zhì)的影響。Chen指出，厭氧消化的過程中，隨著生物降解反應(yīng)的進行，廢水中的蛋白質(zhì)會產(chǎn)生大量的游離氨。游離氨的毒性在于它可以穿透微生物的細胞膜，從而導致細胞穩(wěn)態(tài)失衡，破壞質(zhì)子平衡。
Meab研究發(fā)現(xiàn)較高的溫度和 pH值會釋放更多游離氨來加劇這種抑制反應(yīng)。高硫酸鹽濃度也會抑制 AnMBR性能。這是由于硫酸鹽還原菌與產(chǎn)甲烷菌之間對于碳的競爭所導致的此外，硫酸鹽還原菌會發(fā)生硫化氫，硫化氫可以很容易地穿透微生物的細胞膜并使細胞質(zhì)內(nèi)的天然蛋白質(zhì)變性，從而在多肽鏈之間發(fā)生硫化物和二硫化物。
Meab研究發(fā)現(xiàn)，通過增加有機物的濃度可以減輕游離氨和硫酸鹽對 AnMBR抑制。Tian報道，可以通過在AnMBR中延長的SRT方法使得微生物充分適應(yīng)環(huán)境來抵抗氨的抑制效應(yīng) Wijekoon研究發(fā)現(xiàn)，當進水 COD/SO42-高于 10時，AnMBR基本生物性能不受硫酸鹽濃度增加的影響。
3.4膜污染
污水處置過程中，無機或有機污染物會在膜孔、膜表面沉積，降低膜通量，增加跨膜壓差，因此需要及時化學清洗或更換濾膜。而鑒于膜資料利息高貴，膜污染仍然是限制 AnMBR廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。Smith指出 AnMBR中主要污染物包括可溶性微生物(SMP胞外聚合物(EPS膠狀固體、附著的細胞和無機沉淀物。Jun[18]研究發(fā)現(xiàn)，約 700天長期運行的AnMBR中會生成由生物誘導效應(yīng)而產(chǎn)生的礦物質(zhì)結(jié)垢，而這種污染是一種不可逆污染，因此，需要化學清洗來恢復膜的通透性。
A nMBR運行期間的膜污染主要取決于膜的性質(zhì)、操作條件(例如溫度，水通量，HRT和 SRT流體動力學和污泥特性。例如，Lin[16]研究報道，相同的流體動力學條件下操作時，上海純水設(shè)備高溫條件下系統(tǒng)的過濾阻力會比中溫條件下系統(tǒng)的過濾阻力高約 5~10倍。這是由于在高溫條件下，SMP和細小的絮凝物會大量累積。
Huang報道，隨著 HRT減少，SMP會加速積累，而較長的SRT會減少顆粒的絮凝度和粒徑，從而加劇膜污染。因此，通過優(yōu)化操作條件，可以在一定水平上有效地減輕 AnMBR中的膜污染。
盡管目前已經(jīng)具有一些有效控制膜污染的方法，但是膜清潔這個環(huán)節(jié)仍然是必不可少的膜清潔包括物理法、化學法和生物法。物理法主要包括反沖洗，外表沖洗和超聲波處理。化學法是指運用特定的試劑(酸、堿和氧化劑)來去除膜的不可逆污染。值得一提的化學法需要消耗化學試劑，會不可防止地帶來二次污染等問題。生物法是指采用酶制劑來清洗膜污染中的有機污染物，酶制劑沒有二次污染，而且對膜不產(chǎn)生損害，但是其高額的價格利息制約了進一步的應(yīng)用。
4結(jié)論
相比激進厭氧生物處置技術(shù)，AnMBR具有污泥濃度高、泥齡長、耐沖擊負荷能力強等優(yōu)點，可以說 AnMBR對高濃度有機廢水處置具有較大的應(yīng)用前景。但是目前的研究者們需要進一步解決與鹽度積聚，溫度，膜污染以及抑制物質(zhì)等相關(guān)問題，這樣才干推進 AnMBR水處置和能源回收方面的實際應(yīng)用。
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