厌氧膜反应器的最新发现
David C. Stuckey
强调
- 厌氧膜反应器（AnMBRs）可以在3 h HRTs实现高COD去除率（98％）。
- 理解反应器的操作会对SMP生产和结垢的影响。
- 添加PAC和沉淀剂可以抑制厌氧膜反应器中的结垢。
- 在极端温度和毒素/冲击负荷条件下膜可以增强性能。
- 厌氧膜反应器（AnMBRs）需要能源使用和固体生产的中试数据。
摘要
厌氧膜反应器（AnMBRs）是最近从有氧膜反应器发展而来的，其中膜在反应器外部或者浸没在反应器中，并且在低至3小时的水力停留时间（HRT）下可以实现高COD去除率（约98％）。由于膜阻止生物质被洗出，所以它们可以在抑制性底物或在嗜冷/嗜热温度条件下增强性能，并且能够通过Anammox脱氮。结垢很重要，但添加活性炭或树脂/沉淀剂可以除去可溶性微生物产物（SMP）/胶体并增强通量。由于它们的能量使用低、固体生产以及无固体流出物，它们可以提高营养物和水的回收率。然而我们需要做更多的工作来比较有氧和厌氧系统中的结垢过程，以此确定反应器操作如何影响结垢、评估不同添加剂对膜污染的影响、确定氮去除是否可以并入厌氧膜反应器中、从低温流出物中回收甲烷并建立健全的能量和质量平衡。
- 引言
由于每克底物的低能量产量，厌氧细菌生长非常缓慢，因此设计有效的反应器需要将水力停留时间（HRT）与固体保留时间（SRT）分离。近年来，厌氧膜反应器的设计面临更大压力，它不仅需要具有较短的水力停留时间，而且需要通过强化和组合单元操作来减少过程足迹。这就推动了一种去除cod和固体发生在同一个反应器的厌氧膜反应器的发展。这种设计从有氧膜生物反应器（AMBR）演变而来，它们更加发达，但具有明显的缺点，例如：高能量使用和固体产率，以及（如果有硝化和反硝化过程）排放诸如二氧化碳和一氧化二氮等温室气体。由于这些关注，人们对AD的兴趣日益增加，并且AnMBR增加了水和营养（氮和磷）回收的可能性。 AnMBR现在可以在非常低的水力停留时间下操作（Hu和Stuckey，2006），并且由于在反应器内保留可缓慢降解的有机物而产生具有高COD去除率的无固体的流出物。此外通常从许多反应器中洗出的这些流出物能保持细菌缓慢生长，并且使得这些细菌能够在不利的条件下例如在高盐度下生长和持久。
本文将基于过去Liao等人（2006）对AnMBRs的良好和全面的综述以及Berube等人的AnMBR中的渗透通量和结垢来回顾最近的厌氧膜反应器的发展。此外，Meng 等人（2009）对AMBRs和AnMBRs中膜污染和材料的文献进行了综述。 鉴于这些最近和广泛的审查，特别是在结垢领域，本文将在过去的文章中同时关注AMBRs和AnMBRs，集中关注在厌氧膜生物反应器的最新进展，以及在具体领域和问题例如SMPs在膜污染中的作用，以及使用添加剂例如活性炭（PAC）和聚合物/金属盐/生物聚合物的结垢改善。
- 膜配置
2.1 压力驱动外部横流膜
组装厌氧反应器和膜主要有三种不同的方式。在第一种方式，膜在反应器外部，这使得膜清洗和替换简单，但是包括外部泵，其以相当高的速度（2-4m/s）循环生物质，由此冲洗膜表面以减少膜污染。这还提供了高压以迫使液体通过膜。虽然产生高通量（每小时每平方米LMH为60L），但是能量成本高，并且我们很清楚，一些类型的泵（例如旋转式）会导致絮凝和细胞剪切，总体粒径减小，可溶性有机物的增加（Kim等人，2001），并且在有氧系统中也显示会发生这些问题（Wisniewski和Grasmick，1998）。有氧和厌氧膜之间在这一点上的相关性目前还不清楚，但它们在宏观似乎以类似的方式表现。颗粒尺寸的减小和可溶性有机物的增加又导致通量的快速减少。然而，直到最近，在文献中关于侧流泵送和剪切对产甲烷活性的影响任然存在分歧。
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