目前(qian)我國水(shui)污(wu)(wu)染形勢依然嚴(yan)峻，氮(dan)(dan)素(su)等(deng)(deng)污(wu)(wu)染物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)排放標準日(ri)益嚴(yan)格，新高效脫(tuo)氮(dan)(dan)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)需求(qiu)迫切(qie)。近20年(nian)(nian)來(lai)，膜(mo)曝(pu)(pu)氣(qi)生(sheng)物(wu)膜(mo)反應(ying)(ying)器( membrane aeratedbiofilm reactor，MABR) 作為(wei)一(yi)(yi)項頗具(ju)節(jie)能(neng)潛力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)術，憑借其高效脫(tuo)氮(dan)(dan)、占(zhan)地面(mian)(mian)積小等(deng)(deng)優勢，在(zai)(zai)未來(lai)污(wu)(wu)水(shui)處理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)節(jie)能(neng)減耗，污(wu)(wu)水(shui)廠(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)升級改造中(zhong)(zhong)顯得尤為(wei)重(zhong)要(yao)(yao)。在(zai)(zai)1972年(nian)(nian)出現(xian)了(le)用(yong)于細胞和(he)組織培養的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)空纖維氧化(hua)(hua)(hua)系統(tong)，根據(ju)這一(yi)(yi)成(cheng)果(guo) Yeh 等(deng)(deng)于 1978 年(nian)(nian)首(shou)次(ci)提(ti)出并構建了(le)MABR，發(fa)(fa)現(xian)微孔膜(mo)曝(pu)(pu)氣(qi)耦合微生(sheng)物(wu)膜(mo)氧化(hua)(hua)(hua)方(fang)(fang)法(fa)可以有效降(jiang)解廢(fei)水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)有機質(zhi)。1989 年(nian)(nian)，Cote等(deng)(deng)提(ti)出無(wu)泡曝(pu)(pu)氣(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)概(gai)念，論證了(le)MABR在(zai)(zai)氣(qi)體傳質(zhi)方(fang)(fang)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)優勢。分(fen)(fen)子(zi)生(sheng)物(wu)學技(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)使Yamigawa 等(deng)(deng)在(zai)(zai) 1994 年(nian)(nian)首(shou)次(ci)觀察到MABR的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)膜(mo)群落存在(zai)(zai)分(fen)(fen)層結(jie)構。至(zhi)此(ci)，MABR正(zheng)式(shi)進(jin)(jin)入研(yan)究(jiu)者(zhe)的(de)(de)(de)(de)(de)視野。接(jie)下來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)20多年(nian)(nian)，學者(zhe)們在(zai)(zai)MABR的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)原理(li)、影響因素(su)和(he)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)優化(hua)(hua)(hua)上(shang)做了(le)大量研(yan)究(jiu)，隨(sui)著膜(mo)材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)開發(fa)(fa)，從工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)機理(li)到工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)開發(fa)(fa)與(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)用(yong)方(fang)(fang)面(mian)(mian)均取得了(le)較大進(jin)(jin)步。以此(ci)為(wei)基礎(chu)，2013 年(nian)(nian)都柏林大學Spinout 公司率先研(yan)發(fa)(fa)出MABR的(de)(de)(de)(de)(de)商用(yong)中(zhong)(zhong)空纖維膜(mo)，隨(sui)后SUEZ、Fluence 等(deng)(deng)公司也(ye)相繼推出了(le)基于MABR工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)組件(jian)和(he)成(cheng)套污(wu)(wu)水(shui)處理(li)解決方(fang)(fang)案。目前(qian)MABR在(zai)(zai)污(wu)(wu)水(shui)廠(chang)擴(kuo)容改造與(yu)(yu)(yu)節(jie)能(neng)降(jiang)耗方(fang)(fang)面(mian)(mian)均有較多應(ying)(ying)用(yong)，同(tong)時在(zai)(zai)工(gong)(gong)(gong)(gong)業廢(fei)水(shui)處理(li)、河道水(shui)質(zhi)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)等(deng)(deng)方(fang)(fang)面(mian)(mian)也(ye)有一(yi)(yi)定(ding)拓展(zhan)(zhan)應(ying)(ying)用(yong)。MABR膜(mo)材料(liao)(liao)無(wu)法(fa)滿足(zu)實際應(ying)(ying)用(yong)需求(qiu)與(yu)(yu)(yu)已(yi)有技(ji)術積累不足(zu)以支持(chi)MABR的(de)(de)(de)(de)(de)深入研(yan)究(jiu)一(yi)(yi)直是制(zhi)約MABR技(ji)術發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)(yao)因素(su)。隨(sui)著分(fen)(fen)子(zi)材料(liao)(liao)學的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)與(yu)(yu)(yu)檢測手段的(de)(de)(de)(de)(de)不斷進(jin)(jin)步，MABR在(zai)(zai)近20年(nian)(nian)受到越(yue)來(lai)越(yue)多研(yan)究(jiu)者(zhe)的(de)(de)(de)(de)(de)關注(圖1) ，在(zai)(zai)污(wu)(wu)水(shui)脫(tuo)氮(dan)(dan)方(fang)(fang)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)一(yi)(yi)直是人們關注的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)點，占(zhan)全(quan)部MABR 相關文章(zhang)的(de)(de)(de)(de)(de)90%以上(shang)。本文圍繞MABR在(zai)(zai)新型脫(tuo)氮(dan)(dan)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)技(ji)術方(fang)(fang)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)應(ying)(ying)用(yong)，分(fen)(fen)別從膜(mo)材料(liao)(liao)與(yu)(yu)(yu)性(xing)能(neng)進(jin)(jin)步、工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)設(she)計與(yu)(yu)(yu)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)、工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)運行(xing)優化(hua)(hua)(hua)等(deng)(deng)方(fang)(fang)面(mian)(mian)進(jin)(jin)行(xing)了(le)綜述，并在(zai)(zai)此(ci)基礎(chu)上(shang)提(ti)出未來(lai)研(yan)究(jiu)和(he)工(gong)(gong)(gong)(gong)程應(ying)(ying)用(yong)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)思(si)考，為(wei)脫(tuo)氮(dan)(dan)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)技(ji)術發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)提(ti)供參(can)考和(he)借鑒。

圖1 膜(mo)曝(pu)氣生物膜(mo)反應器(qi)近20年發(fa)表論文(wen)數

摘 要

膜(mo)曝氣生(sheng)物膜(mo)反(fan)應器(MABR) 是(shi)一種新型生(sheng)物污水處(chu)理(li)技術(shu)，具(ju)有(you)氧傳(chuan)質效(xiao)率高(gao)、底物氧氣異向傳(chuan)質等(deng)特(te)點，在污水高(gao)效(xiao)脫(tuo)氮、節能(neng)降耗(hao)、污泥(ni)減量化(hua)等(deng)方面(mian)優(you)勢明顯，近年備受關(guan)注。近20多年的(de)(de)研究(jiu)中，系列研究(jiu)工作對影響MABR運(yun)行(xing)效(xiao)果的(de)(de)氣體傳(chuan)質、物質傳(chuan)遞及微生(sheng)物群(qun)落(luo)結(jie)構等(deng)因素進行(xing)了深入(ru)探(tan)索，在工藝控制(zhi)與(yu)優(you)化(hua)、反(fan)應器設計與(yu)改(gai)進、脫(tuo)氮工藝過程模型開發與(yu)模擬等(deng)方面(mian)取得較大進展(zhan)突破。隨著膜(mo)材料(liao)的(de)(de)不斷改(gai)進和(he)全面(mian)應用，MABR技術(shu)具(ju)有(you)良好的(de)(de)工程實踐前(qian)景(jing)。

01 膜材料開發及曝氣性能改進

1.無泡曝氣的優勢

在傳(chuan)統(tong)鼓風(feng)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)活性污泥(ni)工藝(yi)中，40%～60%的(de)(de)(de)能耗被用(yong)(yong)于(yu)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，但是只(zhi)(zhi)有 5%～25%的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)能夠轉移到(dao)水中，剩余氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)會(hui)以(yi)(yi)(yi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)泡的(de)(de)(de)形式逸出進入大(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。而MABR系(xi)統(tong)利(li)用(yong)(yong)疏水膜(mo)材料進行曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)在膜(mo)內外兩側氧(yang)(yang)分(fen)壓差的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)下，通過膜(mo)擴散直接到(dao)達(da)生(sheng)(sheng)物(wu)膜(mo)。在MABR中，氧(yang)(yang)傳(chuan)遞(di)到(dao)生(sheng)(sheng)物(wu)膜(mo)表面時不需(xu)要經過液相(xiang)(xiang)(xiang)邊(bian)界層，傳(chuan)質阻(zu)力(li)變小，氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)傳(chuan)質速率(lv)(OTR) 也得以(yi)(yi)(yi)提高。而且，MABR中氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)分(fen)壓不受液相(xiang)(xiang)(xiang)深度的(de)(de)(de)影響，即(ji)使在淺(qian)水處也可(ke)保持(chi)較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)濃度梯度。與傳(chuan)統(tong)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)相(xiang)(xiang)(xiang)比，膜(mo)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)不產生(sheng)(sheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)泡，所以(yi)(yi)(yi)擴散過膜(mo)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)可(ke)以(yi)(yi)(yi)完(wan)全(quan)被生(sheng)(sheng)物(wu)膜(mo)利(li)用(yong)(yong)，氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)傳(chuan)遞(di)效率(lv)(OTE) 最高可(ke)達(da)到(dao)100%，大(da)幅節(jie)約能耗。同時，由于(yu)MABR的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)相(xiang)(xiang)(xiang)和液相(xiang)(xiang)(xiang)在物(wu)理(li)上是分(fen)離(li)的(de)(de)(de)，膜(mo)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)系(xi)統(tong)可(ke)有效地(di)分(fen)離(li)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和混合(he)功能，結(jie)合(he)無(wu)泡曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)高氧(yang)(yang)利(li)用(yong)(yong)率(lv)，只(zhi)(zhi)需(xu)調節(jie)氧(yang)(yang)分(fen)壓即(ji)可(ke)精(jing)準控制氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)供(gong)應(ying)量，不僅可(ke)以(yi)(yi)(yi)避免氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)(de)浪費，又可(ke)以(yi)(yi)(yi)間(jian)接控制生(sheng)(sheng)物(wu)膜(mo)中的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)穿(chuan)透深度，為各種耦合(he)工藝(yi)實(shi)現創造(zao)獨有供(gong)氧(yang)(yang)條件。

2.膜材料與膜組件的發展進步

研制(zhi)低(di)(di)(di)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)對(dui)(dui)MABR的(de)(de)(de)(de)(de)(de)推廣(guang)應(ying)用至關重要(yao)，評價(jia)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)指標包括傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)阻力(li)(li)(li)、泡點壓力(li)(li)(li)、生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)親(qin)(qin)(qin)和(he)(he)(he)性(xing)等(deng)(deng)(deng)。MABR膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)分(fen)為微(wei)(wei)(wei)(wei)孔(kong)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)和(he)(he)(he)致密(mi)(mi)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)。微(wei)(wei)(wei)(wei)孔(kong)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)以(yi)聚(ju)(ju)偏(pian)氟乙烯( PVDF) 、聚(ju)(ju)丙烯( PP) 、聚(ju)(ju)乙烯( PE) 等(deng)(deng)(deng)疏(shu)(shu)水(shui)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)制(zhi)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，氧(yang)分(fen)子(zi)經由微(wei)(wei)(wei)(wei)孔(kong)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)遞; 致密(mi)(mi)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)采(cai)用硅膠等(deng)(deng)(deng)致密(mi)(mi)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，氧(yang)氣(qi)直接通(tong)過分(fen)子(zi)擴散過膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)。現階段(duan)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究與(yu)發(fa)展主要(yao)以(yi)提(ti)(ti)高(gao)穩定性(xing)、氧(yang)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)能力(li)(li)(li)和(he)(he)(he)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)親(qin)(qin)(qin)和(he)(he)(he)力(li)(li)(li)為目的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，在(zai)(zai)微(wei)(wei)(wei)(wei)孔(kong)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)和(he)(he)(he)致密(mi)(mi)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)礎上(shang)(shang)(shang)發(fa)展出一些新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)式。例如，在(zai)(zai)處(chu)理(li)(li)高(gao)濃度廢水(shui)時，需要(yao)較(jiao)(jiao)低(di)(di)(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)阻力(li)(li)(li)和(he)(he)(he)較(jiao)(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)泡點壓力(li)(li)(li)，以(yi)保證在(zai)(zai)不(bu)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)氣(qi)泡的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下提(ti)(ti)供高(gao)氧(yang)通(tong)量(liang)。微(wei)(wei)(wei)(wei)孔(kong)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)相比致密(mi)(mi)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)阻力(li)(li)(li)較(jiao)(jiao)低(di)(di)(di)，但是(shi)泡點壓力(li)(li)(li)也更低(di)(di)(di)。此外，在(zai)(zai)微(wei)(wei)(wei)(wei)孔(kong)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用過程中(zhong)(zhong)，溶液和(he)(he)(he)雜質(zhi)(zhi)易進(jin)(jin)入空(kong)隙造(zao)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)堵(du)塞(sai)，對(dui)(dui)氧(yang)通(tong)量(liang)造(zao)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)極(ji)大(da)(da)影響。為了(le)平衡兩者的(de)(de)(de)(de)(de)(de)優缺(que)點，研究者在(zai)(zai)微(wei)(wei)(wei)(wei)孔(kong)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)載體上(shang)(shang)(shang)涂覆一層致密(mi)(mi)層形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)復合(he)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)，可(ke)以(yi)在(zai)(zai)相對(dui)(dui)較(jiao)(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)操作壓力(li)(li)(li)下實(shi)(shi)現無泡曝氣(qi)，并(bing)有效(xiao)保護膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)孔(kong)不(bu)被微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)堵(du)塞(sai)。而在(zai)(zai)處(chu)理(li)(li)主流(liu)低(di)(di)(di)濃度污水(shui)或用于自養脫氮工藝(yi)時，由于進(jin)(jin)水(shui)負荷(he)低(di)(di)(di)、生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)長(chang)速率(lv)較(jiao)(jiao)慢(man)，且硝(xiao)化細(xi)菌(jun)等(deng)(deng)(deng)自養菌(jun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)胞外聚(ju)(ju)合(he)物(wu)(wu)(wu)(EPS) 產量(liang)低(di)(di)(di)，形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)結(jie)構脆弱(ruo)，因此膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)親(qin)(qin)(qin)和(he)(he)(he)性(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)為更重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)指標。一般來說，表面(mian)(mian)粗糙(cao)度高(gao)、疏(shu)(shu)水(shui)性(xing)好(hao)、帶(dai)正電荷(he)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)親(qin)(qin)(qin)和(he)(he)(he)性(xing)更好(hao)，因此可(ke)以(yi)通(tong)過膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)改性(xing)為膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)表面(mian)(mian)附加基(ji)團，改善膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)附著生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能力(li)(li)(li)。Lackner 等(deng)(deng)(deng)在(zai)(zai)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)表面(mian)(mian)引(yin)入含氨基(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)聚(ju)(ju)乙二醇(chun)鏈后，生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)更易附著，更穩定。Hou 等(deng)(deng)(deng)利用二羥基(ji)苯丙氨酸對(dui)(dui) PVDF 微(wei)(wei)(wei)(wei)孔(kong)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)進(jin)(jin)行了(le)表面(mian)(mian)改性(xing)，改性(xing)后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)(mian)粗糙(cao)度和(he)(he)(he)親(qin)(qin)(qin)和(he)(he)(he)度提(ti)(ti)高(gao)，COD 和(he)(he)(he)總氮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)除效(xiao)果(guo)都明顯提(ti)(ti)高(gao)。王榮昌等(deng)(deng)(deng)也通(tong)過等(deng)(deng)(deng)離子(zi)法在(zai)(zai)聚(ju)(ju)四氟乙烯( PTFE) 膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)上(shang)(shang)(shang)接枝混合(he)單體提(ti)(ti)高(gao)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)親(qin)(qin)(qin)和(he)(he)(he)性(xing)和(he)(he)(he)氧(yang)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)性(xing)能。但是(shi)制(zhi)作復合(he)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工藝(yi)復雜且成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)較(jiao)(jiao)高(gao)，工程中(zhong)(zhong)又需要(yao)大(da)(da)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)面(mian)(mian)積(ji)以(yi)滿足處(chu)理(li)(li)需要(yao)，使膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)制(zhi)備(bei)在(zai)(zai)整套工藝(yi)中(zhong)(zhong)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)比例過大(da)(da)。膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)組(zu)件通(tong)常(chang)分(fen)為中(zhong)(zhong)空(kong)纖維膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)、管(guan)式膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)和(he)(he)(he)板式膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)。中(zhong)(zhong)空(kong)纖維膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)組(zu)件比表面(mian)(mian)積(ji)較(jiao)(jiao)大(da)(da)，能夠附著的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)量(liang)更多，實(shi)(shi)際工程中(zhong)(zhong)常(chang)采(cai)用此膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)組(zu)件來達(da)到(dao)減小構筑(zhu)物(wu)(wu)(wu)占地面(mian)(mian)積(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。且中(zhong)(zhong)空(kong)纖維膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)組(zu)件可(ke)模塊化設(she)計，安裝簡單，較(jiao)(jiao)板式曝氣(qi)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)造(zao)價(jia)低(di)(di)(di)，現已成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)為MABR的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主流(liu)選(xuan)擇。管(guan)式膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)與(yu)板式膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)僅出現在(zai)(zai)一些MABR機理(li)(li)性(xing)研究的(de)(de)(de)(de)(de)(de)報道中(zhong)(zhong)。

3.氧傳質性能評價

膜材料的(de)氧傳(chuan)質(zhi)系數(shu) Km可(ke)以(yi)體(ti)現膜的(de)傳(chuan)質(zhi)阻力，對于(yu)確定供氣條件(jian)具有(you)重要意義，如(ru)何更加準確地評估實際(ji)工況條件(jian)下的(de) Km是研究的(de)重點。Terada等首次(ci)研究了(le)氣壓和膜表面積對硝化率(lv)的(de)影(ying)響，認(ren)為OTR可(ke)以(yi)通過調節氣壓和膜表面積來控(kong)制，而三(san)者之間(jian)的(de)關系又與(yu) Km 有(you)關。

早期的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)主要通過(guo)測(ce)定(ding)清(qing)(qing)水(shui)試驗(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)氧(yang)(yang)(yang)(yang)濃度(du)(du)來(lai)計算氧(yang)(yang)(yang)(yang)通量和(he)確定(ding) Km ，后(hou)續研(yan)究(jiu)發現(xian)此方(fang)法(fa)(fa)得到的(de)(de)(de)(de)(de) Km 偏小，即高估(gu)(gu)了(le)膜(mo)(mo)(mo)材料的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)質(zhi)阻力(li)(li)，在實際(ji)(ji)運行(xing)(xing)(xing)中(zhong)造成過(guo)量曝氣。這是因(yin)為清(qing)(qing)水(shui)試驗(yan)得到的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)質(zhi)阻力(li)(li)包括(kuo)了(le)固液(ye)邊(bian)(bian)界(jie)(jie)層的(de)(de)(de)(de)(de)阻力(li)(li)，而在實際(ji)(ji)運行(xing)(xing)(xing)中(zhong)，由于(yu)(yu)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)存在使得固液(ye)邊(bian)(bian)界(jie)(jie)層阻力(li)(li)不再影響(xiang)(xiang)氧(yang)(yang)(yang)(yang)傳(chuan)質(zhi)。Lackner 等(deng)重新(xin)考量了(le)邊(bian)(bian)界(jie)(jie)層影響(xiang)(xiang)，提出了(le)一種簡易(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)確定(ding)MABR實際(ji)(ji)運行(xing)(xing)(xing)條(tiao)件下 Km的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)，修正了(le)計算中(zhong)對氧(yang)(yang)(yang)(yang)通量的(de)(de)(de)(de)(de)低估(gu)(gu)。王榮昌等(deng)也采(cai)用上述方(fang)法(fa)(fa)對生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)長過(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)硝(xiao)化性能(neng)及組(zu)成變化進(jin)行(xing)(xing)(xing)分(fen)(fen)析，證實了(le)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)存在時(shi)，MABR的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)傳(chuan)質(zhi)能(neng)力(li)(li)比(bi)清(qing)(qing)水(shui)試驗(yan)中(zhong)更(geng)強。Perez-Calleja 等(deng)基于(yu)(yu)溶(rong)解(jie)(jie)氧(yang)(yang)(yang)(yang)微電(dian)極技術(shu)，設計了(le)一種根據邊(bian)(bian)界(jie)(jie)層溶(rong)解(jie)(jie)氧(yang)(yang)(yang)(yang)梯度(du)(du)確定(ding)膜(mo)(mo)(mo)傳(chuan)質(zhi)阻力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)，可得到更(geng)準確的(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)材料Km 值。這些研(yan)究(jiu)建立了(le)供氣壓力(li)(li)和(he)OTR之(zhi)間較為準確清(qing)(qing)晰的(de)(de)(de)(de)(de)關系(xi)，為 MABR設計運行(xing)(xing)(xing)中(zhong)氧(yang)(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)精準評估(gu)(gu)提供了(le)支持(chi)，然而在實際(ji)(ji)運行(xing)(xing)(xing)中(zhong)，除了(le)膜(mo)(mo)(mo)材料的(de)(de)(de)(de)(de)Km，生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)厚度(du)(du)、密度(du)(du)和(he)活性都會影響(xiang)(xiang)OTR，未來(lai)對生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)部分(fen)(fen)氧(yang)(yang)(yang)(yang)傳(chuan)質(zhi)阻力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)將(jiang)進(jin)一步深化人們對MABR氧(yang)(yang)(yang)(yang)傳(chuan)質(zhi)過(guo)程的(de)(de)(de)(de)(de)認(ren)識(shi)。

4.氣路設計改進

除了(le)膜(mo)(mo)材料(liao)，不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)膜(mo)(mo)組(zu)件曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)模(mo)式(shi)也會(hui)對(dui)傳質(zhi)性(xing)能產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)影(ying)響(xiang)。MABR的(de)(de)(de)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)模(mo)式(shi)分為貫通(tong)式(shi)或(huo)死端(duan)式(shi)。在(zai)(zai)死端(duan)式(shi)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)膜(mo)(mo)中，供給膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)所有(you)(you)(you)氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)都被輸送到生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物膜(mo)(mo)，OTE可(ke)達到 100%。但是隨(sui)著水汽(qi)冷(leng)凝和(he)其(qi)他氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)在(zai)(zai)膜(mo)(mo)腔(qiang)(qiang)末端(duan)的(de)(de)(de)堆積，膜(mo)(mo)腔(qiang)(qiang)內(nei)(nei)氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)濃(nong)度(du)會(hui)產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)軸向梯度(du)，導致(zhi)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物沿膜(mo)(mo)絲生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長不(bu)均(jun)勻(yun)，從而降低OTR。而在(zai)(zai)貫通(tong)式(shi)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)MABR中，氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)流(liu)速在(zai)(zai)整(zheng)個膜(mo)(mo)腔(qiang)(qiang)內(nei)(nei)都很高(gao)，管(guan)腔(qiang)(qiang)內(nei)(nei)的(de)(de)(de)平(ping)流(liu)傳質(zhi)遠大于氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)(de)跨膜(mo)(mo)傳質(zhi)，這會(hui)使管(guan)腔(qiang)(qiang)內(nei)(nei)的(de)(de)(de)氧(yang)濃(nong)度(du)更加均(jun)勻(yun)，從而產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)較高(gao)的(de)(de)(de)平(ping)均(jun) OTR。但此模(mo)式(shi)只(zhi)有(you)(you)(you)少部(bu)分氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)會(hui)通(tong)過擴散(san)作用(yong)穿過膜(mo)(mo)，在(zai)(zai)開(kai)口端(duan)會(hui)損失(shi)大量的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)，產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)能源的(de)(de)(de)浪費和(he)較低的(de)(de)(de) OTE。目(mu)前(qian)實際工程案(an)例多采用(yong)貫通(tong)式(shi)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)，在(zai)(zai)較高(gao)的(de)(de)(de)OTR下，OTE 可(ke)達到30%～40% 以上(shang)。如何(he)能夠做到同(tong)時提高(gao)OTR與OTE 對(dui)發揮MABR的(de)(de)(de)節能優勢(shi)有(you)(you)(you)關鍵作用(yong)。近些年，Perez-Calleja 等提出了(le)改進(jin)的(de)(de)(de)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)模(mo)式(shi)，在(zai)(zai)死端(duan)式(shi)的(de)(de)(de)基礎上(shang)進(jin)行間(jian)(jian)歇排氣(qi)(qi)(qi)(qi)( 30min 閉(bi)合 20s 排氣(qi)(qi)(qi)(qi)) ，將OTE維(wei)持在(zai)(zai) 95%以上(shang)，同(tong)時獲得(de)了(le)不(bu)低于貫通(tong)式(shi)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)OTR。間(jian)(jian)歇排氣(qi)(qi)(qi)(qi)系統相對(dui)復雜，目(mu)前(qian)沒有(you)(you)(you)更多的(de)(de)(de)研究(jiu)和(he)應(ying)用(yong)，其(qi)優越性(xing)和(he)穩定性(xing)有(you)(you)(you)待后續(xu)研究(jiu)驗證。

02 工藝原理的理論認識與發展

1.生物膜特征

傳統的(de)(de)(de)載(zai)體(ti)(ti)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)是同向(xiang)傳質(zhi)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)，即氧(yang)(yang)氣和(he)有(you)(you)機物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、氨氮等底(di)(di)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)沿相同方向(xiang)擴(kuo)散。在(zai)(zai)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)外側(ce)(ce)，電子受體(ti)(ti)和(he)供(gong)(gong)體(ti)(ti)底(di)(di)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)均處(chu)于(yu)(yu)最高(gao)(gao)濃(nong)(nong)度(du)(du)，生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)代謝最為活(huo)躍。在(zai)(zai)處(chu)理含有(you)(you)機物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)氨氮的(de)(de)(de)廢水(shui)時，由于(yu)(yu)異養(yang)菌(jun)的(de)(de)(de)競(jing)爭(zheng)，好氧(yang)(yang)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)細菌(jun)傾(qing)向(xiang)于(yu)(yu)在(zai)(zai)有(you)(you)機物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)濃(nong)(nong)度(du)(du)最低(di)的(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)內(nei)側(ce)(ce)生(sheng)長(chang)，但(dan)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)內(nei)側(ce)(ce)氧(yang)(yang)氣濃(nong)(nong)度(du)(du)低(di)，導(dao)致硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)活(huo)性(xing)較低(di)。而在(zai)(zai)膜(mo)(mo)(mo)(mo)曝氣生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)中(zhong)(zhong)，氧(yang)(yang)氣從(cong)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)內(nei)側(ce)(ce)提供(gong)(gong)，和(he)底(di)(di)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)由生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)兩側(ce)(ce)分(fen)(fen)別擴(kuo)散進生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)，形(xing)成(cheng)特(te)殊的(de)(de)(de)基質(zhi)濃(nong)(nong)度(du)(du)分(fen)(fen)布，這(zhe)種異向(xiang)傳質(zhi)可(ke)導(dao)致MABR中(zhong)(zhong)獨特(te)的(de)(de)(de)微生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)群落結構(gou)。生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)內(nei)側(ce)(ce)同時具有(you)(you)低(di)有(you)(you)機物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)高(gao)(gao)氧(yang)(yang)濃(nong)(nong)度(du)(du)，有(you)(you)利于(yu)(yu)好氧(yang)(yang)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)細菌(jun)的(de)(de)(de)生(sheng)長(chang)。當控制液(ye)相主體(ti)(ti)處(chu)于(yu)(yu)缺氧(yang)(yang)狀態時，生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)外側(ce)(ce)同時具有(you)(you)高(gao)(gao)有(you)(you)機物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)低(di)氧(yang)(yang)濃(nong)(nong)度(du)(du)，有(you)(you)利于(yu)(yu)異養(yang)反硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)菌(jun)的(de)(de)(de)生(sheng)長(chang)。因此在(zai)(zai)異向(xiang)傳質(zhi)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)中(zhong)(zhong)，硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)和(he)反硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)可(ke)以(yi)在(zai)(zai)內(nei)外側(ce)(ce)同時進行(圖2) 。有(you)(you)研究認為，這(zhe)種獨特(te)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)層(ceng)結構(gou)還可(ke)能(neng)有(you)(you)利于(yu)(yu)抑(yi)制亞硝(xiao)酸鹽氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)菌(jun)(NOB)。

圖2 異向傳質生物膜示意(yi)

2.工藝原理的發展

MABR因為(wei)具有獨特的(de)(de)(de)好氧(yang)(yang)－缺氧(yang)(yang)生物膜(mo)分層結(jie)構，可以(yi)在生物膜(mo)不(bu)同(tong)(tong)層次耦合(he)自(zi)養硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)菌(jun)和異養反(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)菌(jun)，實(shi)現(xian)同(tong)(tong)步硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(SND) 。SND 工(gong)藝(yi)(yi)可以(yi)發揮MABR的(de)(de)(de)優勢，同(tong)(tong)步去除有機物和氨氮，簡化(hua)(hua)(hua)傳(chuan)統兩級(ji)生物脫氮工(gong)藝(yi)(yi)的(de)(de)(de)反(fan)應器設計及(ji)試(shi)驗操作。2000年以(yi)后，一(yi)(yi)些研究(jiu)者通過(guo)控制MABR的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)氣供應量(liang)(liang)，將硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)過(guo)程(cheng)(cheng)控制在亞硝(xiao)酸鹽階段，在MABR中實(shi)現(xian)短程(cheng)(cheng)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)。與(yu)全程(cheng)(cheng)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)相比，短程(cheng)(cheng)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)可以(yi)節約 25%的(de)(de)(de)需氧(yang)(yang)量(liang)(liang)與(yu) 40%左(zuo)右的(de)(de)(de)有機碳源投加量(liang)(liang)，進一(yi)(yi)步減少反(fan)應器體積，降低能耗(hao)物耗(hao)。

隨著厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化(ANAMMOX) 的(de)(de)(de)發現(xian)，短(duan)程硝(xiao)(xiao)化－厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化(PN-A)成(cheng)為(wei)更(geng)加節能(neng)(neng)的(de)(de)(de)脫(tuo)氮(dan)(dan)途徑。在(zai)厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化菌(AnAOB) 的(de)(de)(de)作(zuo)用下，短(duan)程硝(xiao)(xiao)化產生的(de)(de)(de)亞(ya)(ya)硝(xiao)(xiao)酸鹽可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)電子(zi)受(shou)體，與氨(an)氮(dan)(dan)直接反應完成(cheng)脫(tuo)氮(dan)(dan)。MABR憑(ping)借其生物膜分層和精準的(de)(de)(de)控制供氧(yang)能(neng)(neng)力，使(shi)亞(ya)(ya)硝(xiao)(xiao)化與厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化在(zai)同一(yi)反應器中(zhong)的(de)(de)(de)耦合成(cheng)為(wei)現(xian)實。2008年(nian)，Gong 等最(zui)早在(zai)MABR中(zhong)實現(xian)了 PN-A 工(gong)藝(yi)(yi)。與傳(chuan)統脫(tuo)氮(dan)(dan)工(gong)藝(yi)(yi)相比，PN-A 工(gong)藝(yi)(yi)可(ke)以(yi)節約 54%的(de)(de)(de)曝氣量以(yi)及 100%的(de)(de)(de)碳源投(tou)加。

3.生物膜模型模擬

MABR工(gong)藝(yi)理論的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不斷發(fa)展(zhan)過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，MABR生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)也一(yi)直(zhi)在同(tong)(tong)(tong)步(bu)發(fa)展(zhan)。生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)則(ze)可以較為(wei)準(zhun)確地擬合基質(zhi)濃(nong)度與(yu)(yu)不同(tong)(tong)(tong)種(zhong)(zhong)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)活性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)動態關(guan)系(xi)，對深入認(ren)識工(gong)藝(yi)原理和優(you)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua) MABR的(de)(de)(de)(de)(de)(de)運行條件有重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)指導意義。1999 年(nian)，Casey 等(deng)最早基于傳統同(tong)(tong)(tong)向(xiang)(xiang)傳質(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)建(jian)立(li)了(le)(le)(le)(le)異向(xiang)(xiang)傳質(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)，用(yong)(yong)于研(yan)究生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)厚度與(yu)(yu)氧(yang)利用(yong)(yong)速(su)率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)系(xi)。隨(sui)著同(tong)(tong)(tong)步(bu)硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)在MABR中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)，Shanahan 等(deng)建(jian)立(li)了(le)(le)(le)(le)同(tong)(tong)(tong)步(bu)去除(chu) COD 和氨氮(dan)，包含多(duo)種(zhong)(zhong)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)異向(xiang)(xiang)傳質(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)。Terada 等(deng)建(jian)立(li)了(le)(le)(le)(le)完全(quan)自養脫(tuo)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)異向(xiang)(xiang)傳質(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)，并將(jiang)其(qi)與(yu)(yu)同(tong)(tong)(tong)向(xiang)(xiang)傳質(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)對比，發(fa)現(xian)異向(xiang)(xiang)傳質(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de) TN 去除(chu)率(lv)明顯優(you)于同(tong)(tong)(tong)向(xiang)(xiang)傳質(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)，為(wei)之(zhi)后 PN-A 工(gong)藝(yi)在MABR中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實現(xian)提(ti)供了(le)(le)(le)(le)理論基礎(chu)。最近，Liu 等(deng)在模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)引入氨氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)古細菌(AOA) 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)代謝過程(cheng)，通過整合已有模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)參(can)數構建(jian)AOA-Anammox MABR的(de)(de)(de)(de)(de)(de)預測模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)，發(fa)現(xian)與(yu)(yu)AOB相(xiang)比，耦(ou)合AOA與(yu)(yu)AnAOB的(de)(de)(de)(de)(de)(de) PN-A 工(gong)藝(yi)能(neng)實現(xian)更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)脫(tuo)氮(dan)率(lv)和抗沖擊(ji)性，雖然(ran)此(ci)模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)未(wei)(wei)經實際(ji)數據(ju)驗證，但其(qi)前瞻性為(wei)未(wei)(wei)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耦(ou)合工(gong)藝(yi)研(yan)究提(ti)供了(le)(le)(le)(le)新(xin)方向(xiang)(xiang)。近年(nian)來，模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)被(bei)更(geng)多(duo)地用(yong)(yong)于解(jie)釋運行現(xian)象和試驗難(nan)以解(jie)決的(de)(de)(de)(de)(de)(de)問題，例如氮(dan)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)排放問題。Ni 等(deng)通過建(jian)立(li)模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)研(yan)究了(le)(le)(le)(le)完全(quan)自養脫(tuo)氮(dan)MABR中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氮(dan)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)排放，模(mo)(mo)(mo)擬了(le)(le)(le)(le)不同(tong)(tong)(tong)供氧(yang)量(liang)下脫(tuo)氮(dan)率(lv)和N2O的(de)(de)(de)(de)(de)(de)排放量(liang)，找到了(le)(le)(le)(le)實現(xian)高(gao)脫(tuo)氮(dan)率(lv)和低N2O排放的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)對平衡點。Ni 等(deng)在另一(yi)項模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)研(yan)究中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)還發(fa)現(xian)，間歇曝氣能(neng)夠提(ti)高(gao)AnAOB活性，最終間接降(jiang)低氮(dan)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)排放量(liang)。在未(wei)(wei)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)研(yan)究中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)仍需(xu)要(yao)通過大量(liang)實驗數據(ju)校正生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)脫(tuo)落與(yu)(yu)平衡、液相(xiang)邊界(jie)層厚度和生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)縱向(xiang)(xiang)梯度特性等(deng)重要(yao)參(can)數。

03 工藝設計與發展

1.異養脫氮

MABR可以通過(guo)同步(bu)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)同時去(qu)(qu)除(chu)污水(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)有(you)機物和氨(an)氮(dan)。MABR中(zhong)的(de)(de)(de)(de)全程(cheng)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)比較(jiao)(jiao)容易(yi)實(shi)(shi)現，而(er)如何盡可能實(shi)(shi)現短(duan)程(cheng)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)、降低(di)能耗物耗，是(shi)研(yan)究(jiu)者(zhe)們關心的(de)(de)(de)(de)問題。Terada 等較(jiao)(jiao)早利用MABR處(chu)理 TOC 4500 mg /L，TN 4000 mg /L 的(de)(de)(de)(de)養豬(zhu)廢(fei)水(shui)(shui)，在15 d 的(de)(de)(de)(de)停留時間下，TOC 去(qu)(qu) 除(chu) 率(lv) 達 到96%，TN 去(qu)(qu)除(chu)率(lv)達到 83%，并(bing)通過(guo)核算發(fa)現去(qu)(qu)除(chu) TN的(de)(de)(de)(de) 86% 是(shi)通過(guo)短(duan)程(cheng)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)途徑完成的(de)(de)(de)(de)，證明MABＲ 可通過(guo)同步(bu)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)去(qu)(qu)除(chu)高氨(an)氮(dan)廢(fei)水(shui)(shui)，并(bing)具有(you)實(shi)(shi)現短(duan)程(cheng)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)潛力。然(ran)而(er)當(dang)進(jin)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)氨(an)氮(dan)濃(nong)度較(jiao)(jiao)低(di)時，由于(yu)缺少游離氨(an)(FA) 對 NOB 的(de)(de)(de)(de)抑制(zhi)(zhi)(zhi)，僅靠控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)低(di)溶解氧濃(nong)度較(jiao)(jiao)難(nan)實(shi)(shi)現穩定的(de)(de)(de)(de)短(duan)程(cheng)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)。Downing等在 3 mg /L 的(de)(de)(de)(de)進(jin)水(shui)(shui)下對單根膜絲(si)的(de)(de)(de)(de)MABR進(jin)行研(yan)究(jiu)，通過(guo)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)進(jin)氣壓(ya)力將液(ye)相主(zhu)體(ti)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)在缺氧時，可以實(shi)(shi)現 MABR的(de)(de)(de)(de)短(duan)程(cheng)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)脫(tuo)氮(dan)并(bing)且無硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)氮(dan)累積(ji)，但是(shi)脫(tuo)氮(dan)速率(lv)和氨(an)氮(dan)去(qu)(qu)除(chu)率(lv)較(jiao)(jiao)低(di)。如何通過(guo)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)進(jin)水(shui)(shui)負荷、供氧條件(jian)、水(shui)(shui)力條件(jian)等綜合條件(jian)實(shi)(shi)現低(di)氨(an)氮(dan)濃(nong)度條件(jian)下的(de)(de)(de)(de)長期穩定短(duan)程(cheng)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)，仍是(shi)研(yan)究(jiu)者(zhe)們當(dang)前(qian)關注(zhu)的(de)(de)(de)(de)重點研(yan)究(jiu)工作。

近(jin)10年來，一些(xie)中(zhong)試(shi)規(gui)模的(de)(de)(de)(de)MABR逐漸出(chu)現(xian)，拓展了MABR 的(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)前景。這(zhe)些(xie)中(zhong)試(shi)里(li)，MABR大多(duo)依托于傳統(tong)厭氧(yang)(yang)－缺(que)氧(yang)(yang)－好氧(yang)(yang)(AAO) 工(gong)藝(yi)，發(fa)揮膜(mo)曝氣的(de)(de)(de)(de)優勢(shi)(shi)，提高處理能(neng)力。Peeters 等將MABR膜(mo)組(zu)件(jian)加入AAO工(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)(de)缺(que)氧(yang)(yang)段(duan)，用(yong)(yong)膜(mo)為硝化(hua)菌建立(li)載體，增加硝化(hua)菌的(de)(de)(de)(de)數(shu)量，并實現(xian)同(tong)步硝化(hua)反硝化(hua)，達到(dao) 80% 的(de)(de)(de)(de) 脫 氮(dan)(dan) 率(lv)，MABR環節的(de)(de)(de)(de)OTR達到(dao) 8～16g /( d·m2) 。Sun 等將MABR膜(mo)組(zu)件(jian)加入中(zhong)試(shi)AAO 工(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)(de)好氧(yang)(yang)段(duan)，提高了氧(yang)(yang)氣利用(yong)(yong)速率(lv)，對(dui)生活(huo)污水的(de)(de)(de)(de) COD、氨(an)氮(dan)(dan)、TN 去(qu)除率(lv)分(fen)別達到(dao)(89. 0±3. 2) %、(98. 8±1. 3) % 和(he)(68. 5±4. 2) %，污泥(ni)濃度降(jiang)低到(dao)1800 mg /L。隨(sui)著(zhu)實驗室(shi)研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)深入，應該(gai)發(fa)展更多(duo)獨(du)立(li)于傳統(tong)工(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)(de)MABR中(zhong)試(shi)，充(chong)分(fen)發(fa)揮MABR高效率(lv)、低能(neng)耗的(de)(de)(de)(de)優勢(shi)(shi)。

2.自養脫氮

利(li)用(yong)MABR實現 PN-A 工藝的(de)(de)難(nan)點在(zai)(zai)于(yu)(yu)如何富集AnAOB與抑(yi)制(zhi)NOB。在(zai)(zai)富集 AnAOB 方面，Gong等(deng)在(zai)(zai)曝(pu)(pu)氣膜表面纏繞無紡布(bu)富集 AnAOB，最早(zao)利(li)用(yong)MABR在(zai)(zai) 200 mg /L 的(de)(de)進水(shui)氨氮(dan)(dan)濃(nong)度(du)(du)下(xia)實現 PN-A工藝的(de)(de)啟動。Li 等(deng)在(zai)(zai)MABR液相主體接(jie)種Anammox 顆粒污泥，在(zai)(zai)主流濃(nong)度(du)(du)( 約 60 mg /L) 下(xia)也(ye)實現了(le)基于(yu)(yu) PN-A 工藝的(de)(de)全程自養(yang)脫(tuo)(tuo)氮(dan)(dan)。在(zai)(zai)抑(yi)制(zhi)NOB 方面，除(chu)了(le)控制(zhi)低溶解(jie)氧(yang)濃(nong)度(du)(du)外，Pellicer-Nacher等(deng)最早(zao)利(li)用(yong)間歇曝(pu)(pu)氣強化 NOB 抑(yi)制(zhi)，在(zai)(zai)MABR中實現了(le)全程自養(yang)脫(tuo)(tuo)氮(dan)(dan)。目前自養(yang)脫(tuo)(tuo)氮(dan)(dan) MABR的(de)(de)難(nan)點仍在(zai)(zai)于(yu)(yu)低氨氮(dan)(dan)濃(nong)度(du)(du)下(xia) NOB 的(de)(de)抑(yi)制(zhi)和(he) AnAOB 的(de)(de)大量富集，穩(wen)定(ding)運行的(de)(de)條件仍有待(dai)進一步(bu)探索。基于(yu)(yu)自養(yang)脫(tuo)(tuo)氮(dan)(dan)的(de)(de)MABR中試還比較(jiao)少。

3.其他工藝設計

MABR可以使好氧(yang)(yang)(yang)(yang)—缺氧(yang)(yang)(yang)(yang)—厭氧(yang)(yang)(yang)(yang)細(xi)菌群落協同作(zuo)用，并且無泡曝氣過(guo)程中污染(ran)(ran)物(wu)不易揮發(fa)至大氣，因此可以用于處理含有難(nan)降解有機物(wu)和揮發(fa)性有機污染(ran)(ran)物(wu)( 如(ru)乙腈、苯酚類化(hua)合物(wu)、阿特(te)拉(la)津、四環(huan)素等(deng)) 的(de)廢(fei)水，其(qi)中厭氧(yang)(yang)(yang)(yang)區(qu)實現(xian)污染(ran)(ran)物(wu)分解，好氧(yang)(yang)(yang)(yang)區(qu)完成(cheng)(cheng)硝(xiao)(xiao)化(hua)，缺氧(yang)(yang)(yang)(yang)區(qu)實現(xian)反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)。如(ru)硝(xiao)(xiao)基苯胺在有共代謝底物(wu)的(de)存在下，在MABR生物(wu)膜外層厭氧(yang)(yang)(yang)(yang)區(qu)還原(yuan)，經過(guo)單(dan)加氧(yang)(yang)(yang)(yang)酶作(zuo)用形成(cheng)(cheng)氨基，隨后在好氧(yang)(yang)(yang)(yang)層進行硝(xiao)(xiao)化(hua)反(fan)應與苯環(huan)的(de)裂解。近些年(nian)來，利用MABR處理不同種類的(de)難(nan)降解有機物(wu)成(cheng)(cheng)為(wei)較為(wei)熱(re)門的(de)方向(xiang)，吸引了不少研究者。

04 工藝優化運行

1.供氣條件優化

MABR通過(guo)(guo)(guo)調節氣(qi)(qi)(qi)體壓力來控(kong)制(zhi)(zhi)氧(yang)通量(liang)，進(jin)而控(kong)制(zhi)(zhi)反應器的(de)(de)(de)(de)性能(neng)(neng)。穩(wen)定(ding)(ding)(ding)運(yun)行(xing)的(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵問題在(zai)于控(kong)制(zhi)(zhi)通過(guo)(guo)(guo)膜的(de)(de)(de)(de)供(gong)氧(yang)速率(lv)(lv)(lv)，且不為異養細菌(jun)(jun)提供(gong)過(guo)(guo)(guo)量(liang)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)，否則異養菌(jun)(jun)消耗碳源(yuan)將影響反硝(xiao)化效率(lv)(lv)(lv)。在(zai)以(yi)(yi)實現短程(cheng)硝(xiao)化為目標時，供(gong)氧(yang)量(liang)對(dui) NOB 活(huo)性的(de)(de)(de)(de)抑(yi)制(zhi)(zhi)也起(qi)到重(zhong)要作(zuo)用(yong)。在(zai)早期的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)中，研(yan)(yan)究(jiu)者(zhe)通過(guo)(guo)(guo)調整供(gong)氣(qi)(qi)(qi)壓力將主體溶液維持在(zai)缺氧(yang)狀(zhuang)態，以(yi)(yi)保持氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)高(gao)利(li)用(yong)率(lv)(lv)(lv)，同(tong)時利(li)用(yong)低溶解氧(yang)抑(yi)制(zhi)(zhi) NOB。隨著氧(yang)傳質過(guo)(guo)(guo)程(cheng)研(yan)(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)(de)深入(ru)，在(zai)測(ce)得(de)膜材料 Km 的(de)(de)(de)(de)基礎(chu)上，可以(yi)(yi)確定(ding)(ding)(ding)供(gong)氣(qi)(qi)(qi)壓力和(he)(he)OTR之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)關(guan)系(xi)，進(jin)而依據進(jin)水(shui)負荷(he)定(ding)(ding)(ding)量(liang)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)。Bunse 等將進(jin)水(shui)氨氮(dan)負荷(he)與(yu) OTR以(yi)(yi)短程(cheng)硝(xiao)化的(de)(de)(de)(de)計量(liang)關(guan)系(xi)進(jin)行(xing)匹配，在(zai)實際污水(shui)的(de)(de)(de)(de)處理中實現了穩(wen)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de) PN-A 脫氮(dan)，TN 去(qu)除率(lv)(lv)(lv)達到 80% 以(yi)(yi)上。此(ci)外，許多研(yan)(yan)究(jiu)者(zhe)將間(jian)(jian)歇(xie)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)作(zuo)為NOB抑(yi)制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)強化手段。Pellicer-Nacher 等最(zui)早利(li)用(yong)間(jian)(jian)歇(xie)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)在(zai)MABR中實現了全程(cheng)自養脫氮(dan)。Bunse 等將間(jian)(jian)歇(xie)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(5min 空氣(qi)(qi)(qi)，1min 氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)，25min 不曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)) MABR與(yu)連(lian)續曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)MABR對(dui)比，發現間(jian)(jian)歇(xie)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)能(neng)(neng)夠(gou)實現更(geng)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de) NOB 抑(yi)制(zhi)(zhi)和(he)(he)反硝(xiao)化。Ma 等通過(guo)(guo)(guo)建立一維(1-D) 多物種硝(xiao)化生物膜模型，研(yan)(yan)究(jiu)間(jian)(jian)歇(xie)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)MABR對(dui) NOB 的(de)(de)(de)(de)抑(yi)制(zhi)(zhi)機理，通過(guo)(guo)(guo)對(dui)比 DO、pH、FA 和(he)(he)游(you)離亞硝(xiao)酸(FNA) 對(dui) AOB 和(he)(he) NOB 的(de)(de)(de)(de)影響，發現 FA 的(de)(de)(de)(de)周(zhou)期性變(bian)化可能(neng)(neng)是抑(yi)制(zhi)(zhi) NOB 的(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵因素(su)。間(jian)(jian)歇(xie)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)最(zui)優條(tiao)件和(he)(he)抑(yi)制(zhi)(zhi)機理仍有待進(jin)一步研(yan)(yan)究(jiu)。

2.水力條件優化

除了氧傳(chuan)(chuan)質外，底(di)物(wu)從(cong)液相到生(sheng)(sheng)物(wu)膜的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)質也是影響(xiang) MABR 運行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)因素。底(di)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)質性能(neng)(neng)主要(yao)受液相與(yu)生(sheng)(sheng)物(wu)膜之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)邊(bian)(bian)界層阻(zu)力(li)(li)(li)控制。良好的(de)(de)(de)(de)(de)水力(li)(li)(li)條(tiao)(tiao)(tiao)件(jian)(jian)(jian)(jian)會(hui)降低邊(bian)(bian)界層的(de)(de)(de)(de)(de)厚度(du)，提高底(di)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)質效率(lv)，進(jin)而提高生(sheng)(sheng)物(wu)膜的(de)(de)(de)(de)(de)活性和(he)OTR。自從(cong)研究(jiu)者們開始著力(li)(li)(li)于(yu)優(you)化(hua)MABR運行(xing)條(tiao)(tiao)(tiao)件(jian)(jian)(jian)(jian)以(yi)來，對(dui)最(zui)佳(jia)液體(ti)流(liu)(liu)速的(de)(de)(de)(de)(de)探(tan)索就(jiu)一直是研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)部(bu)分(fen)。高液體(ti)流(liu)(liu)速可(ke)以(yi)降低邊(bian)(bian)界層厚度(du)，但隨之(zhi)而來的(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)(dong)力(li)(li)(li)成(cheng)本可(ke)能(neng)(neng)占(zhan)MABR運行(xing)成(cheng)本的(de)(de)(de)(de)(de)很(hen)大比例(li)，并(bing)帶來短(duan)流(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)隱患。此外，液體(ti)流(liu)(liu)速對(dui)生(sheng)(sheng)物(wu)膜的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)、分(fen)層或結(jie)構的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)也是研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)點。Wei 等(deng)(deng)通過強化(hua)水動(dong)(dong)力(li)(li)(li)條(tiao)(tiao)(tiao)件(jian)(jian)(jian)(jian)改善底(di)物(wu)向生(sheng)(sheng)物(wu)膜的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)質，提高了COD的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)除效率(lv)。然而，過強的(de)(de)(de)(de)(de)混合或過高的(de)(de)(de)(de)(de)錯(cuo)流(liu)(liu)速度(du)會(hui)增加能(neng)(neng)耗，并(bing)可(ke)能(neng)(neng)導致生(sheng)(sheng)物(wu)膜脫落(luo)，從(cong)而影響(xiang)COD的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)除。因此，必須(xu)確定(ding)最(zui)佳(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)水動(dong)(dong)力(li)(li)(li)條(tiao)(tiao)(tiao)件(jian)(jian)(jian)(jian)，并(bing)將其應(ying)用(yong)于(yu)MABR的(de)(de)(de)(de)(de)運行(xing)中。KELLY 等(deng)(deng)將計(ji)算流(liu)(liu)體(ti)動(dong)(dong)力(li)(li)(li)學(CFD) 與(yu)生(sheng)(sheng)物(wu)膜生(sheng)(sheng)長模型(xing)耦合，建(jian)立(li)了卷式膜MABR的(de)(de)(de)(de)(de)二維(wei)動(dong)(dong)態模型(xing)，更好地體(ti)現(xian)了剪切力(li)(li)(li)等(deng)(deng)因素引起的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)膜不均勻分(fen)布，以(yi)及生(sheng)(sheng)物(wu)膜覆蓋(gai)率(lv)和(he)厚度(du)對(dui)反硝化(hua)速率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。未(wei)來基于(yu)該模型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)一步研究(jiu)對(dui)于(yu)優(you)化(hua)MABR 的(de)(de)(de)(de)(de)水力(li)(li)(li)條(tiao)(tiao)(tiao)件(jian)(jian)(jian)(jian)有著重(zhong)大的(de)(de)(de)(de)(de)意義。

除(chu)了(le)優(you)化液體流(liu)(liu)速，近年來(lai)，許多研究(jiu)者從(cong)反(fan)應器的(de)(de)角度(du)優(you)化水力條件(jian)，包括優(you)化水流(liu)(liu)方向和(he)減少斷流(liu)(liu)。Wei 等設計了(le)新型(xing) FT-MABR反(fan)應器，將膜(mo)絲環形纏繞在柱狀反(fan)應器內(nei)壁，以克服水流(liu)(liu)短(duan)路現象(xiang)，使(shi)水流(liu)(liu)速度(du)均(jun)勻(yun)且(qie)流(liu)(liu)動方向幾(ji)乎(hu)與中空纖維膜(mo)垂直，促進(jin)了(le)液相傳質效(xiao)果，并證明水流(liu)(liu)流(liu)(liu)速的(de)(de)提(ti)高(gao)會使(shi)抗沖擊負荷能力和(he)氧氣(qi)利用率提(ti)高(gao)，但是該反(fan)應器型(xing)式(shi)不能提(ti)供(gong)較高(gao)的(de)(de)膜(mo)比表面積(ji)。Castrillo 等通過擠(ji)壓(ya)膜(mo)組(zu)件(jian)兩端的(de)(de)距離，使(shi)膜(mo)絲沿各方向不規則彎曲(qu)，增(zeng)強了(le)水流(liu)(liu)的(de)(de)紊(wen)動，OTR和(he)氨氮去(qu)除(chu)效(xiao)果也(ye)得到顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)。這(zhe)些新的(de)(de)膜(mo)組(zu)件(jian)形式(shi)為MABR提(ti)供(gong)了(le)更(geng)(geng)多可能。未(wei)來(lai)可使(shi)生物膜(mo)更(geng)(geng)加均(jun)勻(yun)的(de)(de)膜(mo)組(zu)件(jian)和(he)反(fan)應器型(xing)式(shi)也(ye)有待進(jin)一步探索(suo)。

3.生物膜厚度與穩定性

除了氧(yang)氣和(he)底(di)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)傳(chuan)(chuan)質(zhi)引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)群落活性(xing)差(cha)異(yi)，在(zai)(zai)(zai)MABR 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)異(yi)向傳(chuan)(chuan)質(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)中(zhong)(zhong)，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形態特(te)征(zheng)和(he)種(zhong)群變化對(dui)(dui)(dui)(dui)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)群落和(he)運(yun)行效(xiao)果會(hui)(hui)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響。現(xian)階(jie)段(duan)通(tong)(tong)常(chang)采用(yong)微(wei)(wei)電(dian)極技術(shu)分析來監測(ce)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)厚(hou)(hou)(hou)度(du)(du)，通(tong)(tong)過(guo)(guo)微(wei)(wei)電(dian)極檢測(ce)溶解(jie)氧(yang)在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)同介質(zhi)交(jiao)界面(mian)濃度(du)(du)梯度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化來確(que)定生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)上下(xia)邊(bian)界。在(zai)(zai)(zai)MABR的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)初期，研究(jiu)者(zhe)們就(jiu)(jiu)意識(shi)到(dao)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)厚(hou)(hou)(hou)度(du)(du)對(dui)(dui)(dui)(dui)運(yun)行效(xiao)果的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響。過(guo)(guo)薄(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)無法為污(wu)染(ran)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)降解(jie)提供足夠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)量，而過(guo)(guo)厚(hou)(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)會(hui)(hui)增(zeng)加(jia)外側缺氧(yang)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)(hou)(hou)度(du)(du)，增(zeng)大氨氮(dan)等基質(zhi)傳(chuan)(chuan)遞(di)至內(nei)側好氧(yang)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)阻力。所以(yi)(yi)，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)存在(zai)(zai)(zai)有利于傳(chuan)(chuan)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)最佳厚(hou)(hou)(hou)度(du)(du)。研究(jiu)者(zhe)們提出：可(ke)以(yi)(yi)通(tong)(tong)過(guo)(guo)調整水流剪切力或間歇曝(pu)氣沖刷(shua)來控(kong)制缺氧(yang)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)(hou)(hou)度(du)(du)，實(shi)現(xian)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)脫(tuo)(tuo)落和(he)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)平衡。但是(shi)在(zai)(zai)(zai)實(shi)踐中(zhong)(zhong)，精(jing)準的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)厚(hou)(hou)(hou)度(du)(du)控(kong)制仍難以(yi)(yi)實(shi)現(xian)，間歇沖刷(shua)還有可(ke)能破壞生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)。一(yi)方面(mian)，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)厚(hou)(hou)(hou)度(du)(du)問(wen)題將來可(ke)能通(tong)(tong)過(guo)(guo)更(geng)(geng)(geng)精(jing)確(que)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)監測(ce)手段(duan)和(he)更(geng)(geng)(geng)智能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)沖刷(shua)方式解(jie)決(jue)。另一(yi)方面(mian)，在(zai)(zai)(zai)用(yong)于全程自養(yang)脫(tuo)(tuo)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)MABR試(shi)驗中(zhong)(zhong)，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)量控(kong)制問(wen)題就(jiu)(jiu)相(xiang)對(dui)(dui)(dui)(dui)次要。因為與(yu)異(yi)養(yang)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)相(xiang)比(bi)，自養(yang)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)速率(lv)和(he)產(chan)量系(xi)數相(xiang)對(dui)(dui)(dui)(dui)較(jiao)低，在(zai)(zai)(zai)這(zhe)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)系(xi)統(tong)中(zhong)(zhong)，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)積(ji)累(lei)更(geng)(geng)(geng)容易(yi)被(bei)侵(qin)蝕和(he)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)量衰減所平衡。近年來，原(yuan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)對(dui)(dui)(dui)(dui)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)曝(pu)氣生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響受(shou)到(dao)更(geng)(geng)(geng)多(duo)關(guan)注(zhu)。Kim等針對(dui)(dui)(dui)(dui)異(yi)養(yang)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)中(zhong)(zhong)原(yuan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)動物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)捕食對(dui)(dui)(dui)(dui)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)積(ji)累(lei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響進(jin)(jin)行探究(jiu)，發現(xian)當COD不(bu)(bu)足時原(yuan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)動物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)會(hui)(hui)對(dui)(dui)(dui)(dui)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)進(jin)(jin)行捕食，在(zai)(zai)(zai)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)上形成空(kong)洞(dong)從而加(jia)速生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)脫(tuo)(tuo)落，因此在(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)限制原(yuan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)動物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活動對(dui)(dui)(dui)(dui)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定也至關(guan)重要。

05 展 望

盡管MABR在理論上有著非常好(hao)的(de)應用前景，但目前仍(reng)有很多未解決的(de)問題，值得進一步(bu)深入研究。

1) 膜(mo)材料(liao)的成(cheng)本和性能依然(ran)是(shi)制(zhi)約MABR大規模應(ying)用的限制(zhi)條件(jian)，開發(fa)低成(cheng)本高效率的膜(mo)材料(liao)對(dui)于MABR的推(tui)廣(guang)有著重要意義。

2)建立(li)模(mo)型(xing)是(shi)未來研(yan)究的重要輔助手段，在生物膜與水(shui)力學(xue)的研(yan)究中(zhong)建模(mo)可(ke)以直(zhi)觀(guan)地展(zhan)示出整個(ge)微(wei)觀(guan)動態過(guo)程(cheng)，為MABR的理論研(yan)究提供進(jin)一步支持。

3)生(sheng)物膜厚度作為一(yi)個影響MABR性能(neng)的重要因素，卻很(hen)難在(zai)實(shi)際應用中實(shi)現簡單易行的連續監測和控制。

4) 如何將(jiang)現(xian)(xian)有(you)研究推(tui)向實(shi)際應用缺乏經驗。進水的(de)(de)差異(yi)會(hui)導致不(bu)同的(de)(de)生物膜結構，使微生物的(de)(de)最(zui)佳活性層位置(zhi)發(fa)生改變。現(xian)(xian)有(you)研究內容還不(bu)足以建立起可供實(shi)際工程參(can)考的(de)(de)工況數據(ju)庫，在面對污水的(de)(de)水質差異(yi)時仍需花費(fei)大量時間來尋找MABR的(de)(de)最(zui)佳工況。 

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