摘要
我国每年都需处理大量的餐厨垃圾，而在这个处理过程中会产生大量的餐厨废水。餐厨废水具有极高的COD与颗粒物浓度，且含油脂等较为复杂的有机物。目前，主要采用厌氧生物法对餐厨废水进行处理。然而，餐厨废水厌氧消化后的沼液污泥浓度极高，需进行固液分离才能进入好氧处理，处理工艺繁杂，且沼液固液分离后将造成厌氧反应器内微生物流失等问题，影响污染物降解效率。相关研究表明， AnMBR由于膜组件对污泥的截留作用，保证了厌氧反应器内微生物的浓度，对餐厨废水中污染物有着良好的降解效果。但其中大多数研究均为实验室规模，且存在较为严重的膜污染问题，导致AnMBR系统处理餐厨废水时的稳定性较差。 沼液的膜过滤稳定性决定着AnMBR系统连续运行的稳定性，为了解AnMBR是否能满足中试规模的餐厨废水处理，本文重点针对中试规模下AnMBR中沼液的膜过滤特性，即沼液膜过滤前后污染物去除率、膜通量的影响因素、不同反洗条件对膜通量恢复的影响、最佳反洗条件下连续运行的稳定性以及膜污染机理进行研究；同时，探清运行前后AnMBR微生物群落结构分布及演替方向，取得的研究结果如下： （1）进行了沼液膜过滤特性研究。①COD去除率在77.2~86.8%之间，均值为82.3%；VFA去除率在72~92%之间波动，平均去除率为86%；进水的TN均值为3177 mg/L，出水的TN均值为2427 mg/L；进出水pH与NH4+-N均无明显差异，厌氧膜对pH与NH4+-N无明显去除效果。②最佳反洗条件：单次反洗流量为15m3/h，单次反洗时长为 5s，反洗频率为 30min 一次。③最佳反洗条件下沼液膜过滤连续运行具有较强的稳定性：经过两个月的连续运行，跨膜压差从初始的0.013MPa 增长到化学清洗前的 0.056MPa，产水流量从最初的 0.32 m3/h下降至0.13 m3/h，膜通量衰减了约59.4%。在连续运行的两个月中总计产水约70.3 m3，平均每日产水1.35 m3。该厌氧膜在进行第一次化学清洗之前总计产水约145 m3。 （2）建立了沼液膜过滤通量数学模型。①沼液膜过滤通量数学模型表达式为J= △P/10?3（5.8×1012+ 5.6×1011M），当超滤膜孔径为30nm，沼液MLSS为5g/L~16g/L，△P为0.023MPa~0.029MPa时，该模型可靠（ R2gt;0.99 ），并以此计算可得沼液膜通量范围为 1.56×10-6 ~3.37×10-6 m3/（m2·s），平均膜通量为2.28×10-6 m3/（m2·s）。②膜表面形成的滤饼层总阻力 Rt主要来源于膜自身阻力 Rm与滤饼层阻力Rc之和（其中 Rm=5.8×1012m-1，Rc=5.6×1011M）；该沼液的实际粘度会随膜内高速运动条件下趋于一定值，为1×10-3Pa·s 。③对模型参数进行了灵敏度分析：当各工艺参数在0~50%变化时，膜通量各参数的灵敏度高低依次为△P、μ、Rm和 MLSS； 当各工艺参数在-50%~0变化时，膜通量各参数的灵敏度高低依次为μ、△P、Rm和MLSS。 （3）揭示了沼液过滤膜污染机理。①在沼液过滤过程中，有机成分中的蛋白质全部回流至沼液罐，极少残留在膜上；多糖并不全部回流至沼液罐，大约有14.5%~26.9%会残留在膜上，且随着沼液浓缩倍数增大，多糖在膜上残留率也逐渐增大。因此，膜污染物质的有机成分主要为多糖。②无机成分是膜污染物质的主要成分，约占79.72%，且主要为磷酸镁盐与碳酸钙等物质。 （4）分析了微生物群落结构分布及演替方向。①AnMBR 运行前后两者的主要的门水平微生物一致，但是又存在一定程度的区别，主要体现在运行前具有Patescibacteria（占比7.44%），而运行后具有Caldatribacteriota（占比7.10%）。②AnMBR 运行前的主要属水平微生物为 Fastidiosipila（占比 16.61%）、Rikenellaceae_RC9_gut_group （占比10.86%）；而运行后的主要属水平微生物为Fastidiosipila（占比17.89%）、norank_f__ST-12K33（占比10.11%）。③AnMBR运行前后，门水平微生物中产甲烷菌数量明显增多；古菌属水平微生物多样性更加丰富。
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