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近年来,我国制药行业蓬勃发展,其生产过程中产生的大量制药废水具有成分复杂、无机盐和有机物含量高、难生物降解等特点,为此研发高效稳定的制药废水处理工艺技术意义重大。膜生物反应器(MBR)是传统生物处理技术和现代膜分离技术的有机结合,其出水水质好、污泥持留量高,近年来在城镇污水和工业废水处理领域得到广泛应用,但仍存在运行能耗高、膜污染严重等问题。论文以实际制药废水为处理对象,应用X-射线能谱分析(SEM-EDX)、三维荧光光谱(3D-EEM)、凝胶渗透色谱(GPC)等技术,比较研究了好氧MBR与厌氧MBR处理低浓度制药废水性能及其膜污染特性差异;鉴于厌氧MBR工艺去污能力强、能源可回收的优点,进一步开展了厌氧MBR工艺处理高浓度制药废水及生物炭强化性能研究,应用原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、高通量测序等技术分析了投加生物炭对厌氧膜污染特性、膜垢组成及厌氧污泥与膜表面微生物菌群结构的影响,初步揭示厌氧MBR新工艺处理制药废水的过程机制。取得如下研究结果:1、以好氧MBR(AeMBR)和厌氧MBR(AnMBR)为研究平台,低浓度制药废水为处理对象,研究其工艺性能、膜污染特性和膜垢组成差异。结果表明,AnMBR具有相对较高的制药废水处理潜能,在水力停留时间(HRT)为24h、有机负荷(OLR)由0.5kgCOD/(m3·d)提升至1.2kgCOD/(m3·d)时,其对化学需氧量(COD)和可吸收有机卤代物(AOX)的去除率分别为95.3±2.0%和54.7±6.4%,且混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)较高。同时,AnMBR的膜垢胞外聚合物(EPS)含量相对较低,且滤饼层呈松散多孔状,其跨膜压差(TMP)平均增长速率为0.3kPa/d,低于好氧MBR的0.675kPa/d。进一步分析膜垢EPS组成发现,色氨酸类蛋白和芳香族蛋白是膜垢EPS的主要物质,相比而言AnMBR膜垢中蛋白质平均分子量较小(27607 Da),不易引起膜孔堵塞与膜表面堆积,但其膜表面积累的无机污染物更多,并存在独有的腐殖酸类物质。2、以AnMBR为研究平台,高浓度制药废水为处理对象,研究投加生物炭颗粒对AnMBR工艺污染物去除、污泥生物量、产气量及气体组成等的影响。结果表明,在 HRT 为 24h、OLR 由 1.5kgCOD/(m3·d)提升至 7.0kgCOD/(m3 d)时,投加生物炭颗粒的AnMBR-2反应器的COD、总氮(TN)、AOX去除率分别达93.8±1.7%、44.1±2.5%、61.5±9.0%,优于对照组的 89.2±2.2%、37.1±4.4%、56.2±7.1%;同时,两组AnMBR反应器运行120d均未发生系统酸化现象,相比而言AnMBR-2系统氧化还原电位(ORP)与出水挥发性脂肪酸(VFA)值更低,MLVSS浓度增至20.3±1.3 g/L,其单位容积平均产气量及其甲烷占比分别高达1.4±0.2L/(L d)、68.2±2.7%。3、研究生物炭投加对厌氧膜污染特性、膜垢组成的影响发现,投加生物炭颗粒的AnMBR-2反应器TMP平均增长速率为0.26 kPa/d,低于对照组的0.38 kPa/d,且膜表面粗糙度有所降低;同时,生物炭的投加减少了厌氧膜垢的Al、Si、Ca、Fe等金属元素占比,蛋白质分子量大小进一步降低(0.1-0.15 kDa的小分子蛋白质占比为67.7%),腐殖酸类物质明显减少,推测生物炭的投加有效降低了厌氧混合液的溶解性微生物产物(SMP)浓度(仅为对照组的72-82%),进而实现厌氧膜污染缓解。进一步分析厌氧污泥和膜表面微生物菌群结构发现,生物炭的投加使厌氧污泥的微生物菌群多样性和丰度增加,其中门水平上细菌以Proteobaccteria(33.3%)、Bacteroidetes(19.8%)和 Chloroflexi(4.7%)等为主,属水平上以 Rikenellaceae spp.(10.0%)、Thaueraspp.(2.8%)等降解脂肪酸、卤代有机物、芳香族有机物细菌为主,古菌则以 Methanosarcina spp.(17.8%)、Methanosaeta spp.(17.1%)等乙酸营养型产甲烷菌为主;膜表面微生物方面,生物炭的投加减少了易造成膜污染的Bacteroidetes、Firmicutes等微生物的富集。综合分析认为,生物炭通过吸附、成核、菌群调控等途径增强了厌氧体系的污染物去除和污泥持留能力,改善了厌氧体系混合液性质,进而有效缓解厌氧MBR膜污染。