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近年来,随着污水处理厂污染物排放标准的提高,对传统污水处理工艺提出了挑战。膜生物反应器因出水水质好、占地面积小等特点成为污水处理厂提标改造的主要应用技术之一。与好氧膜生物反应器相比,厌氧膜生物反应器(Anaerobic Membrane Bioreacter,AnMBR)则秉承了低能耗可持续的理念,成为污水处理领域的研究热点。但在众多学者的研究中,考察AnMBR反应器在低温条件下运行性能的并不多,此外,膜污染问题也一直限制着AnMBR反应器的工程应用。因此,本研究用孔隙较大的裂帛作为膜过滤材料,以颗粒污泥取代悬浮污泥,开发了新型的AnMBR反应器,通过该反应器低温(15℃)条件下的连续运行,着重考察了AnMBR反应器对有机物的处理效果和膜污染过程,探究了膜表面污染层作用及反应器微生物群落结构特性,以期为控制膜污染问题提供新的解决思路,为AnMBR在污水处理中的实际应用提供理论依据和技术支持。通过研究,本论文得到以下主要结论:(1)以裂帛作为膜过滤材料,以颗粒污泥取代悬浮污泥的AnMBR反应器,在低温15℃,水力停留时间HRT为3 h条件下处理模拟生活污水的挥发酸废水。进水COD平均浓度395.95 mg/L,出水COD平均浓度为39.35 mg/L,去除率为90%。进水挥发酸由乙酸、丙酸和丁酸以COD当量比例2:1:1构成,其中进水乙酸平均浓度为209.94 mgCOD/L,出水未检测到丙酸与丁酸,出水乙酸平均浓度为4.65 mg/L。较低的有机物出水浓度表明AnMBR反应器对有机物的处理效果较好。(2)AnMBR反应器运行期间,随反应器的运行时间的延续,跨膜压差TMP逐渐升高而过滤通量Flux逐渐降低,最高TMP为23.60 kPa,对应Flux为7 L/(m2·h),膜清洗时间间隔40~50 d,TMP增长速率为0.47~0.59 kPa/d,TMP增长速率与膜组件选材有关。与中空纤维膜为过滤组件的AnMBR反应器相比,裂帛为过滤材料的AnMBR反应器膜污染速率更缓慢。膜清洗前电镜扫描照片表明,膜表面黏附大量污染物,膜孔隙几乎完全被堵塞。出水颗粒物粒径和膜过滤前溶解性微生物产物SMP浓度变化检测结果表明,膜表面污染层可截留部分颗粒物质、胶体和大分子有机物。(3)低温条件下运行的AnMBR反应器内厌氧颗粒污泥活性较高,最大产甲烷速率为0.39 gCODCH4/(gVSS·d),膜表面微生物的乙酸降解活性活性折算成产甲烷速率为0.21 gCODCH4/(gVSS·d),表明膜表面微生物具有较好的乙酸降解能力。属水平上古菌菌群多样性和群落结构分析结果表明,反应器古菌主要为乙酸营养型的产甲烷毛发菌属(Methanosaeta)和氢营养型的产甲烷杆菌属(Methanobacterium),二者相对丰度分别为79.72~91.55%、7.37~19.69%,总相对丰度>98%,产甲烷毛发菌属相对丰度明显高于产甲烷杆菌属,故反应器内产甲烷途径以乙酸产甲烷为主。(4)常温(21~29℃)与低温(15℃)厌氧反应器内颗粒污泥群落结构对比结果表明,常温和低温条件下的微生物菌属的种类和数量基本相同,但菌属的相对丰度有所变化。低温条件下,反应器微生物菌属相对丰度明显增加的有双歧杆菌(Bifidobacterium)、暖绳菌属(Caldilineaceae_uncultured)、脱氯菌属(Dechl oromonas)等,相对丰度分别为4.42%、13.82%、5.45%,而常温条件下其相对丰富度接近零,表明这些菌属更适宜在低温15℃条件下生长。