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厌氧膜生物反应器(AnMBR)技术将厌氧生物处理过程与膜技术相结合,通过膜的固液分离可以保留生长缓慢的功能性厌氧微生物。AnMBR现因其高效的有机物降解及可从废水中回收能量的潜能而备受关注,然而产甲烷过程是厌氧发酵的主要限速步骤,促进甲烷发酵潜能有利于提高能量回收效率,且膜污染是AnMBR实际应用过程中的主要障碍,膜污染会降低膜通量并缩短膜的使用寿命,从而增加运营成本。通过投加活性炭载体的方式可以有效地促进甲烷发酵过程并控制膜污染,但很少有研究将粉末活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC)对AnMBR甲烷发酵和膜污染控制效果进行对比。为了提高甲烷发酵和膜污染控制效果,本研究通过设置C-AnMBR(对照)、P-AnMBR(投加PAC)和G-AnMBR(投加GAC)三组2 L的AnMBR处理模拟城市污水。在考察活性炭投加对甲烷生成势影响的基础上,进一步对连续运行的投加活性炭的AnMBR产甲烷能力进行分析;通过考察活性炭对膜污染的作用特性和膜过滤实验,分析PAC和GAC对膜污染控制的不同机制。主要工作和结论如下:(1)不同负荷下的批次实验表明,投加PAC和GAC能提高累积甲烷产量,PAC能增大最大产甲烷速率并有效缩短延滞期,GAC能增大最大产甲烷速率,对延滞期没有影响,表明投加PAC对提高甲烷化潜能效果优于GAC。且PAC和GAC能缓解挥发性脂肪酸的积累,提高系统负荷。(2)C-AnMBR、P-AnMBR和G-AnMBR的COD平均去除率分别为95.0%,95.6%,95.7%。在HRT 6 h,C-AnMBR、P-AnMBR和G-AnMBR的产气速率分别为0.637、0.632和0.633 L/L-reactor/d,甲烷转化率分别为81.6%、80.8%和80.9%。微生物解析结果表明:三个反应器中古菌以Methanothrix属占绝对优势,表明反应器内产甲烷主要是通过乙酸盐裂解;优势细菌为Chloroflexi门、Firmicutes门、Proteobacteria门、Bacteroidetes门、Synergistetes门。(3)反应器运行期间,TMP不断上升,当HRT≥12 h时,相较于未投加活性炭,PAC和GAC能有效缓解膜污染,且PAC更明显。当HRT<12 h时,GAC比PAC更能减缓膜污染速率,延长膜的使用寿命。(4)通过对膜表面泥饼层的形态和元素组成进行分析,可以发现C-AnMBR的膜表面存在较大的污泥颗粒,是其主要污染物,P-AnMBR的膜表面存在较多与凝胶层有关的无机元素,表明投加PAC在膜表面会形成凝胶层,G-AnMBR膜面有较多的有机污染物。(5)受污染的膜离线过滤实验表明,HRT≥12 h时,投加PAC对膜污染有明显的缓解作用,主要是通过冲刷作用缓解了泥饼层的形成,HRT<12 h时,PAC对膜面吸附力增强,且膜表面易形成凝胶层,使其泥饼层的阻力(Rc)增加,膜污染缓解效果不如G-AnMBR。从长期运行来看,三个反应器均以泥饼层形成的膜污染为主,且C-AnMBR和P-AnMBR的Rc(95%)大于G-AnMBR的Rc(76.5%),这是由于GAC减少了蛋白质和多糖在膜面的积累,使得GAC对膜污染有更好的缓解作用且能延长膜的使用寿命。