膜增强型厌氧膜生物反应器（EGSB - AnMBR）处理食品废物压滤液（FWPF）的效能提升与生物质截留机制研究

推荐 为应对中国上海食品废物（FW）产量激增及传统处理工艺效率低下的挑战，研究人员针对高浓度有机废水——食品废物压滤液（FWPF）的处理难题，开展了厌氧膜生物反应器（AnMBR）与膨胀颗粒污泥床（EGSB）耦合系统的研究。结果表明，在有机负荷率（OLR）为13.4 g - COD/L/d时，系统甲烷产率达0.25 L - CH?/g - COD，COD去除率提升至97.0%，膜组件通过截留生物质显著增强系统稳定性。该研究为高浓度有机废水的资源化与能源回收提供了创新解决方案。

　　

论文解读
随着城市化进程加速，中国上海等大城市的食品废物（FW）产量持续攀升，2023年夏季单日产生量高达11,300吨，远超现有处理能力（8,200吨）。传统处理方式依赖厌氧消化（AD），但其面临低pH值、挥发性脂肪酸（VFAs）积累及微量元素缺乏等问题，导致系统酸化失稳。此外，常规连续搅拌槽式反应器（CSTRs）因生物质截留能力差，仅能承受2–4.5 g - VS/L/d的低有机负荷率（OLR），严重制约了处理效率。在此背景下，上海高校青年东方学者计划资助的研究团队开发了一种融合膨胀颗粒污泥床（EGSB）与厌氧膜生物反应器（AnMBR）的创新工艺，旨在突破传统工艺的技术瓶颈。

关键技术方法
本研究采用序批式实验设计，通过控制OLR梯度（6.7、13.4、20.1 g - COD/L/d）评估系统性能，并结合溶解性有机物（SOM）表征与膜污染分析技术，解析膜组件的作用机制。实验装置包含EGSB反应器与聚醚砜（PES）微滤膜组件，运行温度维持在35±1℃，HRT设定为8小时。

研究结果

1. OLR对系统效能的影响
   当OLR为6.7 g - COD/L/d时，EGSB与EGSB - AnMBR的COD去除率分别为95.1%和98.4%，膜组件仅贡献3.0%的增效。然而，当OLR升至13.4 g - COD/L/d时，EGSB因颗粒污泥解体导致COD去除率骤降至77.3%，而EGSB - AnMBR凭借膜截留作用维持97.0%的高效去除能力，其中膜对可溶性化学需氧量（SCOD）的截留贡献达3.6%。

2. 甲烷产率与生物质截留
   最优OLR条件下（13.4 g - COD/L/d），系统甲烷产率达0.25 L - CH?/g - COD，较传统工艺提升显著。膜组件通过物理截留作用防止颗粒污泥流失，确保微生物活性稳定，其截留效率达100%，有效避免了污泥混合液中生物量的损失。

3. 膜污染机制解析
   低通量运行时，滤饼层形成是主要污染机制。溶解性有机物分析显示，蛋白质与多糖类物质占比超60%，与膜孔径堵塞呈正相关。通过扫描电镜（SEM）观察发现，滤饼层厚度随OLR升高而增加，但周期性反冲洗可恢复85%以上通量。

研究结论与意义
本研究证实EGSB - AnMBR系统在处理高浓度有机废水领域具有显著优势。其核心创新在于：（1）揭示膜组件在提升甲烷产率中的双重作用——既通过截留SCOD强化厌氧发酵，又通过稳定污泥床层抑制酸化风险；（2）建立OLR与膜污染程度的量化关系，提出基于滤饼层控制的优化策略。该技术突破传统AD工艺的效率瓶颈，为城市有机废弃物的资源化利用提供了工程化解决方案。研究成果发表于《Environmental Research》，对推动厌氧膜技术在高浓度废水处理领域的应用具有重要参考价值。

值得注意的是，系统在OLR为20.1 g - COD/L/d时虽维持较高甲烷产率（0.23 L - CH?/g - COD），但膜污染速率显著加快，TMP增幅达45%，提示需进一步优化操作参数以实现长期稳定运行。此外，研究数据表明，颗粒污泥粒径分布（0.5–2 mm）与膜孔径（0.1 μm）的匹配性直接影响截留效率，这为反应器设计提供了重要理论依据。