《Sustainable Chemistry One World》：Effects of operational flux under identical operating conditions in a membrane bioreactor treating centralized industrial wastewater
编辑推荐：
•MBR 在未预处理工业废水的情况下实现了稳定运行。•将通量从 12 降低至 6 LMH 并未减少膜污染。•类颗粒污泥的形成影响了氧转移和硝化作用。•进水稳定化比保守通量运行更为关键。引言水是可持续发展的核心，支撑着日常家庭和制造活动 [1]。然而，快速的工业化正给水资源带来
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MBR 在未预处理工业废水的情况下实现了稳定运行。
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将通量从 12 降低至 6 LMH 并未减少膜污染。
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类颗粒污泥的形成影响了氧转移和硝化作用。
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进水稳定化比保守通量运行更为关键。
引言
水是可持续发展的核心，支撑着日常家庭和制造活动 [1]。然而，快速的工业化正给水资源带来巨大压力。联合国教科文组织的一份报告指出，工业平均占全球用水量的 20% [2]。水已用于工业的许多阶段，包括生产、清洗、冷却塔和锅炉。这些过程释放一种称为“工业废水”的副产品。如果不经过适当处理，产生的废水会导致生物多样性减少、卫生不安全以及影响社会经济增长 [3]。这提出了一个挑战，需要在经济增长和生态责任之间寻求平衡的解决方案，以确保可持续发展 [4]。此外，重复使用处理后的废水的趋势激发了水资源保护战略，增加了膜技术在工业废水处理与回用中的作用。
膜生物反应器 (MBR) 是一种变革性方法，已被广泛应用于工业废水处理。MBR 将生物处理（微生物降解污染物）与膜过滤（固液分离）集成在一个反应器中。因此，生物质完全保留在反应器中，为慢速生长细菌降解难降解化合物和增强氮处理创造了有利条件。因此，以前的报告证实，与传统活性污泥法 (CASP) 相比，MBR 的渗透液质量更优，可直接回用 [5]，[6]。在工业废水处理中，MBR 已被广泛部署。MBR 在处理制革废水以及制药和石化废水混合物时，COD 和 NH4+-N 去除率可分别超过 80% 和 90% [5]，[7]。在处理高浓度废水时，COD 和 NH4+-N 的处理性能分别可达 98.7% 和 99.5% [8]。对于集中式工业废水，MBR 提供的 COD 去除率至少为 93%，出水未检出 NH4+-N [9]。MBR 也证明了其在处理化工废水方面的长期有效性。结果表明，全规模 MBR 成功运行了超过 18 年，未受到生物污染损坏或破坏 [10]。尽管已有很多研究证明 MBR 在工业废水处理中的应用潜力，但专注于集中式工业废水的研究有限。这种废水通常具有比直接排放制造过程产生的废水更复杂的特性和更低的可生物降解有机物浓度，因为易生物降解底物可能已在分散式废水处理厂 (WWTPs) 中被消耗。因此，难降解化合物，如多环芳烃和含氮杂环，可以在收集的下水道中积累并进入集中式 WWTP，导致相对较低的可生物降解性 (BOD/COD ≈ 0.3) [11]。此外，污染行为是评估膜性能的关键参数，主要受运行通量控制。运行通量的选择是关键设计参数，决定了资本支出 (CAPEX) 和运营支出 (OPEX) 之间的平衡。在低于临界通量的情况下运行 MBR 可以显著延长稳定运行时间，但由于需要更大的膜面积和反应器体积，可能会导致占地面积更大 [12]。这种策略通常应用于高难降解有机物的废水，如炼油废水和纺织染料废水，运行通量为 1.2-4.0 L/m2.h (LMH) [13]，[14]，[15]。在某些情况下，集成系统可达到 12.5-13.4 LMH 的高通量 [5]，[16]，[17]。相比之下，含有更多易生物降解有机化合物的废水可以高通量 (~20 LMH) 运行，同时具有较低的生物质浓度，但未报道污染行为 [18]。通常，这些研究侧重于评估特定通量下或通量增加条件下的处理性能和膜污染行为。然而，在保持相同水力和生物运行条件的同时，通过增加膜面积 specifically 降低通量的影响尚不清楚，特别是对于未经预处理的集中式工业废水处理。这种方法允许独立于水力和生物负荷条件的变化来评估通量的影响。因此，在给定的流量下，降低运行通量直接由安装的膜面积决定，而较低的通量需要更大的安装膜面积，从而增加了 WWTP 的 CAPEX [19]。因此，确定对于集中式工业废水处理，保守通量运行是否真正提供综合效益至关重要。
为弥补这一研究空白，本研究旨在通过在保持相同流量和水力停留时间 (HRT) 的同时改变膜面积，隔离运行通量对未经预处理的集中式工业废水处理 MBR 的处理性能和污染行为的影响。因此，废水收集自越南胡志明市的一个繁忙工业园区，并在实验室规模 MBR 中进行实验。本研究的目的是 (i) 评估通量降低对处理性能和生物质特征的影响；(ii) 在保持相同水力和生物运行条件的同时评估不同通量条件下的污染倾向。结果提供了在保守和适度通量条件下 MBR 处理性能和污染行为的见解，支持集中式工业废水处理的通量选择。
章节摘要
进料废水和接种污泥
本研究中使用的废水收集自位于胡志明市工业区的一个集中式废水处理厂。该工业园区接收来自各种重污染行业的废水，包括冶金、纺织、制革、电镀、电子和橡胶加工。因此，废水具有高浓度的有机物、悬浮固体和色度，以及中等的氮含量。特别是，总
有机物和磷的去除
图 2a 描绘了实验室规模 MBR 在不同通量下的 COD 变化。进水总 COD 波动很大 (610-940 mg/L)，反映了集中式工业废水的复杂性。值得注意的是，在第 1 阶段渗透液 COD 比进水浓度低 7.5 倍，在第 2 阶段低 4.7 倍，证实了生物降解和膜分离的有效结合。特别是，第 2 阶段的平均渗透液 COD 为 163 ± 43 mg/L，这是
结论
本研究为未经预处理的集中式工业废水处理 MBR 的设计和运行提供了重要见解。在恒定流量下，通过增加膜面积将通量从 12 降低至 6 LMH 并未改善处理性能或污染控制，表明对于这种废水，保守通量运行是不必要的。集中式工业废水的复杂特性导致类颗粒污泥的形成，进一步导致
CRediT 作者贡献声明
Phuong-Thao Nguyen: 写作 – 初稿，方法论。 Nguyen-Thanh-Tung Ning: 形式分析。 Thi-Diem-Quynh Nguyen: 数据整理。 Van-Thang Le: 写作 – 审查与编辑。 Quang-Huy Hoang: 形式分析。 Gei?ene Sven-Uwe: 写作 – 审查与编辑，方法论。 Xuan-Thanh Bui: 写作 – 审查与编辑，概念化。 Thi-Kim-Quyen Vo: 写作 – 审查与编辑，概念化。
竞争利益声明
作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能被认为影响了本论文中报告的工作。
致谢
我们要感谢胡志明市理工大学 (HCMUT) 对本研究的支持。此外，我们要感谢 InReUse 项目，MARTIN 膜系统，Le-Thien-An Ho 先生和 Lich-Thanh-Tam Tu 先生的技术支持。
Phuong-Thao Nguyen|Thi-Diem-Quynh Nguyen|Nguyen-Thanh-Tung Ninh|Quang-Huy Hoang|Van-Thang Le|Xuan-Thanh Bui|Sven-Uwe Gei?en|Thi-Kim-Quyen Vo
