第一作者：雷振 博士
通讯作者：陈荣 教授、李倩 教授
论文DOI: 10.1016/j.watres.2024.122371
AnMBR污染物去除及产甲烷性能
Fig. 1. Process flow diagram (a) and photo (b) of the AnMBR demo plant. Copyright 2024, Elsevier Inc.
Fig. 2. Overall pollutants removal and methane production performance of the AnMBR, (a) operational temperature and HRT; (b) COD removal efficiency; (c) correlation between COD removal efficiency and operation temperature; (d) correlation between the concentration of dissolved organics in the mixed liquor and operation temperature; (e) biogas production and CH4 proportion; (f) methane yield at different stages. Copyright 2024, Elsevier Inc.
膜过滤性能
Fig. 3. Filtration performance of the AnMBR, (a) MWs distribution of dissolved organics in the mixed liquor and permeate; (b) rejection efficiency of the membrane to organics with different MWs at different fouling stages. (c) rejection efficiency AnMBR to (c1) total dissolved organics, (c2) protein, and (c3) carbohydrate in the mixed liquor at different stages; (d) correlation between TMP and membrane rejection efficiency to (d1) total dissolved organics, (d2) protein, and (d3) carbohydrate in the mixed liquor. Copyright 2024, Elsevier Inc.
AnMBR（附有污染物的膜）对分子量100 kDa的有机物截留率超过98%，对0.5~10 kDa和小于0.5 kDa的有机物截留率较低（分别小于60%和40%），显著高于未受污染的膜，表明膜污染物在提高截留效率中起关键作用。不同有机组分而言，AnMBR截留效率依次为：碳水化合物 > 总有机物 > 蛋白质。
AnMBR膜污染控制
Fig. 4. Membrane fouling development at different operational conditions. (a) overall TMP variation during the AnMBR operation; TMP variation in single filtration cycle at (b1) SII, (b2) SIV, and (b3) SV; (b4) the relation between flux/SGDmratio and TMP at different flux. The star marked in figure (a) represents chemical cleaning. Copyright 2024, Elsevier Inc.
低温条件下AnMBR的稳定运行高度依赖于膜污染控制。在恒定膜通量下，TMP与Flux/SGDm比线性相关。随着膜通量增加，增加该比率对膜污染控制更为有效。建议在设计和操作AnMBR时采用Flux/SGDm比作为指导参数。在设计阶段，通过实验室研究或查阅文献建立最不利操作条件，确定最大沼气循环流量。
能量平衡
Fig. 6. (a) NEPe, (b) NEPh, and (c) NEP of the AnMBR at different operation stages. Copyright 2024, Elsevier Inc.
AnMBR运行的电能消耗在0.261~0.425 kW·h/m³间，其中生物气曝气的能耗占总能耗的49.9%–68.0%，为最耗能的单元。若使用膜接触器回收D-CH4，则能耗增加到0.269至0.433 kW·h/m³。甲烷用于热电联产时AnMBR的净能量（NEP）为-0.044~0.336 kW·h/m³，净电能（NEPe）为-（0.050~0.225） kW·h/m³，且有0.253–0.370 kW·h/m³的净热能剩余（NEPh）。基于COD去除率和膜性能，本研究推荐AnMBR处理低浓度废水的HRT为10 h，此时NEPe和NEPh分别为-0.050和0.280 kW·h/m³，NEP为0.137 kW·h/m³。
温室气体排放
Fig. 7. (a) Global warming potential of the AnMBR and (b) sensitivity analysis. Copyright 2024, Elsevier Inc.
AnMBR的总GWP为0.202~0.406 kgCO2-eq/m³，远低于传统活性污泥（CAS）系统。电能消耗占GWP的52.1%~69.3%，D-CH4溢出贡献12.7%~15.5%。膜清洗相关过程占GWP的4.5%~10.3%。通过热电联产（CHP）回收电能和热能可使AnMBR的净GWP降至0.181 kgCO2-eq/m³以下，最低达到0.051 kgCO2-eq/m³，较传统好氧处理工艺降低85%。SGDm、OLR、膜通量和温度是影响GWP的主要因素，在HRT 10 h，当SGDm降至0.60 m³/m²/h时，AnMBR有望实现碳中和。
本工作探讨了AnMBR协同处理DWW和FW示范工厂的发酵效能及膜污染控制策略，评估了该系统的能量平衡和温室气体排放。证实了AnMBR在低强度有机废水处理与能源回收方面的优势，明确了AnMBR处理低强度废水系统高效运行的关键参数，为系统的优化设计与运行提供了重要参考。
李倩：西安建筑科技大学环境与市政工程学院教授，博士生导师，入选陕西高校青年杰出人才、陕西省科技新星。担任国际水协（IWA）青年指导委员会委员、IWA中国青年委员会副主席、日本学术振兴会（JSPS）海外特别研究员、Frontiers of Environmental Science & Engineering青年编委、环境工程学报青年编委。从事废水/废弃物资源化领域的研究，以一作/通讯发表论文40余篇，授权国家发明专利3项，主编团体标准1部。获陕西省科技进步一等奖1项（第二）、陕西高校科学技术特等奖2项（第一，第二）、陕西环保青年科技奖1项。
陈荣：西安建筑科技大学副校长，教授，博士生导师，国际水协会（IWA）会士。国家杰出青年科学基金、陕西青年科技奖获得者。现任西北水资源与环境生态教育部重点实验室主任，同时担任H2Open Journal期刊主编、Journal of Water Process Engineering期刊副主编、中国环境科学学会理事等。从事污废水资源化领域的研究和教学工作，先后主持国家自然科学基金、国家重点研发计划等科研项目20余项，发表第一/通讯作者SCI论文60余篇，授权发明专利8项。获国家科技进步二等奖、陕西省科技进步一等奖、IWA全球项目创新奖、陕西高等学校科学技术特等奖等。
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参考文献：
Zhen Lei, Jiale Zheng, Jiale Liu, Qian Li, Jingjing Xue, Yuan Yang, Zhe Kong, Yu-You Li, Rong Chen, Synergic treatment of domestic wastewater and food waste in an anaerobic membrane bioreactor demo plant: Process performance, energy consumption, and greenhouse gas emissions, Water Research, 2024, 266:122371
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135424012703
