-
生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏
生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏
膜生物反应器与超滤技术在城市污水回用中的中试研究：效能评估与碳足迹分析
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年08月02日 来源：Journal of Water Process Engineering 6.7
编辑推荐：
为解决全球水资源短缺问题，研究人员开展了膜生物反应器(MBR)与超滤(UF)技术在城市污水回用中的对比研究。通过间歇曝气(Period I)和连续曝气(Period II)条件下运行集成固定膜活性污泥(IFAS)系统，评估了碳氮磷去除效率、N2O排放及膜污染特性。结果显示连续曝气使生物碳去除率提升至74%，N2O排放降至总氮的0.7%，碳足迹降低至1.6-1.9 kgCO2eq day?1。该研究为满足欧盟2020/741和2024/3019指令提供了关键技术支撑。
全球水资源短缺正成为21世纪最严峻的挑战之一，人口增长、城市化和气候变化加剧了这一危机。在此背景下，污水回用成为缓解水资源压力的重要策略，但传统污水处理技术难以满足日益严格的排放标准。欧盟相继颁布《水回用法规》(EU 2020/741)和《城市污水处理指令》(UWTD 2024/3019)，对出水水质提出更高要求，特别是对营养物浓度和温室气体排放的限制。如何平衡处理效能、运行成本和环境可持续性，成为污水处理领域亟待解决的关键问题。
意大利巴勒莫大学(University of Palermo, Italy)的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表了一项创新性研究。他们设计了一套集成固定膜活性污泥(IFAS)中试系统，平行比较了膜生物反应器(MBR)和传统活性污泥+超滤(UF)两种工艺在间歇曝气和连续曝气模式下的性能差异。研究发现，连续曝气模式显著提升了系统处理效能，使生物碳去除率达到74%，并将N2O排放控制在总氮负荷的0.7%以下。更重要的是，MBR配置展现出更低的碳足迹(1.6 kgCO2eq day?1)和更优的膜污染特性，为污水厂升级改造提供了经济高效的技术选择。
研究采用了几项关键技术方法：1)构建IFAS中试系统(225 L)，配备MBR(48 L)和沉淀-UF(46 L)双处理线；2)通过间歇(40 min开/20 min关)和连续曝气模式对比生物处理效能；3)采用气相色谱(Agilent 8860)监测N2O排放；4)应用阻力串联模型(RIS)分析膜污染机制；5)基于呼吸计量法测定异养和自养菌群活性。所有实验均采用校园实际污水，经4 mm旋转筛预处理。
3.1 碳去除
连续曝气使溶解性COD(sCOD)生物去除率从间歇期的27%跃升至74%，MBR和UF线总COD(TCOD)去除率均达97-98%。温度差异(Period II平均29°C vs Period I 21°C)是效能提升的关键因素，膜过滤贡献了89-93%的残留COD去除。
3.2 氮去除与N2O排放
连续曝气下NH4+-N去除率突破80%，MBR线反硝化效率达56.6%。N2O排放因子(EFN2O)降至0.76%，其中MBR贡献更低(0.16 mg N2O-N L?1)，证实其环境友好特性。
3.3 出水水质
连续曝气模式下，MBR出水BOD5(23±16 mg L?1)、TN(8.3±5.8 mg N L?1)满足EU 741/2020的A类标准，但TP(1.5±0.9 mg P L?1)仍超出UWTD限值(0.7 mg P L?1)。
3.4 膜污染
MBR总阻力(RT)为1.35×1013 m?1，低于UF线(1.8×1013 m?1)。RIS模型显示UF线不可逆污染占86.8%，主要源于沉淀池对细小颗粒的选择性富集。
3.5 呼吸计量分析
连续曝气使异养菌最大生长速率(μH)恢复至0.65 d?1，但生物膜自养活性仍受抑制，说明硝化菌群需要更长适应期。
3.6 碳足迹
MBR线碳足迹(1.62 kgCO2eq day?1)较UF线低17%，主要得益于减少的间接排放(IE)和更优的膜性能。
这项研究系统论证了IFAS-MBR系统在连续曝气模式下的综合优势：既满足最高回用水标准，又实现温室气体减排和能耗优化。特别值得注意的是，该工艺无需复杂流程改造即可提升现有污水厂性能，对中小规模设施(10,000-150,000人口当量)极具应用价值。研究同时指出，化学除磷(如投加FeCl3)是达成UWTD要求的必要补充措施，尽管会增加85-125�/kg P的运营成本。这些发现为污水处理厂应对欧盟新规提供了明确的技术路线，推动水资源管理向循环经济模式转型。未来研究可进一步优化曝气策略和污泥龄(SRT)，探索生物除磷与膜工艺的协同效应，以全面提升系统的环境经济效益。
生物通微信公众号
知名企业招聘
