在今年5月份的IWA-LET水处理(lǐ)前沿技术大会上，日本國(guó)立东北大學(xué)的李玉友教授作為(wèi)“分(fēn)散式污水处理(lǐ)”分(fēn)会场的发言嘉宾之一，介绍了日本分(fēn)散式污水处理(lǐ)的发展历程，并结合其团队的研究，提出了一种可(kě)以高效回收能(néng)量，而且具有(yǒu)经济效益的新(xīn)型处理(lǐ)工艺。本期IWA微信公众号将為(wèi)大家分(fēn)享这一日本污水处理(lǐ)的最新(xīn)研究进展成果。

為(wèi)了更高效地开展生活污水治理(lǐ)，日本坚持结合地區(qū)的特点进行生活污水处理(lǐ)设施的建设。根据对象地區(qū)的人口密度，来建设不同类型的生活污水处理(lǐ)设施。在人口密度高的城市地區(qū)或在居住比较密集的农村地區(qū)，主要建设下水道和农业村落排水设施这样的集中式处理(lǐ)设施，而在人口密度低的城郊、农村、山(shān)區(qū)，则以安装以净化槽為(wèi)代表的分(fēn)散式处理(lǐ)设施。

净化槽（Johkasou）技术包括处理(lǐ)以家庭為(wèi)单位的生活污水的小(xiǎo)型家用(yòng)净化槽、处理(lǐ)楼房和學(xué)校、医院、超市等排放的生活污水的大中型净化槽，现在使用(yòng)中的净化槽绝大部分(fēn)都是小(xiǎo)型家用(yòng)净化槽。数据显示目前在日本净化槽的服務(wù)人口超过900万。日本的净化槽技术应用(yòng)范围很(hěn)广，可(kě)以处理(lǐ)楼房住宅、医院、超市等生活污水，一般由厌氧滤池、接触曝气池和消毒池组成，而且能(néng)适应不同情况的出水要求。

日本主要生活污水处理(lǐ)系统的概况

由此可(kě)见，分(fēn)散式的污水处理(lǐ)理(lǐ)念在日本已经有(yǒu)一定的时间，而日本对污泥处理(lǐ)也十分(fēn)重视，厌氧发酵回收沼气、焚烧和堆肥都是常见的处理(lǐ)手段。尽管如此，日本的水处理(lǐ)研究者依然在不断地寻找能(néng)耗更低、成本更实惠的解决方案。

在这样的背景下，李玉友教授提出了一种可(kě)以回收能(néng)源，并且具有(yǒu)经济效益的新(xīn)型污水处理(lǐ)方案--基于厌氧MBR (AnMBR)和厌氧氨氧化两种新(xīn)兴工艺的低碳设计。他(tā)表示學(xué)术圈对AnMBR和Anammox两种工艺已经分(fēn)开研究了很(hěn)長(cháng)的时间，但对于其结合应用(yòng)的研究却很(hěn)少。

基于AnMBR和Anammox的有(yǒu)机废水处理(lǐ)新(xīn)概念

日本早在2000年就有(yǒu)了第一个AnMBR的工程应用(yòng)，研究也从早期的产氢发展到如今处理(lǐ)市政污水。关于AnMBR的研究，李玉友教授团队主要关注六个方面的内容，即HRT和温度的影响、悬浮固體(tǐ)和表面活性剂的降解情况、溶解性微生物(wù)产物(wù)(SMP)和胞外聚合物(wù)(EPS)对膜污染的影响以及中试应用(yòng)。 

HRT

AnMBR的出水COD可(kě)以低于40mg/L，BOD和COD的去除效率均高于90%。由于膜过滤的作用(yòng)悬浮固體(tǐ)得到绝对的截留。随着HRT缩短，AnMBR的沼气产量会相应增加，而沼气的甲烷含量可(kě)以稳定维持在80%的水平（常温），并且其污泥产量（0.06-0.09 gMLSS/gCOD）遠(yuǎn)低于传统活性污泥的对应值（0.25-0.4 gMLSS/gCOD）。这些数据显示了AnMBR能(néng)同时实现高效厌氧消化以及优质出水。

温度

当温度低于15℃的时候，AnMBR的甲烷产量和COD去除率都受到显著影响。温度的降低一方面导致SMP和EPS释出量的增加，导致膜污染情况恶化，一方面也增加了甲烷的溶解度。

悬浮固體(tǐ)的降解

厕纸是生活污水的主要不溶性COD组分(fēn)。但是厕纸在AnMBR里可(kě)以得到完全溶解，而且不会在混合液和滤饼层积聚。生成的甲烷有(yǒu)26%来自厕纸的降解。悬浮固體(tǐ)中的纤维素在HRT長(cháng)于12小(xiǎo)时的时候影响不显著，但在HRT降至6小(xiǎo)时会发现污泥里的纤维素积聚现象。

表面活性剂的降解

研究团队分(fēn)别选取了聚氧乙烯醚（alcohol ethoxylates-AE）和直链烷基苯磺酸钠( Linear Alkylbenzene Sulfonates -LAS)作為(wèi)代表性的非离子和离子表面活性剂进行实验。结果显示，AE得到有(yǒu)效降解并转化為(wèi)甲烷。而且系统完成对AE的長(cháng)期自适应后，污泥的产甲烷活性得到进一步提高。但是如果AE含量过高（F/M比>1）则可(kě)能(néng)破坏细胞结构，降低产甲烷活性。而LAS则明显抑制了产甲烷活性，它的去除主要通过吸附而不是降解来进行。与产酸菌相比，LAS在污泥中的积聚对产甲烷菌产生更大的负面作用(yòng)。

中试对比

研究团队还对AnMBR进行了中试实验，并且与传统的活性污泥法工艺系统进行对比。结果显示，通过使用(yòng)AnMBR，可(kě)以获得良好出水水质，甲烷产量大大增加，污泥产量比活性污泥法少2/3。

研究团队在2011年开始对anammox展开了研究。最初先研究反应器的启动和颗粒化，随后两年开始研究抑制机制和恢复方法，然后就开始了厌氧氨氧化附着膜膨胀床反应器（Anammox attached film expended bed -AAFEB），同时开发对单阶工艺使用(yòng)的人工载體(tǐ)和微颗粒进行优化。

团队开发的AAFEB厌氧氨氧化工艺通过pH的控制和人工和自然形成的anammox颗粒高效地处理(lǐ)高氨氮浓度的废水。研究团队為(wèi)期220多(duō)天的跟踪研究发现，曝气率和溶解氧是影响脱氮表现的关键参数，HRT可(kě)以低至2小(xiǎo)时，出水TN值在8-18mg/L之间，去除率為(wèi)74±15%。

AnMBR+Anammox

团队搭建的小(xiǎo)规模实验系统由一个运行體(tǐ)积為(wèi)20L的AnMBR和一个含有(yǒu)悬浮载體(tǐ)的7L单阶厌氧氨氧化反应器组成。这个新(xīn)概念系统在日本仙台的Senen污水处理(lǐ)厂已经运行了200多(duō)天。AnMBR的HRT已成功缩短至6小(xiǎo)时，而单阶厌氧氨氧化反应器的HRT成功缩短至2小(xiǎo)时，载體(tǐ)填充率為(wèi)20%，曝气率為(wèi)1L/分(fēn)钟。

结合AnMBR+单级anammox的反应器系统

李玉友教授表示该研究项目从2017年开始，将进行3年，目前仍在各种测试以及数据收集和分(fēn)析阶段，据透露他(tā)们目前正在搭建一个规模為(wèi)20m³/d处理(lǐ)设施。

对于这个AAFEB工艺感兴趣的读者，可(kě)以参考李教授团队发表在Bioresource Technology第253期的一篇相关文(wén)章Stoichiometric variation and loading capacity of a high-loading anammox attached film expanded bed (AAEEB) reactor。

与传统的活性污泥法相比，AnMBR具有(yǒu)可(kě)处理(lǐ)高COD浓度废水、工序简单、甲烷回收率高等优点，但依然要解决出水氨氮高的问题。李玉友教授及其研究团队因為(wèi)在AnMBR和anammox两方面都有(yǒu)研究，因此想到了用(yòng)anammox作為(wèi)AnMBR后续处理(lǐ)工艺，通过使用(yòng)AAFEB流化床反应器和投加人工载體(tǐ)的设计，实现了厌氧氨氧化主流脱氮和AnMBR的耦合。如果这个新(xīn)概念能(néng)在进一步的長(cháng)期实验中得到验证，这将是污水处理(lǐ)技术的又(yòu)一重大突破。