新型分置式AnMBR中微生物群落对抗生素溶媒的生物协同去除机制及厌氧污泥流变特性解析

Antibiotics menstruum (cresol、isopropyl alcohol、tetrahydrofuran、dimethylformamide) widely presents in the fermentation and chemical synthesis of pharmaceutical wastewater as a features pollutants, it is the major influential factor of the COD discharge within the standard. In this study, a novel anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) was adopted to degrade the pharmaceutical wastewater containing antibiotics menstruum. Membrane module is external type and made of non-woven with low-cost, it blending modified by Poly (vinyl alcohol) and chitosan. The three-phase separator was installed in the CSTR. The membrane fouling was reduced and the membrane flux was improved. On this basis, structure form of AnMBR and operation performance were analyzed, including membrane module structure, membrane fouling, microbial activity dynamics and thermodynamics, which related to the pollutants removal efficiency. The key scientific problems, such as the interaction mechanism between anaerobic microbial community and antibiotics menstruum, adsorption elimination mechanism between microbial community and membrane physical intercept, toxic influence and the adaptive mechanism of the microbial community to antibiotics menstruum, the influence of anaerobic sludge rheological properties on the membrane fouling and removal efficiency of antibiotics menstruum, were further researched and this achievement would provide reference for the AnMBR in the practical application.

抗生素溶媒（间甲酚、异丙醇、四氢呋喃、二甲基甲酰胺）是发酵类与化学合成类制药废水中广泛存在的特征污染物，是影响废水COD达标排放的主要原因。本项目采用新型的厌氧膜生物反应器（AnMBR）来降解制药废水中抗生素溶媒，膜组件采用外置式，膜材料采用成本低廉的无纺布膜，并用聚乙烯醇和壳聚糖进行共混改性，反应器采用CSTR型，内置三相分离器，可大大降低膜污染和提高膜通量。在此基础上，重点研究AnMBR结构形式与运行特性的关系，包括膜组件结构形式，膜污染，微生物活性动力学及热力学等与污染物去除效能的相互关系，AnMBR中厌氧微生物群落与抗生素溶媒相互作用机制， AnMBR中微生物群落和膜的物理截留对抗生素溶媒吸附消除机制，抗生素溶媒对AnMBR中微生物群落的毒性影响以及适应性机制，厌氧污泥流变特性对膜污染及抗生素溶媒去除效果的影响等关键科学问题，从而为AnMBR在制药废水中实际工程应用提供参考。

抗生素溶媒（间甲酚、异丙醇、四氢呋喃、二甲基甲酰胺）是抗生素制药工业废水中最有代表性的特征污染物之一，是影响废水COD最终达标排放的主要因素，因此十分有必要对抗生素溶媒进行处理。AnMBR已经显示出对制药废水具有良好的处理效果，但其尚未在抗生素制药工业废水中进行应用，因此，许多关键性技术问题尚未解决。本项目的具体研究内容如下：（1）SHRT-HOLRs对AnMBR运行效能影响：考察启动期、污泥形成及稳定运行期、负荷提高期和进水水质提高期AnMBR污染物去除效能、膜效能、微生物群落结构变化、厌氧污泥流变特性等内容。（2）低温对AnMBR运行效能和产甲烷菌群影响：利用DGGE和RFLP等分子生物学方法，考察低温AnMBR系统运行效能、厌氧污泥流变特性和产甲烷菌群群落结构变化，解析低温条件下AnMBR对有机污染物的去除机制，有利于充分认识微生物及其在低温AnMBR中的作用和影响，为调控低温AnMBR提供技术支持。（3）高CFV对AnMBR运行效能及膜污染影响：评价随着交叉流速率条件的变化，微生物群落结构的变化和AnMBR反应器效能变化。同时考察了不同交叉流速率条件下MLSS、胶体TOC和溶解性物质对膜污染的贡献率，进一步揭示了AnMBR膜污染形成机理。研究结果表明：不同环境条件下，AnMBR对COD、抗生素溶媒具有较高的去除率（大于80%），说明应用AnMBR处理抗生素废水是可行的。但是在极端环境条件下，AnMBR对污染物的生物降解效能下降，而物理截留效能提高（高达50%），因此总去除率保持不变。以上关键问题的解决，能够明晰抗生素溶媒降解途径及对厌氧微型生物群落的影响，确定厌氧微型生物群落对抗生素溶媒的适应性机制及稳定种群结构构建的关键因素，为AnMBR工艺在抗生素废水处理中实际工程应用奠定了良好的理论基础。