MBR技術(shù)與工藝在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的研究進(jìn)展

摘要：膜生物反應(yīng)器技術(shù)（MBR）被認(rèn)為是水產(chǎn)養(yǎng)殖中先進(jìn)水處理的潛在技術(shù)，在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理領(lǐng)域的應(yīng)用還有很大進(jìn)步空間。以已有的理論知識(shí)為基礎(chǔ)，結(jié)合國內(nèi)外文獻(xiàn)，分別對養(yǎng)殖尾水的高效處理技術(shù)、膜污染控制技術(shù)、尾水回收技術(shù)以及MBR技術(shù)改進(jìn)工藝的研究現(xiàn)狀展開描述。然后對不同MBR脫氮除磷組合工藝進(jìn)行優(yōu)劣對比，最后提出MBR技術(shù)與工藝在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理研究中存在處理成本高、處理技術(shù)與養(yǎng)殖技術(shù)未很好融合的問題，并認(rèn)為未來該技術(shù)可在集成模塊化、膜材料和穩(wěn)定工藝等方面深入研究。為后續(xù)MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的高效化、經(jīng)濟(jì)化研究提供參考和方向。

關(guān)鍵詞：MBR；水產(chǎn)養(yǎng)殖；尾水處理；脫氮除磷

中圖分類號(hào)：S96； TP27" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：2095?5553 （2024） 08?0086?08

Research progress of MBR technology and process in aquaculture tail water treatment

Wang Jiabo1， 2， Li Yajie2， Gao Juling1， Xiao Maohua2， Jiang Shangyu3， Chen Shuang4

（1. Jiangsu Vocational College of Agriculture and Forestry， Zhenjiang， 212400， China；2. College of Engineering， Nanjing Agricultural University， Nanjing， 210031， China；"3. Zhenjiang Shangyu Aquatic Products Co.， Ltd.， Zhenjiang， 212300， China;"4. Jiangsu Shuangmu Measurement and Control Technology Co.， Ltd.， Zhenjiang， 212300， China）

Abstract： Membrane bioreactor technology （MBR） is considered as a potential technology for advanced water treatment in aquaculture， and there is still much room for improvement in the application of MBR in the field of aquaculture tail water treatment. Based on existing theoretical knowledge and combined with domestic and foreign literature， this article describes the current research status of efficient treatment technology， membrane pollution control technology， tail water recovery technology， and MBR technology improvement process for aquaculture tail water. Then the advantages and disadvantages of different MBR combined processes for nitrogen and phosphorus removal are compared. Finally， the problems of high treatment cost and poor integration of the treatment technology and aquaculture technology is pointed out in the research of aquaculture tail water treatment by the MBR technology and process. It is believed that this technology can be further studied in terms of integrated modularity， membrane materials and stabilization processes in the future. This article provides a reference and direction for the follow?up research on the efficient and economical application of MBR technology in aquaculture tail water treatment.

Keywords： MBR; aquaculture; tail water treatment; nitrogen and phosphorus removal

0 引言

近年來，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量的穩(wěn)定增長為我國的漁業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長都做出了突出的貢獻(xiàn)，但在經(jīng)濟(jì)支配下的產(chǎn)量增長伴隨的卻是水資源的不斷投入和水污染的持續(xù)加重，而我國作為一個(gè)人均水資源占有量不到世界1/4的國家，進(jìn)行生產(chǎn)生活各行各業(yè)的水處理任重而道遠(yuǎn)，水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理自然也不例外［1， 2］。國內(nèi)外對于水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理的技術(shù)和工藝不斷地發(fā)展與創(chuàng)新，膜生物反應(yīng)器（Membrane Bioreactor，MBR）作為一種20世紀(jì)60年代興起的高效處理技術(shù)，是一種利用膜組件的高效截流作用取代傳統(tǒng)活性污泥法工藝的二沉池進(jìn)行固液分離的技術(shù)，具有占地面積小、出水水質(zhì)優(yōu)良穩(wěn)定、剩余污泥產(chǎn)量少、操作方便、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、可以滿足許多非飲用水領(lǐng)域回用需要等優(yōu)點(diǎn)［3］，目前在國內(nèi)外城市污水處理、化工污水、造紙方面廣受青睞［4］。但是MBR卻存在膜造價(jià)高、易產(chǎn)生膜污染、能耗高等問題，將其應(yīng)用在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中，無疑會(huì)加重處理成本，實(shí)際應(yīng)用不多但卻被認(rèn)為是水產(chǎn)養(yǎng)殖中先進(jìn)水處理的潛在技術(shù)［5］。因此，要不斷突破MBR技術(shù)瓶頸，完善舊工藝，探索新工藝，將更加高效經(jīng)濟(jì)的MBR技術(shù)應(yīng)用到漁業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中。本文綜述現(xiàn)有的MBR技術(shù)及其改進(jìn)工藝在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的研究現(xiàn)狀，并闡述MBR組合工藝在其他領(lǐng)域內(nèi)的研究成效，以期為MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理領(lǐng)域的深入研究提供理論依據(jù)和探索方向。

1 MBR技術(shù)的研究現(xiàn)狀

自1985年以來，我國對MBR污水處理技術(shù)的研究工作全面展開，多家科研院所進(jìn)行了此方面的研究，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院正泰環(huán)境研究中心、天津大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等在MBR的運(yùn)行特性、膜通量的影響因素、膜污染的防治與清洗等方面做出了大量細(xì)致的研究工作。

1.1 尾水的高效處理

國內(nèi)、國外專家學(xué)者在對MBR技術(shù)的高效水處理技術(shù)研究上從未止步，通過對膜材料、處理工藝和工藝參數(shù)等方面的不斷探索，以求獲得對水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理的更高效率。對不同材質(zhì)膜的研究方面，Visvanathan等［6］使用空心纖維膜生物反應(yīng)器評估氫營養(yǎng)脫硝系統(tǒng)，空心纖維能夠保證氫氣的無氣泡擴(kuò)散，通過去硝酸鹽并生物質(zhì)過濾和有機(jī)物的去除工藝達(dá)到高效脫硝和快速脫硝。Holan等［7］用超濾膜MBR去除海洋循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（Recirculating Aquaculture System，RAS）中細(xì)懸浮固體和膠體顆粒，發(fā)現(xiàn)MBR去除顆粒效果更佳。中空纖維膜為目前使用最多的一種膜材料，與平板膜同稱為“有機(jī)膜”，PVDF（聚偏氟乙烯）為一切膜材料的首選，近年來又發(fā)現(xiàn)了PTFE（聚四氟乙烯）為原料的膜，隨著膜材質(zhì)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，推動(dòng)著MBR技術(shù)的不斷發(fā)展，更有利于水產(chǎn)養(yǎng)殖水的高效處理。超濾膜則更適用于超濾、微濾乃至納濾等級別處理，使用該種膜處理時(shí)對預(yù)處理的精度要求較低，具有極高的過濾功效，但是也伴隨著較高的價(jià)格，較適用于精度要求高的養(yǎng)殖品種。

此外，還有一些對于處理工藝和工藝參數(shù)方面的研究，羅國芝等［8］以PCL（聚己內(nèi)酯）為固定膜反應(yīng)器的碳源，固相反硝化方法研究發(fā)現(xiàn)水力停留時(shí)間（Hydraulic Retention Time，HRT）為6 h時(shí)，水體硝酸鹽的去除效率最高。Hao等［9］證實(shí)了活性污泥中的反硝化細(xì)菌的反硝化能力是去除廢水硝酸鹽的功臣。Holan等［10］在鱈魚RAS上安裝MBR，因?yàn)轲B(yǎng)殖系統(tǒng)中顆粒的積累會(huì)促使細(xì)菌滋長，降低物種的抗病能力，從而導(dǎo)致幼魚的患病，安裝MBR能夠高效去除有機(jī)顆粒和細(xì)菌以降低細(xì)菌攜帶能力，使得系統(tǒng)中鱈魚幼蟲的生長速率（重量）增長13%。

1.2 膜污染的控制

MBR上的膜被污染是減短MBR工作壽命、降低水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理質(zhì)量的主要原因，造成膜生物反應(yīng)器膜污染的因素可劃分為3大類：膜組件（如膜材料、膜孔徑和分布、膜組件的構(gòu)造）、操作條件（如壓力、錯(cuò)流速率和紊流）、污泥混合液特性［11］，對于上述三因素的貢獻(xiàn)率仁者見仁，Bouhbila等［12］認(rèn)為污泥混合懸浮液中的膠體和可溶性物質(zhì)是膜生物反應(yīng)器膜污染的主要影響因素。Defrance等［13］同樣認(rèn)同上述觀點(diǎn)，且通過試驗(yàn)證實(shí)懸浮物、膠體和可溶性物質(zhì)占膜污染的比例分別是65%、30%和5%，而Carroll等［14］認(rèn)為中空纖維膜污染機(jī)理和速率與中空纖維膜絲的長度和直徑有關(guān)。

MBR中的膜污染過程涉及常規(guī)膜污染過程、生物動(dòng)力學(xué)和膜過濾等諸多領(lǐng)域，與此相關(guān)的科研試驗(yàn)難度高、時(shí)間長、成功率低。MBR膜污染具體在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面的應(yīng)用研究也僅僅停留在一些工藝和參數(shù)的改變，如Visvanathan等［15］對比了進(jìn)水有機(jī)物和硝態(tài)氮濃度為50 mg/L的膜生物反應(yīng)器曝氣—反硝化系統(tǒng)（ADS）和反硝化—曝氣（DAS）系統(tǒng)的脫硝能力，研究發(fā)現(xiàn)DAS廢水中沒有亞硝酸鹽的積累且曝氣反應(yīng)器中膜污染較少。翟雅男等［16］研制了一體式生物膜反應(yīng)器，對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)曝氣量、HRT、混合液污泥濃度（Mixed Liquid Suspended Solids，MLSS）對膜污染的貢獻(xiàn)率逐漸降低。

為了進(jìn)一步提升膜污染控制技術(shù)，除膜材料本身不斷開發(fā)外，投加粉末活性炭（PAC）/顆粒活性炭（GAC）成了近年間膜污染的研究熱點(diǎn)，李波等［17］綜述了活性炭技術(shù)對改善污泥混合液性質(zhì)，從而減輕膜污染的研究進(jìn)展。同樣地，將該技術(shù)具體應(yīng)用到水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理中的研究甚少，Jegatheesan等［18］嘗試在RAS系統(tǒng)中按照每升MBR體積引入500 mg粉末活性炭PAC，最終將膜的污染率由1.47 kPa/d降低到了0.90 kPa/d，使膜清洗周期由16天延長至31天，清潔頻率減半。

1.3 尾水的回收利用

鑒于MBR技術(shù)中膜的長期作業(yè)，導(dǎo)致膜自身的污染，可以通過定期進(jìn)行膜的反沖洗，延長膜的使用時(shí)間，從而降低膜更換周期，對膜的反沖洗用水一般都是利用處理后的清水。根據(jù)膜的工作性質(zhì)可知，膜上必然會(huì)保留一些養(yǎng)殖或處理系統(tǒng)的有用物質(zhì)，在反沖洗水力的強(qiáng)作用下，這些物質(zhì)進(jìn)入到反沖洗廢水中，如果將這些有用物質(zhì)進(jìn)行回收，不僅可以實(shí)現(xiàn)資源與能量的再利用而且可以減少節(jié)省水資源。Sharrer等［19］在高鹽度RAS上安裝了Enviroquip MBR中試裝置，提出可以將回收廢水循環(huán)到RAS繼續(xù)使用。之后，其又使用內(nèi)源碳評估MBR對高強(qiáng)度水產(chǎn)養(yǎng)殖反沖洗修正的通流量硝化、反硝化及生物除磷能力，研究結(jié)果表明，滲透流同樣可以回收利用，回收的堿度、鹽分和熱量可用于魚類養(yǎng)殖，且廢污泥不會(huì)產(chǎn)生金屬濃度，可以避免污泥直接做肥料或其他動(dòng)物飼料中的蛋白質(zhì)源［20］。Davidson等［21］將MBR技術(shù)應(yīng)用在虹鱒魚的RAS系統(tǒng)中，最后發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的補(bǔ)給水要比傳統(tǒng)系統(tǒng)少6.5倍，實(shí)現(xiàn)了虹鱒魚養(yǎng)殖中RAS和MBR的集成改進(jìn)，同時(shí)也節(jié)約了大量水資源。

綜合上述MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的研究我們不難發(fā)現(xiàn)，目前的研究主要集中在兩個(gè)方向，其一是為使出水水質(zhì)更高而進(jìn)行的基礎(chǔ)性研究，其二是對于膜污染的主要研究，在進(jìn)行膜污染控制研究中，相關(guān)學(xué)者及研究人員還發(fā)現(xiàn)膜的反沖洗用水中鹽等營養(yǎng)物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)回收利用，但在水產(chǎn)養(yǎng)殖模式下，如池塘養(yǎng)殖、網(wǎng)箱養(yǎng)殖等的養(yǎng)殖系統(tǒng)與水處理系統(tǒng)之間基本無耦合，想要實(shí)現(xiàn)回收再利用定會(huì)增加成本，難以得到全面化的發(fā)展。

由于在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面的試驗(yàn)研究仍然較少，單純的工藝流程和工藝參數(shù)的改變雖然會(huì)對尾水處理起到一定的促進(jìn)作用，但其功效有限，想要取得更大的突破，還需要技術(shù)、材料和工藝的綜合革新。

2 MBR技術(shù)改進(jìn)工藝研究

自MBR技術(shù)誕生以來，在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理領(lǐng)域內(nèi)，針對湖泊養(yǎng)殖、海水養(yǎng)殖、水族館等不同污水處理的應(yīng)用場景，為了提高M(jìn)BR技術(shù)的水處理能力，經(jīng)過各類專家學(xué)者不斷地摸索與研究，提出諸多工藝改良方案，經(jīng)過50多年的不斷發(fā)展，各類技術(shù)工藝均已趨近成熟。根據(jù)其工作方式和工作原理的不同，主要將其分為動(dòng)態(tài)膜生物處理器、膜曝氣生物反應(yīng)器、序批式膜生物反應(yīng)器、浸沒式膜生物反應(yīng)器及其他工藝。

2.1 動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器DMBR

動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器（DMBR）是目前公認(rèn)頗具應(yīng)用前景的一種新型養(yǎng)殖尾水處理工藝，其工作機(jī)理是用廉價(jià)的微網(wǎng)材料替代MBR中的濾膜，利用尾水在通過基材時(shí)所截留下來的污泥顆粒形成生物膜，從而起到凈化進(jìn)水和過濾作用［22］，較傳統(tǒng)MBR具有能耗低、基建成本低的優(yōu)勢，近幾年具有十分迅速的發(fā)展，且大多數(shù)DMBR都是淹沒式［23］。國內(nèi)對于DMBR工藝在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面的研究以華僑大學(xué)的洪俊明團(tuán)隊(duì)為主。李偉博等［24］將DMBR和MBR進(jìn)行對比試驗(yàn)，結(jié)果顯示兩種工藝對TN、氨氮的去除效果俱佳，相同運(yùn)行條件下，DMBR運(yùn)行周期和過濾壓差均優(yōu)于MBR工藝，在節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)效益上具有明顯優(yōu)勢。Hong等［25］將DMBR用于海水養(yǎng)殖廢水的脫氮處理，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)間歇曝氣動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器DMBR處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的鹽度在0～7 g/L時(shí)效果最佳，DMBR對COD和TN的去除率隨鹽度的升高而降低。Lu等［26］研究了DMBR中氯離子對脫氮效果的影響，隨著氯離子濃度的增加，出水的KO，H（異樣生物量的氧半飽和系數(shù)）和bH（異樣衰變率）的值均數(shù)倍增長，但是KNO（硝酸鹽的半飽和系數(shù)）的數(shù)值減少了80%。DMBR降低了處理成本，在今后繼續(xù)深入對水產(chǎn)養(yǎng)殖工藝參數(shù)的探究，將有利于MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

2.2 膜曝氣生物反應(yīng)器MABR

除了DMBR技術(shù)以外，膜曝氣生物反應(yīng)器（Membrane Aerated Biofilm Reactor，MABR）技術(shù)也是目前業(yè)界研究的熱點(diǎn)之一，具體是指一種氣體分離膜技術(shù)與生物膜法污水處理技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的新型水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理工藝［27］。自從1994年正式進(jìn)入研究人員的視野以來，在二十多年的時(shí)間內(nèi)，MABR作為一項(xiàng)頗具節(jié)能潛力的技術(shù)，憑借其高效脫氮、占地面積小等優(yōu)勢，在未來污水處理的節(jié)能減耗，污水廠的升級改造中顯得尤為重要［28］。在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，由于殺菌消毒藥劑的使用，使得養(yǎng)殖廢水中富含各種難降解有機(jī)物和揮發(fā)性有機(jī)污染物（如乙腈、苯酚類化合物、阿特拉津、四環(huán)素等），MABR除了能夠高效脫氮除磷，其本身具有無泡曝氣污染物不易揮發(fā)的特性，正是天然處理含難降解有機(jī)物和揮發(fā)性有機(jī)污染物的好材料［29， 30］。MABR獨(dú)特的傳質(zhì)結(jié)構(gòu)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)硝化反硝化的目的［31］。孫浩翔等［32］探究發(fā)現(xiàn)混合液C∶N為5∶1時(shí)，MABR能很好地實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化。

2.3 序批式膜生物反應(yīng)器SB?MBR

序批式膜生物反應(yīng)器SB?MBR技術(shù)是由元新艷等學(xué)者提出的一種將A2O工藝和MBR工藝組合，在強(qiáng)化脫氫除磷效果的同時(shí)提高出水水質(zhì)，具有MBR脫氮除磷效率高、膜污染較輕等優(yōu)點(diǎn)的新型水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理工藝［33］，但該技術(shù)在應(yīng)用過程中需要額外添加碳源。張捍民等［34］對比研究了不同碳氮比條件下SB?MBR與MBR去除污染物質(zhì)效果，發(fā)現(xiàn)SB?MBR能強(qiáng)化MBR的脫氮除磷性能。張將SB?MBR工藝用于海水養(yǎng)殖廢水處理，并在其中投入了PAC作為碳源，經(jīng)過幾組對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CAS?MBR和A/O?MBR兩種工藝處理效果差距微小。郭小馬等［35］研究發(fā)現(xiàn)間歇曝氣對SB?MBR脫氮效果更佳，但目前對SB?MBR工藝中間歇曝氣與膜污染的控制關(guān)系較為淺顯，還有很大的研究空間［36］。

2.4 浸沒式膜生物反應(yīng)器SMBR

MBR技術(shù)的研究與發(fā)展經(jīng)歷了分置式、錯(cuò)流式和浸沒式膜生物反應(yīng)器3個(gè)階段，其中，浸沒式膜生物反應(yīng)器（Submerged Membrane Bioreactor，SMBR）是21世紀(jì)公認(rèn)的最有發(fā)展前途的水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)之一。武雯婷等［37］提出一種簡易的沉入式MBR，配置國產(chǎn)平板式聚丙烯中空纖維膜，并應(yīng)用該設(shè)備對珠江口有代表性的對蝦低位養(yǎng)殖池污水進(jìn)行了處理試驗(yàn)并取得不錯(cuò)的處理效果。Pulefou等［38］設(shè)計(jì)了由除硝艙和浸沒式膜反應(yīng)器艙組成的SMBR，通過該設(shè)備發(fā)現(xiàn)去化率為5，C∶N=4時(shí)膜污染最小，且更高氣水比使得懸浮顆粒分解更細(xì)導(dǎo)致了膜污染程度更高。Pimentel等［39］提出了一種適用于過程控制的SMBR，對其模型特征如平衡點(diǎn)、穩(wěn)定性和慢/快動(dòng)力學(xué)研究并設(shè)計(jì)了一個(gè)非線性模型預(yù)測的控制系統(tǒng)，并應(yīng)用于在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中，結(jié)果顯示該設(shè)計(jì)具有良好的應(yīng)用效果。曾淦寧等［40］利用浙江工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)臺(tái)，開展了浸沒式膜生物反應(yīng)器協(xié)同粉末活性炭處理人工配置海產(chǎn)養(yǎng)殖廢水，結(jié)果顯示投加PAC的SMBR膜通量是普通MBR的1.5倍，污泥粒徑也增大了52 μm，較適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的處理。Pimentel等［41］設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的裝有SMBR的RAS，并添加了自動(dòng)化功能，該項(xiàng)研究系統(tǒng)成功地應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中。

2.5 其他MBR工藝

離子交換膜生物反應(yīng)器（Ion Exchange Membrane Bioreactor，IEMB）目前的主要研究都在國外，國內(nèi)尚未看到相關(guān)研究報(bào)道，主要適用于高氯酸鹽的廢水［42］，與水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)特性有出入，Matos將IEMB用于去除如海洋水族館等一類的封閉式海洋系統(tǒng)中的硝酸鹽，該技術(shù)能將水中的硝酸鹽轉(zhuǎn)換為分子氮，這一技術(shù)能有效防治微生物細(xì)胞對處理水的二次污染，最高硝酸去除率可到93%。IEBM被證明是一種選擇性硝酸鹽去除技術(shù)，由于膜的Donnan排斥效應(yīng)，保持了與陽離子有關(guān)的初始水成分，并最大限度地減少了除硝酸鹽和氯化物以外的陰離子的反擴(kuò)散，因此具有選擇功能。經(jīng)IEBM處理后的水的質(zhì)完全符合水族館用水要求，該項(xiàng)技術(shù)為水族館的節(jié)約用水做出了突出貢獻(xiàn)。

微藻膜—生物反應(yīng)器可以分為曝氣膜生物反應(yīng)器MABR、萃取膜生物反應(yīng)器EMBR和固液分離型生物反應(yīng)器［43］。Ding等［44］進(jìn)行了新型內(nèi)部循環(huán)流化床微藻生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)并將其應(yīng)用在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中，結(jié)果顯示該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的除磷效果，隨著內(nèi)循環(huán)的加強(qiáng)，微藻分布均勻，富集迅速，通過監(jiān)測跨膜壓差TMP對反應(yīng)器的膜污染程度，計(jì)算得出膜污染周期為40天以上。

光生物反應(yīng)器（Photobioreactor，PBR）中同樣利用到了膜技術(shù)，利用水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中的營養(yǎng)物質(zhì)，培養(yǎng)光生物反應(yīng)器的微藻。該工藝不僅實(shí)現(xiàn)了微藻的高效培養(yǎng)，而且達(dá)到對于養(yǎng)殖尾水的處理、凈化和再利用。崔偉等［45］采用連續(xù)培養(yǎng)方法既實(shí)現(xiàn)了光生物反應(yīng)器微藻的高效培養(yǎng)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對海水養(yǎng)殖尾水中溶解性無機(jī)氮、磷營養(yǎng)鹽的高效去除，該方法也極大縮短了處理過程的HRT。遲占有提出一種漂浮式光生物反應(yīng)器，較傳統(tǒng)反應(yīng)器最大的優(yōu)勢在于，其可直接漂浮在水面上，不額外占地，可以原位利用水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水進(jìn)行微藻培養(yǎng)，所得微藻又可以原位投喂給水產(chǎn)動(dòng)物作餌料［46］。

上述各類MBR技術(shù)改進(jìn)工藝優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

3 MBR脫氮除磷組合工藝研究

研究表明，池塘養(yǎng)殖投喂的飼料中有5%～10%未被養(yǎng)殖體吸收，以殘餌的形式沉淀，而被養(yǎng)殖體攝食的飼料中又有25%～30%不能被吸收，而是以糞便的形式直接排出。此外，水產(chǎn)養(yǎng)殖的其他污染來源還來自于養(yǎng)殖戶投放的化學(xué)藥品和治療劑。這些殘餌、糞便和化學(xué)藥劑的沉積與分解會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)殖水體中存在固體懸浮物（SS），導(dǎo)致水體氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、有機(jī)物、P的富集，還會(huì)影響到水體中的生物結(jié)構(gòu)并破壞生態(tài)平衡［47］。如果將未處理的尾水直接排放，不僅破壞養(yǎng)殖水域環(huán)境，甚至直接帶來養(yǎng)殖體的集體爆病并大面積死亡［48］，上述污染物的來源于危害如圖1所示。不論采用何種方法何種工藝，水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理的研究重點(diǎn)主要在于COD、總氮TN、總磷TP及有機(jī)物的去除。國家和全國各地對此都制定了一些不同的標(biāo)準(zhǔn)，2007年中國頒布了《淡水池塘水排放要求》（SC/T 9101—2007）和《海水養(yǎng)殖水排放要求》（SC/T 9103—2007），規(guī)范了水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的排放，江蘇省也在2021年最新頒布《池塘養(yǎng)殖尾水排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 32/4043—2021）等一系列與水產(chǎn)養(yǎng)殖相關(guān)的規(guī)定。

政府對于水產(chǎn)養(yǎng)殖水排放的標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，隨著技術(shù)和工藝的不斷創(chuàng)新研究，利用單一的MBR技術(shù)處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水，已經(jīng)難以取得飛躍性的研究進(jìn)展，因此，許多專家學(xué)者以MBR脫氮除磷組合工藝為研究方向，克服單一處理技術(shù)和工藝的缺點(diǎn)，優(yōu)勢互補(bǔ)，以求能達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)的出水。雖然相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者對于組合工藝的研究一直在向前邁進(jìn)，但是具體應(yīng)用到水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的處理卻是領(lǐng)域空白，表2為近幾年關(guān)于MBR組合工藝的相關(guān)研究，這些研究方法可以為后續(xù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理的研究提供一些思路。

以養(yǎng)殖水排放標(biāo)準(zhǔn)為參考時(shí)，由上述研究可知，AnO與MBR的組合工藝對TN的去除率遠(yuǎn)不能符合標(biāo)準(zhǔn)，主要是因?yàn)樗a(chǎn)養(yǎng)殖尾水污染物成分簡單，屬低濃度有機(jī)水，但該思路的組合對于TP和NH3-N的去除效果較好，因?yàn)榻?jīng)過MBR膜出水的水質(zhì)TPlt;1，NH3-Nlt;1，基本符合標(biāo)準(zhǔn)。倒置A2/O-MBR工藝相較于其他組合工藝具有去除TN的顯著優(yōu)勢，其原因在與尾水首先經(jīng)過反硝化細(xì)菌的反硝化作用可將N元素轉(zhuǎn)化為氨氮，經(jīng)過缺氧池的反應(yīng)提高污水生化性，再經(jīng)過硝化細(xì)菌的硝化和回流使得N的去除率較高，最后工序中的MBR膜進(jìn)一步作用增強(qiáng)去除效果。臭氧—活性炭和MBR的組合工藝相較于其他工藝不僅出水水質(zhì)高，且具有占地面積小、成本低的優(yōu)勢。以傳統(tǒng)的MBR技術(shù)為基礎(chǔ)，將該種技術(shù)與其他工藝進(jìn)行組合試驗(yàn)和深入研究，將有利于推動(dòng)我國水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

4 存在問題

綜合本文對MBR技術(shù)、工藝等方面的研究，我們了解到MBR技術(shù)愈加成熟，工藝愈加多元化和集成化，但該技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中的發(fā)展應(yīng)用任重而道遠(yuǎn)。目前，該技術(shù)的研究發(fā)展還存在幾個(gè)問題。

1） 出水水質(zhì)與工藝復(fù)雜程度的正比例關(guān)系。MBR膜的處理方式主要是依靠膜的過濾作用將尾水中的粒狀物質(zhì)進(jìn)行攔截去除，但尾水的主要去除對象除含P有機(jī)物、TN等大顆粒外，還有硝酸鹽等以微粒子的形式存在，單一的物理處理無法實(shí)現(xiàn)對尾水中全要素的高效去除，為使出水水質(zhì)更高，則可以加入化學(xué)、生物處理法，必然導(dǎo)致工藝流程的復(fù)雜程度愈來愈高，即高品質(zhì)的出水水質(zhì)需要復(fù)雜的工藝處理流程。

2） 科學(xué)研究與市場應(yīng)用的脫節(jié)。MBR技術(shù)的研究試驗(yàn)在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（Recirculating Aquaculture System，RAS）中居多，RAS系統(tǒng)具有水質(zhì)有機(jī)化濃度高、便于集中處理等優(yōu)勢，但實(shí)際的中國市場并非單一品種、單一模式，市場大而雜，研究推出的新技術(shù)在市場上無法得到大規(guī)模的應(yīng)用，這種矛盾關(guān)系使得研究只停留在了實(shí)驗(yàn)室階段。養(yǎng)殖尾水的處理屬于微元素的精準(zhǔn)處理，養(yǎng)殖品種和養(yǎng)殖規(guī)模的不同導(dǎo)致了養(yǎng)殖尾水中處理對象和處理程度的極大差距，因此將該技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于市場還需要大量的試驗(yàn)。

3） MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中的經(jīng)濟(jì)性問題。相關(guān)學(xué)者與研究人員片面追求對膜污染控制方法的研究，通過替換膜材料、單一工藝優(yōu)化以及組合工藝優(yōu)化等方法來降低膜污染程度，從而實(shí)現(xiàn)降低成本的目的，然而，現(xiàn)有方法未能較好的考慮新型膜材料的制備成本以及各種工藝參數(shù)的確定方法，由于相關(guān)試驗(yàn)研究不足，最終成本的降低與否有待觀察。結(jié)合MBR組合工藝研究現(xiàn)狀可知，創(chuàng)新研發(fā)的新工藝大部分應(yīng)用在城市污水這種高濃度有機(jī)水，大部分養(yǎng)殖戶在不違反國家法律法規(guī)的前提下，優(yōu)選經(jīng)濟(jì)性更好的三池兩壩式傳統(tǒng)處理方式，經(jīng)濟(jì)性成為嚴(yán)重阻礙MBR技術(shù)應(yīng)用的最大障礙。

5 展望

目前MBR技術(shù)發(fā)展迅速，研究體系相對完善，專家學(xué)者對MBR技術(shù)的基礎(chǔ)研究頗多，但實(shí)際水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理的應(yīng)用試驗(yàn)卻屈指可數(shù)，MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖深入應(yīng)用需要不斷研究發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理領(lǐng)域的發(fā)展離不開養(yǎng)殖基地的水質(zhì)，深入地將科學(xué)養(yǎng)殖、精準(zhǔn)養(yǎng)殖與尾水處理相結(jié)合，加大對MBR技術(shù)與工藝的研究，從而以更高效和經(jīng)濟(jì)的方式使出水水質(zhì)更好。而從MBR技術(shù)應(yīng)用日益廣泛的角度來看，未來MBR技術(shù)的新發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1） 加強(qiáng)對MBR膜的基礎(chǔ)性研究。MBR膜的基礎(chǔ)性研究主要集中在高效處理、膜污染和尾水的回收利用三大方面，集中可以概括為高效低價(jià)問題，經(jīng)濟(jì)性是阻礙技術(shù)市場應(yīng)用推廣的最大障礙，加大對MBR膜材料技術(shù)和膜污染問題的基礎(chǔ)性研發(fā)投入，針對不同粒徑的難溶或不溶物質(zhì)選用不同膜材質(zhì)，形成完整的膜材質(zhì)庫，市場可根據(jù)養(yǎng)殖品種和養(yǎng)殖模式的不同選配膜材質(zhì)以實(shí)現(xiàn)對顆粒物質(zhì)的精準(zhǔn)去除。

2） 借助算法模型節(jié)省試驗(yàn)成本。新工藝的開發(fā)需要試驗(yàn)驗(yàn)證，在組合工藝中，尤其是涉及微生物的工藝需要培養(yǎng)微生物菌，借助菌的硝化或者反硝化作用達(dá)到處理尾水的目的，因此試驗(yàn)的人力和時(shí)間成本很大，隨著計(jì)算機(jī)算法技術(shù)的發(fā)展，借助BIOWIN等軟件，按照工藝流程設(shè)計(jì)并設(shè)置合理的參數(shù)可以很大程度上節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，且不受外界因素的干擾，極大提高研究效率。

3） 技術(shù)的設(shè)備化轉(zhuǎn)化。將技術(shù)集成設(shè)備化轉(zhuǎn)化，通過一體化或者集成式的系統(tǒng)設(shè)備代替繁瑣的處理池，解決傳統(tǒng)式尾水處理占地面積大的問題，同時(shí)提高尾水處理的效率，根據(jù)市場養(yǎng)殖品種和養(yǎng)殖規(guī)模的不同開發(fā)專業(yè)性設(shè)備，提高尾水處理的機(jī)械化程度。針對特種養(yǎng)殖和大規(guī)模養(yǎng)殖，開發(fā)具有傳感、通信、水質(zhì)智能檢測等功能的設(shè)備，增設(shè)問題預(yù)警功能，保證出水水質(zhì)，提高尾水處理的自動(dòng)化、智能化程度。

伴隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖方式的多樣化和集約化，對MBR技術(shù)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理的高效性和經(jīng)濟(jì)性要求越來越高，未來的相關(guān)設(shè)備定會(huì)向著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，其在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理的應(yīng)用前景會(huì)愈加廣闊。

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