近年来厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)逐渐导致人们广泛关注。AnMBR是一种将厌氧生物处理单元和膜分离技术有机结合的新型污水处理工艺，既保留了厌氧技术的众多优点，膜组件的引入又可以完全侵吞微生物，实现淤泥逗留时间(sludgere tention time,SRT)和水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)的有效分离，又利于厌氧菌的富集，提高系统的生物降解效率。在我们往年的研究中发觉AnMBR的出水具有低COD和低COD/N的特点，在不额外投加碳源情况下，传统的硝化反硝化工艺无法实现高效脱氮，而部份亚硝化/厌氧氨氧化是基于两种自养菌(氨氧化菌和厌氧氨氧化菌)的新型废水脱氮工艺，适于处理低COD、低COD/N的厌氧工艺出水，可节省起码60%的曝气量，且具有自养脱氮过程无需外加碳源、剩余淤泥量少等优势。然而厌氧氨氧化菌生长平缓、生存气温范围窄、难以富集等诱因引起该过程对反应条件非常敏感，特别是高浓度有机物存在的情况下，会严重影响甚至抑制厌氧氨氧化菌的活性。因此，在AnMBR处理餐厨污水的工艺中既要保证运行负荷，又要提升处理效率，降低出水COD，从而减轻其对厌氧氨氧化菌的抑制。CHENG等举办了中空纤维型厌氧膜生物反应器和全混和厌氧反应器处理配制的低油脂餐厨污水的小试研究，指出厌氧膜生物反应器在有机负荷为9.72kg·(m3·d)1时生物气产值和有机物的清除效率均处于较高的水平但是优于全混和厌氧反应器。曹琦等研究了中温条件下外置式厌氧膜生物反应器处理模拟餐厨污水的效能，结果表明，有机负荷为15kg·(m3·d)1时，各物质除去疗效、产气疗效以及系统运行的稳定性均处于最佳状态：出水COD保持在1000mg·L1以下，COD去除率达到90%以上，日平均产气量为177L·d1。由此可见，AnMBR工艺在处理餐厨污水方面具有较好的可行性，且其出水水质适用于部份亚硝化/厌氧氨氧化工艺。
本研究所使用的餐厨污水中有机质含量很高，COD高达100g·L1，通过厌氧消化可以将其中有机质转化成CH4，从而实现能源的高效回收，具有重要的经济价值。为此，监测了AnMBR在不同运行阶段下的产气变化情况，结果如图2所示。第Ⅰ阶段为淤泥驯养阶段，采取低负荷启动方法，控制进水量保持反应器的体积负荷稳定在1.5kg·(m3·d)1。该阶段沼气产值平均在30L·d1，甲烷浓度由47%逐步下降到56%，甲烷丰度在10d内由227mL·g1(以COD计)升高至267mL·g1，完成了快速启动。分析其原因可能为，膜的侵吞作用使淤泥完全侵吞在体系内，无限长的SRT有利于产甲烷菌的生长和富集，因此，在较短时间内可以实现反应器的快速启动。此外，理论上在标准状态下还原1gCOD形成0.35L甲烷，然而第Ⅰ阶段甲烷丰度并未达到理论值，可能为该阶段反应器处于初步启动过程，产甲烷菌并未完全激活，因此甲烷丰度高于标态下的350mL·g1。
随着反应器不断运行，污泥含量逐步下降，导致膜通量衰减严重，因此第Ⅲ阶段加强排泥量尝试减轻膜污染，排泥由0.4L降低到1L以控制SRT=40d，并保持体积负荷12.0kg·(m3·d)1运行20d。在此期间沼气产值和甲烷丰度相较于第Ⅱ阶段末期无显著变化，所对应的平均值分别为271L·d1和335mL·g1。可以看出加强排泥量虽然会导致淤泥含量增加，但沼气产值和甲烷收率均没有深受影响，表明其微生物活性在排泥以后有所提高。分析缘由可能为加强排泥量使更多的毒性物质急剧外排，提高了体系内微生物活性。根据闫林涛等的研究，排泥过程中体系内累积的无机物、难降解有机物也骤然被排出反应器外，降低了有毒有害物质对微生物的影响，从而有利于产甲烷活性提高。
当反应器运行到第100天时，发现淤泥含量不断下降，膜污染激化，因此，在第Ⅲ阶段加强排泥，每日排泥1L控制SRT=40d。该阶段出水COD无显著变化，稳定在850~1400mg·L1。这说明即使加强了排泥量，更多生物量被排出，但其代谢活性没有增加，COD去除率仍在98.9%以上，进一步验证了AnMBR具有良好的稳定性和高效的处理率。相关研究表明，排泥可以通过排出体系内的部份无机物质和难降解有机物，从而有效改善微生物活性，提高厌氧消化能力。此外依据TANG等的研究，非致毒性的有机物仅在高浓度下会影响厌氧氨氧化菌的活性，在低含量下有机物可能会对厌氧氨氧化菌有一定的好处。因此，该厌氧膜出水低COD和高浊度的特点使其具有通过部份亚硝化/厌氧氨氧化工艺进行深度脱氮的潜力。
在整个实验阶段，AnMBR体系内VFA质量含量均高于300mg·L1，ALK由6000mg·L1左右渐渐升至9000mg·L1左右并稳定在9000~10000mg·L1，VFA/ALK的值高于0.04。有研究表明，VFA/ALK的值可以拿来判定厌氧消化系统的稳定性，其安全范围为VFA/ALK<0.4，在此范围内系统酸化风险低；而当VFA/ALK在0.4~1.0时，厌氧体系产甲烷过程遭到影响，导致系统失稳，存在酸化甚至崩溃的风险。在3个阶段中，高ALK促使体系内VFA/ALK的值仍然高于0.04，远远大于失稳值0.4。这说明虽然餐厨污水中有机质含量很高，但是AnMBR较强的抗冲击负荷能力仍然可以保证发酵体系的稳定运行。此外，虽然原水pH在3.3~3.9，且不经调节直接步入反应器，然而在AnMBR稳定运行过程中，厌氧系统的pH基本可以维持在7.83±0.36，表明AnMBR系统中的高生物量才能迅速将原水底自然酸化形成的VFA转化成甲烷，从而有效防止了反应器酸化的可能性。白玲等在采用浸没式厌氧膜生物反应器处理啤酒污水时VFA/ALK的值高于0.25；亓金鹏等在采用厌氧膜生物反应器处理高盐榨菜污水的研究中pH保持在7.1以上，VFA/ALK的值仍然高于0.15；姚军强等在采用浸没式厌氧膜生物反应器处理垃圾渗滤液时pH保持在7.95左右，VFA/ALK的值高于0.02。以上研究均未出现酸化的现象，这也充分证明了AnMBR具有良好的稳定性和抗冲击负荷能力。
