MABR技术及其对RAS系统的优化潜力
MABR(Membrane Aeration Bio Reactor)，即膜曝气生物反应器，以膜为载体输送氧气，并给生物膜提供了稳定的生长环境，作为一种先进的膜曝气生物膜反应器技术，为RAS系统的升级提供了新的思路。
图1 MABR装置示意图
图2传统生物膜与MABR的对比
2.1 MABR技术的优势
不同于传统生物膜，MABR工艺中，BOD、COD等物质从液相扩散进入到生物膜后逐渐降低，而 DO 从靠近膜的方向自液相的方向逐渐降低，同时实现了硝化与反硝化。MABR通过气密性膜将氧气或者空气直接输送至水中，与传统由气泡向水体扩散的曝气方式不同，形成“膜内供氧、生物膜向外扩散污物”的逆扩散结构，从而实现同时硝化与反硝化的能力，同时氧传递效率极高、理论上可达近100%，而传统曝气法仅约20% (Li et al.，2023);该结构使系统曝气能耗显著降低，同时系统体积小、处理效率高。研究还表明，MABR中形成的生物膜具备分层结构——膜近侧为高氧好氧区，往外渐变至缺氧/厌氧区，从而形成多个微生态位，支持不同功能菌群共存(Xia et al.，2024)。在这些生态位中，硝化菌如Nitrosomonas、 Nitrospira 等可在膜近侧利用氨氮进行硝化，而膜外层或生物膜外部可富集反硝化菌进行硝酸盐还原，为系统提供了高效的氮循环路径(Li et al.，2023)。这些特性使得MABR在高负荷、低温、氨氮浓度偏高等苛刻条件下仍表现出优良性能(Zhang et al.，2024)。
图3 MABR工作原理示意图
2.2 基于MABR技术的RAS构建
为了充分发挥技术优势，在环形容器四周放置帘式MABR膜组件进行曝气传氧作为养殖池(虾池)，以增加水中的溶解氧同时去除水中氨氮，而池中均匀布置分层的MABR膜组件，将为微生物提供附着的场所，同时为虾苗提供栖息的场所。膜丝表面在水体中的微生物、虾粪、饲料和CN等物质的共同作用下，由细菌黏液连接，形成生物膜，即净化水体的生物絮团。
图4池壁与池中的MABR
养殖水定时定量从养殖池内排出进入竖流沉淀池，沉淀水中未消耗的饲料及虾粪，沉淀后进入生化池，生化池中放置MABR膜组件作为缺氧填料，促进反硝化作用的进行，去除水中的硝酸盐氮及亚硝酸盐氮，将生化指标维持在虾群适宜生长的浓度。生化后的水经沉淀回到养殖池中，形成闭环，整个过程不外排尾水，达到全水量循环养殖的目的。
图5 MABR-RAS循环养殖系统流程示意图
图6 MABR生物膜的生长状况
图7 生化池中的MABR
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