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中科院生態(tài)中心曲久輝院士團隊在電化學厭氧膜生物反應器方面取得了重要研究進展，相關成果發(fā)表于Nature Communications，論文第一作者為中科院生態(tài)中心博士生張宇涵，通訊作者為中科院生態(tài)中心胡承志研究員。
污水處理同步回收資源及能源是水務行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要方向之一。
厭氧膜生物反應器（Anaerobic membrane bioreactors，AnMBR）具有能耗低、有機負荷與出水質(zhì)量高的優(yōu)點，在污水資源化領域有重要的應用前景。
但是，傳統(tǒng)AnMBR膜污染嚴重，且無法回收廢水中的氨氮和磷。
為此，曲久輝院士團隊創(chuàng)建了一種資源回收型電化學厭氧膜生物反應器（electrochemical resource-recovery anaerobic membrane bioreactor，eRAnMBR），通過鎂陽極-導電膜雙陽極、石墨陰極結(jié)構(gòu)，首次實現(xiàn)廢水中的碳、氮、磷全部回收，并且明顯緩解了膜污染。
鎂陽極釋放鎂離子與氨氮和磷酸鹽結(jié)合生成了鳥糞石；陰極析氫反應增加局部pH，有利于鳥糞石的陰極沉積，從而促進了鳥糞石與污泥的分離與原位回收。
本研究深入探究了膜表面濾餅層結(jié)構(gòu)的調(diào)控對于膜污染緩解的效果以及電子傳遞路徑對于甲烷生成的促進作用。
電化學厭氧膜生物反應器回收碳氮磷并緩解膜污染機理
釋放的Mg2+導致污泥絮體的尺寸增大以及污泥顆粒與膜表面間的粘附力的減少，也降低了胞外聚合物蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中氫鍵的比例，從而削弱了凝膠層的形成，使濾餅層結(jié)構(gòu)變得疏松多孔。
電化學反應強化了種間直接電子傳遞，豐富了產(chǎn)甲烷途徑，產(chǎn)生的甲烷純度提高至94%。
如果對eRAnMBR的甲烷電能進行回收利用，可以覆蓋反應器的電力及電極消耗的成本。
總的來講，eRAnMBR反應器具有工藝簡潔、膜維護少、碳足跡低等優(yōu)點，為下一代污水處理提供了新的技術(shù)選擇。
來源：中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心
