導(dǎo) 讀
中科院生態(tài)中心曲久輝院士團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)厭氧膜生物反應(yīng)器方面取得了重要研究進(jìn)展，相關(guān)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(wù)行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要方向之一。
厭氧膜生物反應(yīng)器（Anaerobic membrane bioreactors，AnMBR）具有能耗低、有機(jī)負(fù)荷與出水質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)，在污水資源化領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。
但是，傳統(tǒng)AnMBR膜污染嚴(yán)重，且無法回收廢水中的氨氮和磷。
為此，曲久輝院士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一種資源回收型電化學(xué)厭氧膜生物反應(yīng)器（electrochemical resource-recovery anaerobic membrane bioreactor，eRAnMBR），通過鎂陽極-導(dǎo)電膜雙陽極、石墨陰極結(jié)構(gòu)，首次實(shí)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(yīng)增加局部pH，有利于鳥糞石的陰極沉積，從而促進(jìn)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(duì)于膜污染緩解的效果以及電子傳遞路徑對(duì)于甲烷生成的促進(jìn)作用。
電化學(xué)厭氧膜生物反應(yīng)器回收碳氮磷并緩解膜污染機(jī)理
釋放的Mg2+導(dǎo)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(jí)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(xué)反應(yīng)強(qiáng)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(duì)eRAnMBR的甲烷電能進(jìn)行回收利用，可以覆蓋反應(yīng)器的電力及電極消耗的成本。
總的來講，eRAnMBR反應(yīng)器具有工藝簡潔、膜維護(hù)少、碳足跡低等優(yōu)點(diǎn)，為下一代污水處理提供了新的技術(shù)選擇。
來源：中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
