纳米零价铁强化微生物电催化-厌氧膜生物组合反应器抗膜污染能力及其调控机制

膜污染是厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)产业化应用面临的最大挑战.本研究构建新型微生物电催化(bio-electrochemical systems,BES)-AnMBR组合反应器,以探究纳米零价铁(nano-zero-valent iron,nZVI)投加对BES-AnMBR组合系统膜污染削减和甲烷产生等性能的影响.结果表明,BES-AnMBR组合系统运行稳定,COD去除率一直维持在95%左右.nZVI投加量(以VS计)为0.1 g·g^-1时,运行性能最佳,跨膜压差(transmembrane pressure,TMP)较对照组降低28.1%,膜通量亦有轻微增加;甲烷产量为81.3 mL·g^-1(以CODremoved计),较对照组提高了12.1%.胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)变化和膜阻过滤分析表明,nZVI可以加强EPS分解,促进膜表面无机和有机富铁结垢层形成,改善膜污染分布特征,从而显著缓解膜污染.本研究将丰富传统AnMBR的基础理论,为污泥处理与资源化利用提供了新视角.

厌氧膜生物反应器的现状、挑战和前景

厌氧膜生物反应器(AnMBRs)不仅可以高效去除污染物,改善出水水质,而且可以实现生物能源回收,对保护环境和缓解能源危机具有重大意义。膜污染作为制约AnMBRs应用与推广的限制因素得到了大量关注,各种缓解和控制膜污染的方法和技术不断涌现。因此,对AnMBRs的运行机理、多元化应用、膜污染情况进行综述,并分析和评估了微生物电催化系统(BES)-AnMBRs组合工艺的可行性和发展潜力,以期为AnMBRs工程应用和未来发展提供理论和技术参考。

电催化-生物电化学耦合系统处理青霉素废水的机制

抗生素生产过程中产生大量含有残存抗生素的生产废水,传统的污水生物处理技术难以有效地处理此类高浓度抗生素废水.针对此问题,采用电催化-生物电化学耦合系统来处理含有典型的β-内酰胺类抗生素青霉素的废水,利用硼掺杂金刚石(boron-doped diamond,BDD)电催化电极对青霉素废水进行预处理,其出水进入生物电化学系统(bioelectrochemical system,BES)进行后处理.研究发现,经电催化系统预处理后青霉素的去除率为89%,出水进入BES后可以稳定运行,该出水中又有79%的青霉素被BES去除,获得最大功率密度为(1 124±28) mW·m^(-2),与直接进青霉素原始废水的BES反应器相比提高了473%.经过电催化-生物电化学两级耦合系统处理后青霉素的总去除率达到98%.对BES反应器阳极生物量和生物相分析结果表明,青霉素对阳极混合菌群生物量和变形菌门微生物(主要产电菌)有一定的抑制作用,且会降低形成阳极生物膜的主要微生物不动杆菌属Acinetobacter和具有产电功能芽孢杆菌属Bacillus在反应器中含量,这是影响反应器产电性能和处理效果的主要原因.青霉素废水经电催化降解后,浓度明显降低,有效缓解了青霉素对BES的抑制作用,提高废水的可生化性,因此电催化-生物电化学耦合系统是一种高效低能耗处理抗生素废水的新工艺.