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作为膜分离技术的一个新的分支,正渗透这项新技术以低能耗、高效率、污染小、工艺简单、适应性强等众多优势正成为新的研究热点。然而,汲取液的选择及其回收与回用依然是限制其发展应用的主要问题之一。本文采用pH响应汲取液聚合电解质汲取液(聚丙烯酸钠,PAA-Na)作为正渗透膜分离技术的汲取液,在产生较高渗透通量、低反渗透通量的同时,还能在低能耗下实现高效地回收与回用。除此以外,PAA-Na特有的生物可降解性还可以降低原料液侧的汲取液的累积,不对微生物性能产生影响,从而使得正渗透膜生物反应器可以持续地进行中长期运行。最后,由于微生物燃料电池技术能在胞外产电菌的作用下将有机废水中的化学能直接转化为电能,我们将其运用于正渗透膜分离系统中,可以原位地对pH响应汲取液PAA-Na进行无加碱回收与回用的同时,其产电细菌在阳极表面生长的特性(生物膜法)延缓正渗透膜组件的膜污染,降低污水处理的能耗,为污水处理提供新的节能途径。本论文研究工作分为五个部分:聚合电解质汲取液(聚丙烯酸钠,PAA-Na)的性能与回收机理探究、pH响应汲取液应用于正渗透膜分离(FO)的运行特性研究、浸没式FO系统的运行特性研究、可降解PAA-Na汲取液在正渗透膜生物反应器(OMBR)的运行特性研究、电化学正渗透膜生物反应器(BES-OMBR)原位回收pH响应汲取液PAA-Na及系统的渗透性能与产电效能评价。主要研究结果如下:pH显著影响汲取液PAA-Na在水溶液中的水力学直径,当高于响应pH时,PAA-Na 呈 聚合电解质溶液状态;当低于响应 pH 时,PAA-Na 呈 聚合体状态,因 此响应 pH直接影响着回收过程中酸碱使用量。使用调节pH与微滤相结合的回收方法回收汲取液PAA-Na时,可以获得较高的回收效率,并使得损失的PAA-Na在回收水中的浓度很低(60～67 mg/L)。在使用25 wt%2000 PAA-Na时达到最高回收效率99.99%。聚合电解质PAA-Na作为汲取液进行FO试验时,使用蒸馏水作为原料液,渗透通量随着浓度的升高而升高,随着分子量的升高而降低,最高渗透通量在使用25wt%2000 PAA-Na时达到18.0 ± 0.5 LMH,此时的盐反渗透通量(RSF)为0.11 ± 0.01 gMH,盐水反渗透比(JS/JW)为6.1±0.3mg/L,此时的运行费用为0.259CNY/m3。聚合电解质PAA-Na作为汲取液进行浸没式FO试验时,使用蒸馏水作为原料液,系统可以持续在170-h内产生渗透通量,渗透通量随着浓度的升高而升高,最高渗透通量在使用30 wt%2000 PAA-Na时达到14.5 LMH,此时的盐反渗透通量(RSF)为0.18 gMH,溶质在原料液侧的浓度为132 mg/L。聚合电解质PAA-Na作为汲取液进行OMBR试验时,使用模拟废水作为原料液,系统可以持续在110-h内产生渗透通量,渗透通量随着浓度的升高而升高,所产生的最高渗透通量是在使用30 wt%2000 PAA-Na时达到11.4 LMH,此时的盐反渗透通量(RSF)为0.18 gMH,此时溶质在原料液侧的浓度为43 mg/L,总COD浓度为56mg/L,汲取液在原料液中的最大降解速率为6 mg/(d·m3),总COD在原料液中的最大降解速率为63 mg/(d.m3);经过600-h的运行(五个循环),系统所产生的渗透通量仅下降1.3%,原料液无TOC和氨氮的累积,整个运行过程去除COD的费用为2.121～4.354 CNY/kg COD。聚合电解质PAA-Na作为汲取液进行BES-OMBR试验时,使用模拟废水作为原料液,系统能够产生稳定且较高的渗透通量和电流密度。渗透通量随着分子量的增加而降低,随着浓度的升高而升高,所产生的最高渗透通量在使用32 wt%2000 PAA-Na时达到12.6 ±0.5 LMH,此时的盐反渗透通量(RSF)为0.05 ±0.00 gMH。在BES-OMBR运行60-h后,最大渗透通量在5次回收过程中呈现下降的趋势,回收的汲取液比初始的汲取液所产生的渗透通量下降4.2～6.8%。运行过程由于不可避免的汲取液PAA损失(3～20 mg/L),最终出水COD为65～71 mg/L。在汲取液四次回收后,其高效的回收效率(99.36～99.87%)使得汲取液PAA在回收水中的浓度很低(15～21 mg/L),且此时的运行费用为0.350 CNY/m3。BES-OMBR系统所产生的电流密度与渗透通量的趋势相同,最高的电流密度能够在使用32 wt%2000 PAA-Na时达到159 ±6 A/m3。使用调节pH与微滤相结合,以及BES-OMBR系统阴极电解液pH上升相结合的回收方法来回收汲取液2000 PAA-Na时,第一次回收的汲取液所产生的最大电流密度(175 A/m3)比初始产生的电流密度(164 A/m3)更大,接下来的4次回收过程所产生电流密度逐渐降低。