【摘 要】
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与传统的压力驱动型膜生物反应器相比,正渗透膜生物反应器（FOMBR）具有能耗低和污染物截留率高等优势,但膜污染仍是限制FOMBR广泛应用的瓶颈问题之一。对此,本研究将生物电化学技术引入FOMBR,创新构建了污染物高效去除、资源同步回收和膜污染有效控制的新型正渗透膜-生物电化学耦合系统（FO-MBER）,以开路系统作为对照（FO-MBR）,考察了FO-MBER系统的运行效果和膜污染情况,解析了FO-
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与传统的压力驱动型膜生物反应器相比,正渗透膜生物反应器（FOMBR）具有能耗低和污染物截留率高等优势,但膜污染仍是限制FOMBR广泛应用的瓶颈问题之一。对此,本研究将生物电化学技术引入FOMBR,创新构建了污染物高效去除、资源同步回收和膜污染有效控制的新型正渗透膜-生物电化学耦合系统（FO-MBER）,以开路系统作为对照（FO-MBR）,考察了FO-MBER系统的运行效果和膜污染情况,解析了FO-MBER系统中污泥溶解性微生物产物（SMP）和胞外聚合物（EPS）特性变化规律,分析了FO-MBER系统中SMP、LB-EPS和污泥絮体的膜污染潜力,为深入探究FO-MBER系统中低电场作用下的正渗透膜污染控制机理提供理论依据。FO-MBER系统的工艺运行效能和污泥中SMP和EPS的特性分析表明,FO-MBER系统能够实现44 m W/m~2的最大输出功率密度,TOC、TN、NH4+-N和TP的平均去除率分别为97.13%、79.80%、98.70和96.81%。与对照FO-MBR系统相比,FO-MBER系统中污泥SMP和LB-EPS浓度分别降低了9.18%和26.51%,FO-MBER系统中污泥中SMP和LB-EPS的荧光特征物质含量均得到了有效降低。FTIR分析表明,FO-MBER系统污泥中SMP和LB-EPS的多糖和蛋白质的吸收峰明显减弱,表明FO-MBER系统对污泥中的关键膜污染物SMP和LB-EPS具有明显的削减和改性作用。FO-MBER系统的膜污染情况分析表明,FO-MBER系统能够有效减缓膜污染的发生,泥饼层阻力和膜孔阻力平均增长速率比FO-MBR系统降低了24.00%和18.52%。泥饼层的SMP和LB-EPS的浓度分别下降了49.95%和28.64%。SEM图像分析表明,相比于FO-MBR系统,FO-MBER系统中膜面污染物明显减少,污染物结构更加松散,孔隙率较大。此外,FO-MBER系统中容易导致膜污染的Proteobacteria、Actinobacteriota和Mycobacterium的丰度有效降低,降解多糖、蛋白质等大分子有机物质的Bacteroidota、SWB02和Firmicutes的丰度有效提高。FO-MBER系统中关键膜污染物的污染潜力分析表明,FO-MBER系统能够提高LB-EPS与膜之间的能量壁垒,降低SMP与干净膜之间的二次能量最小值,同时降低了SMP和LB-EPS与膜表面的粘附自由能,从而减缓SMP和LB-EPS在膜表面的黏附和积累。此外,FO-MBER系统中污泥絮体与干净膜和泥饼层表面的粘附自由能分别降低了21.32%、10.73%,表明FO-MBER系统能够有效减缓膜面泥饼层的形成。综上,FO-MBER系统中低电场的作用能够有效削减SMP和LB-EPS中的关键膜污染物,降低SMP、LB-EPS和污泥絮体在膜表面黏附趋势,从而实现膜污染的有效控制。
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