【摘 要】
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膜生物反应器(MBR)是一种高效的水处理技术,其有高质量可循环利用的处理水和能源。但是,膜污染是MBR工艺的主要缺点,主要原因是其会导致渗透率下降。膜通量或跨膜压力(TMP)随处理时间的增加而增加,导致膜的运营成本增加,最终缩短了膜的使用寿命,因此,膜污染仍是限制MBR发展的主要问题。微生物燃料电池(MFC)处理污水时,可将有机物中的化学能转化为电能,并产生清洁能源。本实验将MFC与MBR组合在一
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膜生物反应器(MBR)是一种高效的水处理技术,其有高质量可循环利用的处理水和能源。但是,膜污染是MBR工艺的主要缺点,主要原因是其会导致渗透率下降。膜通量或跨膜压力(TMP)随处理时间的增加而增加,导致膜的运营成本增加,最终缩短了膜的使用寿命,因此,膜污染仍是限制MBR发展的主要问题。微生物燃料电池(MFC)处理污水时,可将有机物中的化学能转化为电能,并产生清洁能源。本实验将MFC与MBR组合在一起,形成无外加电场MFC-MBR一体化系统(简称MFC-CMBR),将MFC产生的电场附加在MBR的外侧,形成环形微电场,以外加电场MFC-MBR一体化系统(简称MFC-EMBR)为对照,利用其一体化系统可减缓膜污染,提高污水处理效果,研究结果表明:(1)在驯化五个周期,外接电阻为1000Ω,以苯酚为底物的运行条件下,MFC-CMBR一体化系统最大电压为0.78 V左右,最大电流密度为462.15 m A/m~2,最大功率密度为160.36 m W/m~2,内阻为100Ω。COD降解率为96%左右。(2)附加电场可有效减缓膜污染。MFC-EMBR一体化系统TMP增长比无电场慢,周期由18天延至24天,且通过扫描电镜也可看出,结果表明电场存在有效地减少了不可逆膜污染。从膜孔阻力平均增长速率分析,MFC-EMBR一体化系统对膜孔污染的增长速度具有明显的抑制作用。(3)通过傅里叶红外光谱分析(FTIR)可得出主要污染物质为多糖和蛋白质,其是溶解性微生物代谢产物(SMP)与胞外聚合物(EPS)的主要成分。在电场作用下,通过对泥饼层特性分析,得出多糖与蛋白质的含量均会得到抑制,降低其在膜表面的附着;通过对MBR膜组件周围SMP与EPS进行检测分析,发现在外加电场作用下,SMP与松散胞外聚合物(LB-EPS)会远离膜组件,其浓度会随着与膜组件距离的增加而增大;而TB-EPS不受电场影响,呈均匀分布状态。结果表明SMP与LB-EPS在微电场作用下能够进行远离MBR膜表面作相对运动,从而可有效抑制MBR膜污染。
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