中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員、中國工程院院士曲久輝團隊在電化學厭氧膜生物反應器方面取得進展。近日，相關研究成果以Recovering nutrients and unblocking the cake layer of an electrochemical anaerobic membrane bioreactor為題，在線發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。?

污水處理同步回收資源和能源是水務行業(yè)綠色低碳轉型的重要方向。厭氧膜生物反應器（AnMBR）具備能耗低、有機負荷與出水質量高的優(yōu)點，在污水資源化領域具有應用前景。然而，傳統(tǒng)的AnMBR膜污染嚴重，且無法回收廢水中的氨氮和磷。

該團隊創(chuàng)建了資源回收型電化學厭氧膜生物反應器（eRAnMBR）。eRAnMBR采用鎂陽極-導電膜雙陽極、石墨陰極結構，實現了廢水中碳、氮、磷的全回收，并緩解了膜污染。研究顯示，鎂陽極釋放鎂離子與氨氮和磷酸鹽結合生成鳥糞石；同時，陰極析氫反應增加了局部pH，利于鳥糞石的陰極沉積，從而促進鳥糞石與污泥的分離以實現原位回收。

該團隊剖析了膜表面濾餅層結構的調控對于膜污染緩解的效果以及電子傳遞路徑對于甲烷生成的促進作用。研究發(fā)現，釋放的Mg²⁺增大了污泥絮體尺寸，減少了污泥顆粒與膜表面間的粘附力，并降低了胞外聚合物蛋白質二級結構中氫鍵的比例，從而削弱了凝膠層的形成，使濾餅層結構變得疏松多孔。同時，電化學反應強化了種間直接電子傳遞并豐富了產甲烷途徑，且產生的甲烷純度提高至94%。

成本估算顯示，若對eRAnMBR的甲烷電能回收利用，可覆蓋反應器的電力和電極消耗成本。這一反應器具有工藝簡潔、膜維護少、碳足跡低等優(yōu)點，為下一代污水處理提供了新的技術選擇。

研究工作得到國家自然科學基金的支持。

論文鏈接

電化學厭氧膜生物反應器回收碳氮磷并緩解膜污染機理