MFC-MBR耦合工藝減緩膜污染及能量分析研究.pdf

1、作為一種高效的污水處理技術(shù)，膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor, MBR)相比傳統(tǒng)活性污泥法具有其特殊的優(yōu)勢(shì)。然而，MBR在實(shí)現(xiàn)泥水分離的過程中，普遍存在著膜污染現(xiàn)象，運(yùn)行成本相對(duì)較高，是限制其發(fā)展的主要因素。研究表明，附加電場(chǎng)可以有效控制膜污染，但增加了運(yùn)行成本。微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell, MFC)可以將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，在處理污水的同時(shí)，產(chǎn)生清潔能源。
　　本研究采

2、用一種單室無膜式連續(xù)流微生物燃料電池，通過改變進(jìn)水條件提高其產(chǎn)電性能，并將將其產(chǎn)生的電能以電場(chǎng)的形式附加到MBR中，構(gòu)建了一種新型MFC-MBR耦合工藝。以常規(guī)MBR(Conventional Membrane Bioreactor，CMBR)為對(duì)照，該耦合系統(tǒng)能夠有效減緩膜污染，提高污水處理效果，研究表明:
　　(1)采用低濃度溶解氧進(jìn)水有利于提高無膜單室微生物燃料電池的產(chǎn)電性能。當(dāng)微生物燃料電池進(jìn)水由原水改為缺氧池上清液后，其

3、電壓由0.44±0.02V迅速上升到0.52±0.02V并保持穩(wěn)定，開路電壓由0.49V提高到0.65V;最大功率密度由45mW/m2提高到59mW/m2，提高了31％;而庫倫效率由3.87％提高到約為8.56％，提高了一倍多。
　　(2)附加電場(chǎng)可以有效控制膜污染。通過紅外光譜分析(Fourier transforminfrared spectrum，F(xiàn)TIR)可以確定附加電場(chǎng)可以有效降低多糖、蛋白質(zhì)和腐殖酸等污染物的附著速率，

4、并以控制多糖類物質(zhì)為主，提高了濾餅層中蛋白質(zhì)的比例。相對(duì)于胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substance，EPS)而言，溶解性微生物代謝產(chǎn)物(Soluble Microbial Products, SMP)更容易附著到膜表面，形成膜污染。
　　(3)附加電場(chǎng)對(duì)活性污泥具有一定的改性作用，影響微生物代謝活性，可以有效控制污泥混合液SMP中的多糖物質(zhì)(SMPc)降低幅度達(dá)到34.5％。附加電場(chǎng)可以提高活

5、性污泥的絮凝性，使Zeta電位（絕對(duì)值）由CMBR的22.8mV下降到18.2mV，并促進(jìn)絲狀菌的適度生長(zhǎng)，增大絮體粒徑并增強(qiáng)污泥絮體結(jié)構(gòu)性能。污泥平均粒徑由CMBR的120μm提高到138μm，且粒徑分布更加集中絮體更加均勻，粒徑小于50μm的污泥絮體降低了37.4％。
　　(4)MFC-MBR耦合系統(tǒng)具有更好的處理效果，其膜出水COD約為38mg/L，相對(duì)于CMBR的54mg/L，COD的去除率更高。經(jīng)過能量分配計(jì)算，進(jìn)水中僅