题名电控厌氧膜生物反应器设计与膜污染控制机制研究
作者苏帆
答辩日期2020-06
文献子类硕士
授予单位中国科学院生态环境研究中心
授予地点北京
导师胡承志
关键词导电膜,电絮凝,膜污染,厌氧微生物,甲烷代谢 conductive Membrane, Electrocoagulation, Membrane Fouling, Anaerobic Microorganisms, Methane Metabolism
学位名称工程硕士
其他题名Electronically Anaerobic Membrane Bioreactor (eAnMBR) Design and Study on Membrane Fouling Control Mechanism
学位专业环境工程
英文摘要

        厌氧膜生物反应器(AnMBR)具有能耗低、应用范围广、可资源回收等优点,得到了国内外环境工程学者和工程师们的广泛关注和研究,但严重的膜污染限制了AnMBR的推广和应用。本研究采用不锈钢导电微滤膜做阴极,用铁板/石墨做阳极,将电场、电絮凝与厌氧膜生物反应器(AnMBR)耦合,利用电场和电絮凝协同缓解膜污染、提升出水水质和产气效率。探究了电场(EF)联合电絮凝(EC)对微生物群落多样性以及甲烷代谢途径的影响,分析了电化学减缓AnMBR膜污染的作用机制,为电化学-厌氧膜生物反应器(eAnMBR)技术的工程应用提供科学基础。
       研究发现在电絮凝厌氧膜生物反应器(阳极为铁电极,EC-AnMBR)中,电场联合絮凝不仅可以强化总磷的去除,还能够显著减缓膜污染、延长膜组件使用寿命。综合污染物去除效果和膜污染控制情况,确定0.6 V为最佳工作电压;相比常规AnMBR,EC-AnMBR对总磷的去除率提升了19.2%,膜组件连续使用时间延长85%。在EC-AnMBR中,在电极反应和电场联合作用下,微生物群落丰度和均匀度升高,有利于形成较稳定的微生物生态系统。电场刺激和铁离子的存在可加速沼气的生成,有利于以甲基营养途径为主的产甲烷菌的生长,丰富了产甲烷菌的丰度和代谢途径,为甲烷生产提供了相对稳定、完整的代谢系统。
       eAnMBR中采用导电不锈超滤膜可增大对污染物的静电排斥作用,同时作为阴极产生气体冲刷作用可限制污染物在膜表面的附着。电场联合絮凝缓解EC-AnMBR膜污染的主要机制是:铁离子絮凝和电场刺激降低了EC-AnMBR中EPS的含量,有效缓解了膜有机污染。EC-AnMBR、外加电场厌氧膜生物反应器(阳极为石墨电极,EF-AnMBR)和AnMBR中EPS浓度大小与跨膜压差衰减的结果相吻合,EPS的浓度与AnMBR的膜污染情况呈正相关关系。电场的存在,加强了污染物间的静电排斥作用,从而降低粘度。电絮凝作用可增大污泥絮体粒径,迅速增长大于膜孔径而有效避免膜孔堵塞,缓解膜污染;外加电场增强了阴极膜组件与污染物间的静电排斥作用,同时可以引发有机物分子极化,进而促进其沿电场方向发生同向凝聚也对污泥粒径增大有一定贡献,电场和絮凝协同作用下形成疏松多孔的滤饼层,显著减少EC-AnMBR不可逆膜污染。

页码76
内容类型学位论文
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/43646]  
专题生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
苏帆. 电控厌氧膜生物反应器设计与膜污染控制机制研究[D]. 北京. 中国科学院生态环境研究中心. 2020.
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