摘要
在资源能源危机与碳中和背景下，传统以能耗换水质的好氧污水处理工艺面临严峻挑战，厌氧处理工艺由于具有低能耗、低碳排、可实现能源回收的特点，近年来愈发受到重视与推崇。厌氧膜生物反应器（AnMBR）作为一种新型厌氧处理工艺，可通过膜截留实现反应器内水力停留时间（HRT）与污泥停留时间（SRT）解耦，在增加厌氧微生物总量、提升能源回收方面具有显著优势。然而，由于厌氧处理工艺本身的局限性，氮、磷营养盐的进一步去除已成为AnMBR出水达标排放与回用的关注热点。将阳极电化学与AnMBR结合构建厌氧电膜生物反应器（AnEMBR），一方面可通过电场强化膜污染控制；另一方面，阳极活泼金属可释放高价金属离子，通过化学方法实现磷的去除与回收，是AnMBR技术升级的重要方向。 针对上述设想，本研究构建以铁为阳极的 AnEMBR 系统，研究了电场作用下AnMBR处理市政污水的污染物去除效能与膜污染特征，分析了AnEMBR中的磷去除路径，提出污染物去除和膜污染控制高效协同的关键参数。主要研究结论如下： （1）研究了AnEMBR强化有机物去除与产甲烷性能效果及作用方式。与投加铁盐和对照组AnMBR相比，AnEMBR的COD平均去除率提高了1.3%和2.1%，达到96.5 ± 0.39%，平均出水COD浓度降低至17.1 ± 2.40 mg/L，76%以上的COD经过厌氧消化转化为甲烷，甲烷产量达到0.224 LCH4/gCODremoved。污泥电子传递体系活性结果表明电场及其释放的铁离子刺激了厌氧微生物的呼吸、分解代谢，加速了微生物胞外电子传递，从而提高了有机物去除效率及产甲烷性能。 （2）解析了AnEMBR中磷赋存形态，阐明了阳极释铁强化磷去除的作用机理。投加铁盐后AnMBR系统的TP去除率最高达到33.2%，AnEMBR则稳定实现了近乎100%的TP去除。投加铁盐后AnMBR中铁结合态磷（23.1%）、碳酸盐吸附磷（55.3%）和水溶性磷（14.9%）是磷的主要赋存形态，而在AnEMBR中铁结合态磷增加至76.2%，碳酸盐吸附磷和水溶性磷显著降低。通过扫描电镜和X射线能谱分析以及X射线衍射仪分析了 AnEMBR 污泥晶体沉淀的元素和物相组成，进一步证实生成的蓝铁石Fe3(PO4)2·8H2O是AnEMBR中铁去除的主要途径。 （3）揭示了AnEMBR的膜污染特征，提出了AnEMBR高效运行策略。混合液特性分析结果表明AnEMBR中溶解性微生物代谢产物浓度显著降低，污泥絮体表面电荷量减小，粒径增大，过滤比阻显著降低（与对照组相比大于60%），有利于改善膜过滤性能。然而，与铁离子释放速率有关的铁离子浓度会直接影响膜污染进程，铁离子浓度过高导致富铁无机污染物在膜表面大量积累。因此，调整电压/电流维持适当的铁浓度AnEMBR高效运行的关键。
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