微电场、导电膜EMBR水污染及膜污染控制化学基础

膜生物反应器是应对水源短缺和水质污染的关键技术。其应用瓶颈是膜污染、对工业废水适应性差、效率低。已证明掺杂聚吡咯亲水导电复合膜可减缓MBR膜污染；导电分离膜直接做阴极，以铝、铁或不锈钢做阳极，施加较低电场构成EMBR-带电膜生物反应器，可高效控制膜污染和水污染。电场电泳作用抑制负电性生物污染物的吸附沉积而减缓膜污染；导电膜上加负电场提高膜污染控制效果，并缩短电极距离、简化电场与膜反应器设置而降低能耗。研究EMBR及其掺杂聚吡咯膜阴极电催化氧还原及电致抑菌杀菌作用、减缓膜污染性能及电场强度、溶解氧、导电聚合物掺杂剂的影响。研究不同电极电势、电絮凝、电催化条件对污泥絮体大小和水处理性能的影响：如硝化、反硝化、去除毒性离子或难降解毒性有机污染物性能及化学机制。研究EMBR低电压微电场与微生物协同作用；耦合微生物、电催化、电絮凝的带电导电膜EMBR膜污染控制化学研究对实现高效水污染控制有重要意义。

一、导电膜及膜污染控制化学 1.1对无纺布或碳纤维/不锈钢进行导电聚合物改性及复合纳米碳（纳米碳纤维, 石墨烯, 碳纳米管), 得到导电膜,施加微电场提高过滤性能和抗污染性能。将催化剂与PVDF有机聚合物在导电基底上刮膜得到催化导电膜，催化剂纳米粒子有扩孔作用而提高膜通量。1.2碳纤维布上聚合吡咯后施加负电场，提高还原高价铬和吸附重金属离子能力。而施加正电场加快再生脱附速率。不锈钢上电聚合吡咯/负载MnO2也能提高过滤截留性能。用HI还原含石墨烯的复合膜,在电场下的分离过滤抗污染性能均得到提升。分离腐殖酸及聚丙烯酰胺的性能得到显著提升.二、耦合MFC产电膜反应器MBR水污染控制化学 2.1 研究了平板膜MBR反应器中膜组件及流场结构 和电场施加方式(膜中放置导电铜线施加电场)，证实微电场/负电场对膜污染物的排斥作用，微电场延长运行周期，抗污染和提高出水水质。导电膜上直接施加负电场节省了电极费用，利用铁做阳极省去外加电源，也为阴极膜提供了提高膜抗污染性能的电场；其自身腐蚀产生的絮凝作用，增大了污泥颗粒直径，降低胞外聚合物，提高通量，延长过滤运行周期，提高出水水质（磷的去除率）。电场提高污泥活性。2.2．以导电滤膜为阴极耦合微生物燃料电池及MBR，实现了废水处理和产电，以产电形式回收能量并有效减缓膜污染。膜上导电聚合物掺杂蒽醌类/石墨烯后， 可催化氧还原 /电芬顿反应， 提高微生物燃料电池的产电性能和阴极降解污染物的性能。实验测试和对比了上述不同阳极/阴极材料及耦合反应系统的产电性能和水处理性能。得到了多种反应器结构和组件。为可持续高效节能废水处理提供了新的材料和工艺。2.3中间阳极两侧阴极的三隔室MFC/MBR系统，用铁阳极复合生物阳极，发现三氯生提高了产电性能。利用聚苯胺改性滤布制作导电膜组件可做阳极或阴极，在间隔开的阴、阳极室MFC/MBR 中，从阳极进水厌氧产电菌代谢降解，好氧阴极室膜过滤出水，稳定运行同时产电。利用不锈钢或石墨烯导电聚合物改性阴极，耦合生物活性碳颗粒阳极,外环阴极室构成反应器，实现了废水发电和膜出水。