资源回收型电化学厌氧膜生物反应器开发与应用

在可持续发展和双碳目标的大背景下，传统污水治理模式逐渐从末端处理转向综合资源回收。厌氧膜生物反应器（AnMBR）作为一种将厌氧技术和膜分离技术相耦合的技术，不仅契合了低碳水处理的需求，还在资源回收和再利用方面展现了巨大的发展潜力。然而，传统AnMBR膜污染严重，不具备氮磷回收的能力，且产生的沼气二氧化碳含量较高。解决上述问题，对于推动AnMBR技术向规模化和商业化迈进具有重要意义。课题组针对传统AnMBR的痛点问题，开发了电化学强化厌氧膜生物反应器，利用研发的导电膜集成膜分离功能与电化学反应，实现膜污染过程的有效缓解和膜污染垢层的可控清洗，即通过电絮凝、电刺激及原位电清洗协同介导膜污染的控制过程 （Water Res., 2025）；应用TOF-SIMs、EQCM-D等分析方法，揭示了电化学对于膜污染的动态调控特征 （Water Res., 2022；Water Res., 2023a）。研发了膜阳极和镁阳极协同介导的氮磷同步回收技术，在少量镁和能耗投入的基础上实现出水水质提升和氮磷资源化（Water Res., 2023b）；通过电化学反应强化种间直接电子传递路径并丰富产甲烷通路，协同镁阳极的直接氧化和间接产氢，实现了甲烷的原位提纯，减轻了后续能源回收工作（Nat. Commun.，2024）；反应器首次实现了废水中碳、氮、磷的全回收，并显著缓解了膜污染。资源回收型电化学厌氧膜生物反应器具有工艺简洁、膜维护少、碳足迹低等优点，为下一代污水处理提供了新的技术选择。

电化学膜生物反应器在膜污染调控及碳/氮/磷回收中的作用机制。a 电絮凝、电刺激及原位电清洗协同介导的膜污染控制；b 厌氧膜生物反应器同步回收污水中的碳/氮/磷及缓解膜污染