Performance of Alternating-Current-Enhanced Anaerobic Membrane Bioreactor: Membrane Fouling, Wastewater Treatment, and CH4 Production

生物反应器 膜污染 结垢 胞外聚合物 氧化剂 化学 阳极 生物污染 无氧运动 化学工程 电极 细菌 生物膜 有机化学 生物化学 工程类 生物 物理化学 遗传学 生理学
作者
Yue Yang,Keyi Zhang,Sen Qiao,Jiti Zhou,Xie Quan
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:9 (47): 15973-15982 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.1c06321
摘要

An alternating current (ac)-enhanced (+1.0 V/–1.2 V) anaerobic membrane bioreactor system was constructed (AC-AnMBR) with conductive carbon nanotubes hollow-fiber membranes (CHFMs) as the basic separation unit and electrode, simultaneously. Compared with the other two anaerobic membrane bioreactors polarized by anodic direct current (dc) (+1.0 V, A-AnMBR) and cathodic dc (−1.2 V, C-AnMBR), the membrane fouling was obviously mitigated based on the always lower transmembrane pressure. Meanwhile, the cake layer on CHFM from AC-AnMBR (∼15.7 μm) was thinner than those from C-AnMBR (∼22.8 μm) and A-AnMBR (∼35.7 μm) after 40 days of operation. In AC-AnMBR, a barrier of electrostatic repulsion force around membranes with −1.2 V hindered the negatively charged pollutants (mainly extracellular polymeric substances) deposited on the membranes' surface. Then, the electrochemical oxidation provided by positively charged membranes would play a role in oxidizing or mineralizing pollutants for deep fouling removal. Two alternating effects reduced the adhesion of living bacteria, eventually causing a bacterial detachment from membrane surface at the same time. Additionally, AC-AnMBR showed a more than 90% effluent COD removal rate. The CH4 production could stabilize at 210 mL/L·day (COD ∼ 1500 mg/L) in AC-AnMBR and C-AnMBR, about higher 10 mL/L·day than that in A-AnMBR.
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