正渗透脱盐技术

耦合MEC/MFC自供应碳酸氢铵汲取溶质用于微生物电解池—正渗透耦合系统中的废水处理和回收（2014）将合成有机废水加入MEC的阳极室中，然后将其出水流入FO的原料侧。来自MEC阳极（CO2）和阴极（NH3）的气流通过两个100mL玻璃瓶引流。第一个瓶子是装有去离子水的吸收瓶，以收集气态氨（NH3）和CO2产生碳酸氢铵。通过CO2气瓶以1.26mL/min的流速将额外的二氧化碳引入该瓶中。第二个瓶子装有1M硫酸（H2SO4）吸收第一瓶无法捕获的过量NH3。一旦吸收瓶中的铵离子浓度达到0.80M，就将溶液转移到FO中作为汲取液。当FO中的水通量降至1.0L/m2/h（LMH）以下时，将稀释的汲取溶液送至热回收单元，其中温度设定在80℃。NH3和CO2将其与汲取溶液分离并流入含有去离子水的吸附烧瓶中以再生汲取溶液。将来自FO的浓缩进料溶液用80μL的0.1MNaOH溶液调节至pH7.0，并返回到MEC将1米长的碳刷折叠以装入作为阳极电极的阳极室中。阴极电极是涂有铂/碳作为催化剂（0.3mgPt/cm2）的碳布（160cm2）。将阴极室充气以提供氧气用于反应并从阴极电解液中除去氨;人造废水，无污泥。在MEC中，能量输入为3.9kWh/m3废水（2.0kWh/kgCOD，或5.1kWh/kgN）。其中，外部电源消耗53.8％，阴极曝气消耗16.8％，阳极电解液再循环消耗29.4％。在FO过程中，能量输入为0.1kWh/m3废水。如表S1所示，如果MEC-FO被MFC-FO取代，则能量输入将为负，这意味着将产生比铵回收所需更多的能量。耦合微滤MF微滤耦合渗透膜生物反应器防止盐度积聚（2014）Integrationofmicro-filtrationintoosmoticmembranebioreactorstopreventsalinitybuild-upFig.Variationsofwaterflux(Jw)andconductivityofthemixedliquor(Cml)intheMF-OMBR.FO膜的水通量在MF-OMBR的初始阶段减少，然后在25天后稳定在约5.5LMH，是常规OMBR（2LMH）的2.75倍。MF膜的TOC去除效率远低于FO膜的TOC去除效率。MF流出物中的TOC浓度略低于上清液中的TOC浓度，但远高于FO流出物中的TOC浓度，表明MF膜只能保留一小部分上清液中的TOC。MF上清液与FO出水之间NH3-N浓度没有显着差异，表明活性污泥的NH3-N去除效率非常高。与具有相同操作条件和流入废水的常规OMBR中上清液的TOC和NH3-N浓度相比，它们在MF-OMBR中低得多。这可能归因于MF-OMBR中较高的微生物活性，因为它的盐度较低，因为高盐度可导致代谢活动的丧失。确定生物活性的DHA被确定为表征MF-OMBR中大量污泥的微生物活性；DHA随着运行时间的延长而降低，最终稳定在约33.24mgTF/（L·h），远远大于传统OMBR中约6.88mgTF/（L·h）的水平。上述结果有力地支持了这样的假设：较高的盐度影响了常规OMBR中活性污泥的TOC和NH3-N去除。因此，可以得出结论，MF膜在OMBR中的应用不仅可以增加水通量，而且可以提高活性污泥的TOC和NH3-N去除率，因为微生物活性增加。MF-OMBR系统中EPS的产量与传统OMBR相关的值相当；常规OMBR中的EPS产量与本研究在操作条件和进水废水相同时相同，并报告了BEPS和SMP的稳定浓度分别约为45和22mg/gVSS，超过在MF-OMBR中。这可能归因于传统OMBR中的盐度比MF-OMBR中的盐度高10倍。如上所述，高盐度将不可避免地导致EPS的增加。传统OMBR中的总通量下降（Lt）比MF-OMBR中的通量下降（Lt）更严重由于膜污染，通量下降（Lf）在MF-OMBR中约为45％，而在常规OMBR中仅为约29％，这表明FO膜在MF-OMBR中具有更严重的膜污染基于这些事实，可以表明MF-OMBR中较低的Lt不是由于膜污染，而是由于通过添加MF膜实现的较低盐度由于不可逆的膜污染导致的通量下降（Lin）MF-OMBR低于传统OMBR，这意味着MF-OMBR中严重的膜污染主要是由于可逆的膜污染。实际上，在连续操作之后，在常规OMBR中的FO膜表面上没有发现明显的污垢，而在MF-OMBR中FO膜覆盖有厚的滤饼层膜污染，特别是可逆膜污染，MF-OMBR比传统OMBR严重，主要是通过增加过滤阻力和ECP导致严重的FO通量下降。耦合超滤UF新型耦合超滤-渗透膜生物反应器的长期中试规模研究（2015）长期OMBR和UF-OMBR研究结果显示，COD，TN和TP的总体去除率分别大于96％，82％和99％。已经证明，活性污泥中的低盐度可以维持，可以通过UF回收浓度大于50mg/L的磷，并且FO膜污垢显着减少。此外，UF-OMBR能够同时从一个集成系统生产高质量的RO渗透物流和营养丰富的UF渗透物流。与UFMBR相比，OMBR中的FO膜具有低污染倾向。耦合电渗析ED耦合渗透膜生物反应器-电渗析减少反应器盐度累积和盐回收使用ED（施加3V电压）可以保持原料液相对低的电导率8mS/cm，允许OMBR运行24天，比没有ED的传统OMBR长约6倍。通过ED回收的盐成功地重新用作OMBR中的汲取溶质。在能耗为1.88-4.01kWh/m3时，混合OMBR-ED系统可以实现约6.23L/m2/h的稳定水通量和1.26kg/m3的有效废盐回收率。传统的OMBR，10天原料液电导率从1.1升至19.3mS/cm，水通量从6.31LMH降至2.40LMH。盐的积累也显示出对有机化合物的生物降解的抑制作用。当导电率达到19.3mS/cm时，生物降解COD的效率下降到13.9％；施加电压为3V时，进料溶液的电导率在24天内达到8.0mS/cm，比传统OMBR的电导率长约6倍。此外，在运行24天后，水通量和COD生物降解效率分别高于3.70LMH和70％。Fig.PerformanceoftheOMBRunderdifferentappliedvoltagesand/oroperationalmodes:(A)waterflux,(B)conductivityofthefeedsolution,and(C)CODbiodegradationefficiency.常规OMBR中的总盐积累为0.123±0.017mol/m2/h，其中46％归因于汲取液浓缩，而54％归因于盐反向通量。施加电压为2,2.5或3V时，盐回收通量为0.020±0.003,0.094±0.016及0.205±0.038mol/m2/h。可以看出，在面积（IEM和FO）比为1的情况下，ED需要施加2.5V的电压才能回收OMBR中累积的所有盐。为了实现完全的盐回收，IEM和FO膜面积比分别为6.18,1.31和0.60，电压分别为2,2.5和3V。Fig.SaltfluxintheOMBRandthesaltrecoveryintheEDunderdifferentoperationalconditions,whiletheconductivityoffeedsolutionwaslowerthan8mS/cm.Note:0,2,2.5,and3Vappliedvoltages;C,continuousmode;B,batchmode.ED将盐与OMBR进料溶液分离，并浓缩在ED浓缩室。随着施加电压的增加，ED浓缩物的盐浓度变得更高；施加的电压为3V时，ED浓缩物的电导率可达到60mS/cm，接近OMBR的新鲜汲取溶液的电导率且浊度无差异；当ED浓缩液用作OMBR中的汲取溶液时，水通量为2.33±0.07LMH，同时盐反向通量为0.017±0.002mol/m2h;这些结果与用新鲜NaCl溶液获得的结果相当；OMBR原液中的盐可以通过ED回收并在OMBR中作为DS溶质重新使用，从而减少DS溶质的损失，同时具有环境和经济效益。Fig.SaltconcentrationandthevolumeoftheconcentratedsolutionintheEDunitunderthedifferentappliedvoltagesof2,2.5,and3V.施加的电压从2V增加到3V（电流密度从0.93±0.29增加到11.49±1.56A/m2），能量消耗从0.10±0.01增加到2.08±0.08kWh/m3。当在混合OMBR-ED系统中获得完全盐回收时,随着施加电压的增加每单位体积处理废水的能量消耗也从1.72增加到3.68kWh/m3，与ED中电流效率的下降有关。对ED施加2V时，电流效率为76.2±4.9％，在施加3V时降至41.6±3.8％。在相同的操作时间下，电流效率的降低可能是由于较高的反向盐扩散，这是由于较高的浓度梯度和较高的施加电压。与连续运行相比，完全盐回收的批式下的能耗低于2.66kWh/m3，这得益于在较低盐负荷下盐分离所需的低离子交换膜面积。Fig5.EnergyconsumptionandcurrentefficiencyofthehybridOMBR-EDsystemunderdifferentoperationalconditions.Note:0,2,2.5,and3Vappliedvoltages;C,continuousmode;B,batchmode;EI,energyconsumptionpercubicmeteroftreatedwastewaterwiththesameareaofion-exchangemembrane(0.0064m2);andEW,energyconsumptionpercubicmeteroftreatedwastewaterundertheconditionofcompletesaltrecovery.尽管添加ED装置的能耗较高，但混合系统在盐的回收和再利用方面具有优势与没有后处理的传统OMBR相比，所提出的系统具有最小化废物排放的潜力。混合OMBR-ED系统可以实现为0.64kg/m3废盐回收以及2-3V电压下1.88-4.01kWh/m3的能量输入，而在传统的OMBR，产1m3水需要1.22千克盐来补充因反向盐通量造成的盐分损失，并且将排出0.15m3废盐水/m3废水（可能需要额外处理）Fig.ComparisonofaconventionalOMBR(SRT=10d)andahybridOMBR-EDsystemforchemical/energyinputandwastedischarge.Theenergyinput,wastedischarge,saltrecovery,andsaltinputarenormalizedforthevolumeofwaterproductionintheOMBR.OsMFC电流产生和电解质pH对渗透微生物燃料电池薄膜复合膜反向盐通量的影响OsMFC继承了MFCs和FO的功能，利用FO膜截留溶质，分离正极和负极，将处理过的水从anolyte(进料溶液)中提取到catholyte(汲取液)中，同时发电和提水。当总库仑产量从0增加到311C时，发电可以极大地抑制RSF：从16.3±2.8降低到3.9±0.7gMH。当连接40Ω外部电阻时，阴极电解液pH值为3，OsMFC的RSF比pH值为11时低45.9±28.4％。通过FO膜传输的钠离子的量比氯离子的量多18.3-40.7％。通过扩散和电驱动迁移完成离子传输，理论分析表明抑制的电驱动迁移应该是降低RSF的原因。OsMFCs可以处理合成溶液和实际废水，超过50％的处理废水可以从阳极中提取。成功地在OsMFC中实现了RSF的降低：与开路（无发电）相比，发电可将RSF降低75％以上；阴极电解液pH通过与产电的相互作用对RSF表现出强烈的影响，并且较低的阴极电解液pH由于较高的产电