电化学膜生物反应器(EMBR)中导电尼龙网膜的制备及其在市政污水处理中的应用研究

为解决MBR工艺中膜污染严重和成本高昂的问题，西安建筑科技大学团队开发了基于液相氧化聚合法制备的导电尼龙网膜，构建了新型电化学膜生物反应器(EMBR)。研究表明，0.5V电压下EMBR的膜通量达151.08 LMH/bar，COD去除效果优于传统MBR，膜污染速率降低33%，微生物群落中导致膜污染的Chloroflexota门菌群相对丰度下降1.45%。该研究为低成本污水处理提供了新方案。

　　

在污水处理领域，膜生物反应器(MBR)技术虽具有出水质量高、占地面积小等优势，但膜污染和高成本问题始终制约其大规模应用。传统抗污染方法如物理清洗、化学改性等存在效率不足或经济性差的局限，特别是当前研究多聚焦于昂贵的陶瓷膜和聚偏氟乙烯(PVDF)膜材料。这一背景下，开发低成本、高性能的导电膜材料成为突破MBR技术瓶颈的关键路径。

西安建筑科技大学环境与市政工程学院的研究团队创新性地采用液相氧化聚合法，将廉价尼龙网膜改性为兼具过滤和阴极功能的导电材料，构建了电化学膜生物反应器(EMBR)系统。该研究通过优化电压参数(0-1.5V)，系统评估了导电膜在真实污水处理场景中的性能表现，相关成果发表于《Journal of Water Process Engineering》。

研究团队主要运用了三大关键技术：液相氧化聚合法制备导电尼龙网膜，通过多轮吡咯单体聚合实现材料改性；建立EMBR反应器系统，以石墨板为阳极、改性网膜为阴极；采用高通量测序分析微生物群落结构变化，结合胞外聚合物(EPS)组分测定解析抗污染机制。

导电网膜制备与表征
通过BVIMBF₄催化吡咯氧化聚合，经两次改性后网膜电阻降至1.25 kΩ/sq，接触角从108°降至65°，纯水通量提升至151.08 LMH/bar。扫描电镜显示改性后网膜表面形成均匀导电聚合物涂层。

电压参数优化
对比实验表明0.5V电压下EMBR综合性能最优：出水浊度仅0.92 NTU，膜污染速率较对照组MBR降低33%。电化学分析证实该电压下阴极产生的微量H₂O₂能有效氧化污染物。

污染物去除机制
EMBR对COD的去除率提升至93.5%，EPS中蛋白质/多糖(PN/PS)比值从4.15降至3.1，形成的滤饼层孔隙率提高27%。微生物分析显示Electroactive菌属丰度增加，而致污菌门Chloroflexota减少1.45%。

污泥特性变化
Zeta电位测试显示污泥絮体表面电荷密度增加，静电排斥作用增强。粒径分布表明EMBR中污泥平均粒径增大15%，有利于减轻膜孔堵塞。

该研究证实导电尼龙网膜辅助的EMBR工艺具有显著技术经济优势：材料成本仅为传统MBR膜的1/20，能耗维持在0.15 kWh/m³的低水平。通过电化学调控实现了"膜材料-微生物群落-污染物"三重协同作用，为市政污水处理提供了兼具高效性和普适性的解决方案。研究团队特别指出，该技术易于与现有污水处理厂改造相结合，具备快速工程转化的潜力。