低电流密度下电凝聚-上流式厌氧污泥床反应器联用技术实现原位沼气提质增效与经济可行性优化

本文创新性地将电凝聚(EC)与上流式厌氧污泥床(UASB)反应器耦合，在0.42 mA/cm2低电流密度条件下实现沼气CO2100%去除，甲烷浓度提升13.2%，同时增强污染物去除效能，能耗仅0.094 kWh/m3，为绿色低碳的废水处理与能源回收提供新范式。

　　

研究亮点

• 首创低电流密度(0.42 mA/cm²)EC-UASB联用系统，实现沼气CO₂完全去除

• 甲烷浓度显著提升至78.2±2.9%，较传统UASB提高13.2%

• 采用间歇电流模式(10分钟开启/30分钟关闭)优化氢代谢平衡

• 系统同步提升TDS(总溶解固体)、浊度、COD(化学需氧量)去除率17.8%、17.6%、3.2%

• 污泥床特性改善：沉降能力提升13%，紧密型胞外聚合物(EPS)蛋白/多糖比增加24%

实际挑战与规模化考量

相较于传统原位生物甲烷化技术（添加剂、生物电化学系统BES、H₂注入），本研究提出的EC集成系统展现出独特优势：通过铁电极原位产氢避免外源H₂储运成本，且低电流密度操作显著降低能耗。但规模化时需解决电极钝化问题，并优化反应器流体力学特性。

结论

这项研究证实：在0.42 mA/cm²低电流密度下运行的EC-UASB混合系统，能同步实现沼气提质（完全消除CO₂）与废水处理强化。该系统通过调控电流参数精准匹配氢营养型产甲烷菌的代谢谢需求，在仅增加0.033美元/m³运营成本的前提下，创造出兼具环境效益与经济可行性的绿色技术新路径。