基于扬尼不对称改性膜的膜曝气生物膜反应器：增强氧气传递、氮去除和生物膜稳定性

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Janus asymmetric modification membrane-based Membrane aerated biofilm reactor towards enhanced O 2-transfer, N removal, and biofilm stability

　　

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  通过双层改性膜将O₂传质系数提高了153.8%。
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  改性MABR中NH₄⁺-N去除率达到93.92%，TN去除率达到81.38%。
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  改性膜增强了微生物附着和生物膜稳定性。
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  改性膜上生物膜厚度增加，增强了反硝化活性。

各部分内容摘要

引言

曝气占生物废水处理能耗的主要部分，凸显了更高效氧气输送策略的必要性，以在减少曝气输入的同时维持硝化和反硝化过程[1]。MABR通过气透中空纤维膜实现无气泡供氧[2]。氧气从膜内腔扩散至附着的生物膜，而氨氮和有机基质则从主体液体向膜扩散[3]。

膜的制备与表征

PVDF中空纤维膜用作曝气膜。每根膜长度为300 mm，内径为1 mm，外径为2 mm。膜孔径范围为0.1至0.2 μm。共使用35根纤维。

在改性之前，PVDF纤维先用乙醇和去离子水清洗。随后自然风干并组装成膜组件。内表面涂覆PDMS[10]。以正-己烷为溶剂配制2 wt%的PDMS溶液。然后，30

改性膜的表征

采用4 × 10 cm中空纤维膜组件在相同曝气压力下评估PVDF/PDMS/L-DOPA膜的氧传递性能（图2a-c）。随着浸泡时间的增加，k_La先升高后降低，在5 h时达到最大值0.033 min?1。在碱性条件下k_La也增大，并在pH 9时达到最大值。然而，当L-DOPA浓度从0.6增至1.5 g/L时，$K_{L}a$从0.033降至0.019 min?1。该结果表明

结论

综上所述，Janus型PVDF/PDMS/L-DOPA中空纤维膜的构建有效平衡了MABR中的氧传递与生物膜保留。内层PDMS维持了稳定的气体传输通道，而L-DOPA衍生的外层增加了表面粗糙度并降低了表面疏水性，从而促进了微生物附着和生物膜形成。与未改性膜相比，Janus膜将氧传质系数从0.013提高至

未引用参考文献

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CRediT作者贡献声明

赵芳博：方法论。邹晶：验证、方法论。陆巧芝：方法论。刘德昭：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、调查、经费获取、形式分析、概念构思。项雨菲：撰写——审阅与编辑、撰写——原稿、方法论、数据整理。李向坤：验证、资源。王雪洁：验证、监督。刘德佳：项目管理。Rubina Altaf：方法论。翟文峰：数据整理。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的可能影响本论文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到国家自然科学基金（项目编号：32573281）和杭州城西科创大走廊的经费支持。

项雨菲|翟文峰|杜江辉|刘德佳|Rubina Altaf|陆巧芝|赵芳博|邹晶|李向坤|王雪洁|刘德昭