介导强化膜曝气生物法低温净水效能与资源回收研究

需求的背景和应用场景

污水资源化回用对于实现水资源的可持续循环利用至关重要。然而，当前污水中频繁出现的难降解且具有强生物毒性的抗生素及其衍生物，对传统污水处理工艺构成了严峻挑战。特别是在低温环境下，传统膜曝气生物膜反应器（MABR）技术的处理效能显著下降。为解决这一问题，电介导膜曝气生物膜反应器（E-MABR）技术应运而生。该技术结合了传统MABR与电化学原理，旨在通过外加电场提升微生物代谢活性，克服低温导致的活化能壁垒，从而提高生化反应速率。此外，E-MABR还能强化传质过程，部分抵消低温引起的流体黏度升高所带来的负面影响。尽管E-MABR在提升低温条件下污水处理效能方面展现出潜力，但其在氮磷回收方面仍存在局限。因此，开发一种适应寒区环境、有效处理含抗生素污水，并同步实现氮磷资源回收的E-MABR系统，对于推动我国寒区污水处理技术提升与资源回收能力发展具有重要意义。

要解决的关键技术问题

本项目拟解决的关键技术问题主要包括：

1. 抗生素胁迫下E-MABR系统中污染物的去除机制：研究在抗生素存在下，E-MABR系统如何有效去除污水中的污染物，包括抗生素本身及其衍生物。
2. 氮磷结晶回收路径：探索在E-MABR系统中如何实现氮、磷元素的高效结晶回收，以解决当前系统在氮磷回收方面的固有局限。
3. 电介导刺激下基于电子穿梭体与群体感应信号的生物膜形成补偿机制：研究电介导作用如何促进生物膜的形成与稳定，以及电子穿梭体和群体感应信号在此过程中的作用机制。 同时，项目还将开发具有高效传质和抗润湿性能的复合膜材料，构建以镁为阳极、碳毡为阴极的E-MABR反应系统，并解析低温条件下界面传质与电介导强化机制。

效果要求

本项目预期达到的效果包括：

1. 提升低温条件下污水处理效能：通过电介导强化作用，显著提高E-MABR系统在低温条件下的污水净化能力，特别是对含抗生素污水的处理效果。
2. 实现氮磷资源高效回收：开发并优化氮磷结晶回收路径，提高E-MABR系统的资源回收能力，实现污水处理的资源化利用。
3. 构建理论与技术体系：揭示电介导作用下氮、磷元素回收的定向调控机制，构建面向寒区污水深度处理与资源化的E-MABR理论与技术体系，为我国寒区污水处理技术提供新的解决方案和理论依据。
4. 创新性与竞争优势：通过技术创新，本项目将开发出具有自主知识产权的E-MABR系统，提升我国在污水处理与资源化领域的国际竞争力。