El equipo del académico Qu Jiuhui en el Centro Ecológico de la Academia de Ciencias de China ha logrado importantes avances en la investigación de biorreactores de membrana anaeróbicos electroquímicos. Los resultados relevantes se publicaron en Nature Communications. El primer autor del artículo es Zhang Yuhan, estudiante de doctorado en el Centro Ecológico de la Academia de Ciencias de China, y el autor correspondiente es Hu Chengzhi, investigador del Centro Ecológico de la Academia de Ciencias de China.
La recuperación simultánea de recursos y energía en el tratamiento de aguas residuales es una de las direcciones importantes de la transformación verde y baja en carbono en la industria del agua.
Los biorreactores de membrana anaeróbicos (AnMBR) tienen las ventajas de un bajo consumo de energía, una alta carga orgánica y una alta calidad del efluente, y tienen importantes perspectivas de aplicación en el campo de la utilización de recursos de aguas residuales.
Sin embargo, las membranas AnMBR tradicionales están gravemente contaminadas y no pueden recuperar el nitrógeno amoniacal y el fósforo de las aguas residuales.
Con este fin, el equipo del académico Qu Jiuhui creó un biorreactor de membrana anaeróbico de recuperación de recursos electroquímicos (eRAnMBR). A través de la estructura de ánodo dual de membrana conductora de magnesio y cátodo de grafito, logró la primera recuperación completa de carbono, nitrógeno y fósforo en aguas residuales y alivió significativamente la contaminación de la membrana.
El ánodo de magnesio libera iones de magnesio y se combina con nitrógeno amoniacal y fosfato para formar estruvita; La reacción de desprendimiento de hidrógeno del cátodo aumenta el pH local, lo que favorece la deposición de estruvita en el cátodo, promoviendo así la separación y recuperación in situ de estruvita y lodo.
Mecanismo para recuperar carbono, nitrógeno y fósforo y aliviar la contaminación de la membrana en un biorreactor de membrana anaeróbico electroquímico
Este estudio exploró en profundidad el efecto de regular la estructura de la capa de revoque de filtración en la superficie de la membrana sobre la mitigación de la contaminación de la membrana y el papel de la ruta de transferencia de electrones en la promoción de la generación de metano.
El Mg2+ liberado conduce a un aumento en el tamaño de los flóculos de lodo y a una reducción de la adhesión entre las partículas de lodo y la superficie de la membrana, y también reduce la proporción de enlaces de hidrógeno en la estructura secundaria de las proteínas poliméricas extracelulares, por lo que debilitando la formación de la capa de gel y haciendo que la estructura de la capa de torta de filtración se vuelva suelta y porosa.
La reacción electroquímica fortalece la transferencia directa de electrones entre especies, enriquece la vía de producción de metano y aumenta la pureza del metano producido al 94%.
Si la electricidad de metano del eRAnMBR se recicla, puede cubrir el costo del consumo de electricidad y electrodos del reactor.
En general, el reactor eRAnMBR tiene las ventajas de un proceso simple, menos mantenimiento de membrana y baja huella de carbono, lo que proporciona una nueva opción técnica para la próxima generación de tratamiento de aguas residuales.