陳 妹，楊 陽，王 鑫

（南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300350）

污水的高效處理與回用是緩解水資源危機、保障用水安全的有效手段，但傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)存在能耗高的問題。據(jù)報道，好氧活性污泥法污水處理技術(shù)的能耗約為0.6 kW·h/m3〔1〕，其中約50%的能耗被用于曝氣過程。另外，污水中蘊含大量可利用的化學(xué)能，單位COD 蘊含的化學(xué)能約為17.8～28.7 kJ/g〔2〕。厭氧處理是提取污水中污染物能量最成熟的手段之一〔3〕。

厭氧膜生物反應(yīng)器（AnMBR）是一種集膜分離技術(shù)與厭氧生物處理技術(shù)于一體的污水處理工藝，能克服傳統(tǒng)厭氧生物處理過程中污泥流失、占地面積大的問題〔4〕，已被應(yīng)用于市政污水〔5〕、畜牧業(yè)廢水〔6〕及其他高有機物強度廢水〔7〕的處理中。但與好氧膜生物反應(yīng)器（AeMBR）相比，AnMBR 污泥濃度更高且曝氣沖刷程度受限，膜污染問題也更為嚴峻〔4，8〕，限制了其進一步推廣。微生物電解池（MEC）是一種微生物電化學(xué)技術(shù)，可利用電活性微生物為催化劑將污水中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能、清潔能源或有價值的副產(chǎn)物，在污水處理過程中具有較大的潛力，但單一的MEC 技術(shù)無法滿足污水再生利用的高要求〔9〕，污水處理效率較低，出水效果也無法保證達標。MEC-AnMBR 耦合技術(shù)是一種相輔相成的技術(shù)，能充分發(fā)揮各單元過程的技術(shù)優(yōu)勢，愈發(fā)受到關(guān)注。近年來，國內(nèi)外學(xué)者〔10-13〕通過將AnMBR 與MEC耦合實現(xiàn)了對污水中污染物的高效去除，緩解了MBR 運行過程中的膜污染問題，且通過回收污水中潛藏的能源從而降低了污水處理的能耗。

1 技術(shù)概述

1.1 厭氧膜生物反應(yīng)器（AnMBR）

AnMBR 作為一種新興的污水處理技術(shù)，能同時滿足污染物處理與資源、能源回收的需求，具有剩余污泥產(chǎn)率低、可回收營養(yǎng)物質(zhì)和可再生能源的優(yōu)勢〔14-15〕。大量研究表明，AnMBR 在對高有機物強度污水（如餐廚、豬糞等廢水〔16-18〕，COD＞3 000 mg/L）的處理中，COD 去除率高，且可通過能源回收降低污水處理過程中的總運行費用〔18-20〕。M. KANAI 等〔21〕研究發(fā)現(xiàn)久保田公司的AnMBR 裝置在日本釀酒廠的污水處理中是十分高效的，且AnMBR 在對高有機物強度的餐廚污水處理中COD 去除率高達92%，能量回收量約為1.2×107kJ/d。

但是，AnMBR 多通過采用沼氣循環(huán)、提高錯流速率的方式來提高膜面附近的湍流程度以減緩污染物附著，從而降低膜污染程度，但沼氣循環(huán)過程的能耗高（0.7～3.4 kW·h/m3）〔19，22〕且膜污染緩解效果受污泥性能影響大。進一步地，AnMBR 的膜污染機制與AeMBR 有所不同。因此，針對AnMBR 開發(fā)低耗高效的膜污染緩解技術(shù)是十分必要的。

1.2 微生物電解池（MEC）

與微生物燃料電池（MFC）相似，MEC 是一種電介導(dǎo)的微生物電化學(xué)技術(shù)，以電活性微生物為催化劑氧化污水中的有機物，同時將陽極作為終端電子受體并通過外電路與發(fā)生還原反應(yīng)的陰極相連〔23〕。值得注意的是，最初研發(fā)MEC 系統(tǒng)是為了從污水中實現(xiàn)高效生物產(chǎn)氫〔24-25〕，通過將氧氣從系統(tǒng)中排除，并對電路施加微弱的額外電壓，MEC 的陰極表面可析出氫氣〔26〕。相較于其他產(chǎn)氫技術(shù)，MEC 在電活性微生物催化下能夠克服熱力學(xué)限制，在相對溫和的條件下從多種有機物（如纖維素、葡萄糖、市政污泥等）中實現(xiàn)高效產(chǎn)氫。與直接電解水產(chǎn)氫（＞2.1 V）相比，MEC 技術(shù)所需的電能輸入（0.2～0.8 V）相對較低，因此降低了制氫的電能成本〔27〕。MEC 的高效低耗產(chǎn)氫能力使得該技術(shù)在與AnMBR 耦合時，能通過原位產(chǎn)生微小的氫氣氣泡對膜面污染物進行沖刷，從而緩解膜污染情況。膜污染緩解機制將在后文進一步討論。

1.3 MEC-AnMBR 耦合技術(shù)

近年來，大量研究發(fā)現(xiàn)通過施加微弱電場將MEC 與AnMBR 耦合是一種高效低耗的污水處理與膜污染緩解技術(shù)〔4，19〕。在MEC-AnMBR 耦合技術(shù)的研究中，大部分研究將MEC 與AnMBR 集成一體式〔12，28〕，但也有少部分研究將生物處理與產(chǎn)電過程、過濾過程分離〔4〕。集成一體式MEC-AnMBR 耦合技術(shù)多采用導(dǎo)電的、具有催化性能的金屬膜或?qū)щ娋酆衔锬ね瑫r作為電極材料與膜分離介質(zhì)。一體式MEC-AnMBR 由于結(jié)構(gòu)簡單、易于連續(xù)自動化運行的優(yōu)勢，關(guān)注度更高。

MEC-AnMBR 耦合技術(shù)的裝置形式多樣，筆者以一體式MEC-AnMBR 為例進行介紹，裝置示意見圖1〔12，23，29〕。

圖1 一體式MEC-AnMBR 耦合技術(shù)裝置示意Fig.1 The schematic diagram of the integrated MEC-AnMBR

一體式MEC-AnMBR 耦合技術(shù)多以導(dǎo)電膜為陰極，通過外電路與外加電源和生物陽極相連接，導(dǎo)電膜同時可作為分離過濾的介質(zhì)。污水被體系中懸浮微生物降解，在經(jīng)過生物陽極時，有機污染物被電活性微生物進一步氧化，釋放的電子以陽極為終端電子受體經(jīng)外電路傳遞至陰極，釋放的質(zhì)子在陰極膜表面被還原成氫氣，經(jīng)過處理的污水透過導(dǎo)電膜排出裝置。例如，研究者們以鎳基〔12，29〕、石墨烯〔23〕導(dǎo)電中空纖維膜（HFM）為陰極來構(gòu)筑MEC-AnMBR裝置，這種設(shè)計使得陰極表面產(chǎn)生的生物氣能被用來減緩膜污染，同時也增大了MEC 技術(shù)中陰極的表面積，解決了微生物電化學(xué)技術(shù)使用過程中陰極面積有限的問題。

2 MEC-AnMBR 在污水處理中的應(yīng)用

2.1 MEC-AnMBR 強化去除污染物

2.1.1 常規(guī)有機物

污水處理過程中有機物的去除效率（常用COD去除效果表征）是評估污水處理方法處理效能的最常見指標之一。AnMBR 工藝由于污泥濃度高且膜材料具有過濾攔截的作用，對有機物的去除效率處在較高的水平。但研究發(fā)現(xiàn)，通過耦合MEC，AnMBR 能夠進一步強化對有機污染物的去除。根據(jù) 文 獻〔4〕、〔22〕和〔30-33〕，圖2 總 結(jié) 出MECAnMBR 耦合技術(shù)與AnMBR 中COD 去除率的對比。

圖2 MEC-AnMBR 耦合技術(shù)與AnMBR 中COD 的去除率對比Fig.2 The comparison of the COD removal efficiency between MEC-AnMBR and AnMBR

從圖2 可以看出，MEC 的引入使得MECAnMBR 體系對COD 的平均去除率提高了8.43%。這是由于通過耦合MEC，MEC-AnMBR 體系能夠促進體系中微生物的生長、強化微生物代謝，同時也提高了體系中微生物的多樣性與豐度。Shuwen DU等〔30〕的研究結(jié)果證實，雖然MEC 的引入對膜組件的攔截作用增強效果不顯著，但卻能強化生物降解作用，使生物降解效率提高8.4%。

Yue YANG 等〔33〕以牛血清蛋白（BSA）、海藻酸鈉（SA）和AnMBR 中的上清液為模型污染物開展批次實驗，探究不同外加電壓及液體性質(zhì)對MECAnMBR 運行性能的影響。其研究發(fā)現(xiàn)，MECAnMBR 體系對COD 的去除效率不僅與外加電壓有關(guān)，而且受污染物本身性質(zhì)的影響較大。這是由于陰極導(dǎo)電膜與帶負電的污染物之間存在靜電斥力，體系對電負性更強的污染物攔截去除作用更強。同時，隨著外加電壓從0.4 V 提升到1.2 V，膜面與污染物之間的靜電斥力增大，COD 去除率提高了19.2%。但也有學(xué)者〔4，34-35〕認為，MEC 體系的外加電壓≥1.2 V時會使細胞裂解，從而降低微生物生長速率與代謝性能，導(dǎo)致有機物去除效果惡化。

近年來，正滲透膜（FO）被引入AnMBR 中代替常用的低壓膜（主要包括微濾膜和超濾膜），通過組建厭氧滲透膜生物反應(yīng)器（AnOMBR）來降低MBR的運行能耗。盡管在MEC-AnOMBR 體系中，學(xué)者們更關(guān)注的是MEC 對AnOMBR 系統(tǒng)中CH4產(chǎn)量的提升、膜污染的控制以及濃差極化的減緩問題〔10，19，31，36〕，但Hanmin ZHANG 等〔31〕以 不 銹 鋼 鋼 絲網(wǎng)為陰極置于三乙酸纖維素FO 膜附近并與FO 膜相接觸，以碳刷為陽極，搭建了MEC-AnOMBR 系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能降低體系中鹽返混通量，還將COD 去除率提高了9.48%，這是由于除被厭氧消化利用外，有機物還可被碳刷陽極上的微生物進一步降解去除。

表1 進一步總結(jié)了近年來MEC-AnMBR 耦合技術(shù)運行中污染物去除情況、膜污染情況及生物氣的產(chǎn)生情況。總體而言，MEC-AnMBR 耦合系統(tǒng)對有機污染物的去除效果較好。

表1 MEC-AnMBR 耦合技術(shù)的運行情況Table 1 The performance of MEC-AnMBR

2.1.2 其他污染物

抗性基因（ARGs）是由于抗生素的廣泛使用而引起的棘手問題，威脅人類健康。而厭氧生物處理技術(shù)是ARGs 轉(zhuǎn)移與傳播的有利載體。Zhenghao LI 等〔38〕研究發(fā)現(xiàn)，當MEC-AnMBR體系的外加電壓低于0.7 V時，體系中大部分目標ARGs（intI1、tetA、tetQ、tetW、sulI）的絕對豐度降低；在外加電壓為0.5 V 時，懸浮液和出水中的intlI、tetA、tetW和sulI較開路狀態(tài)下分別降低0.17～0.58 logs和0.24～0.70 logs；但當外加電壓過高時（0.9 V），懸浮液和出水中的ARGs 激增。

2.2 MEC-MBR 的膜污染控制

2.2.1 MEC 對AnMBR 中膜污染的緩解效果

在MBR 技術(shù)運行過程中，分離料液中有機物的黏附、微生物的滋長及微生物的代謝產(chǎn)物是造成膜污染的主要原因。在AnMBR 中，由于膜組件形式各異以及沼氣沖刷作用在膜面引起的剪切力較小、沖刷效果有限，膜污染問題嚴重。但在MEC-AnMBR耦合技術(shù)中，即使采用填充密度較高的HFM 組件，原位產(chǎn)生的生物氣氣泡也可進行原位沖刷，從而減少污染物和微生物的黏附，減緩膜污染過程。

從表1 可以看出，通過耦合MEC 技術(shù)，AnMBR的運行周期延長，跨膜壓力（TMP）增長速率顯著降低或膜通量下降速率減緩。Aqiang DING 等〔4〕的研究發(fā)現(xiàn)，當施加電壓由開路狀態(tài)變?yōu)?.0 V 時，膜面上污泥的Zeta 電位絕對值由22.3 mV 增大至30.9 mV，更高的污泥Zeta 電位導(dǎo)致污泥表面的負電荷增多，靜電勢升高，污泥與膜面之間的靜電斥力增大，污泥在膜面的結(jié)塊減少，從而可減少泥餅的形成。Yue YANG 等〔33〕發(fā)現(xiàn)外電場引起的負電位可以排斥帶負電荷的污染物，從而減緩泥餅層形成的趨勢。Yue YANG 等〔37〕還發(fā)現(xiàn)MEC 技術(shù)的引入不僅能降低TMP 的增長速率，且膜組件經(jīng)清洗后分離過濾性能恢復(fù)效果更好。有意思的是，Xianbin YING等〔32〕通過浸漬-碳化法制備了導(dǎo)電的碳化硅陶瓷膜并用于AnMBR 中，通過開展抗污染性能試驗發(fā)現(xiàn)，當對AnMBR 施加外加電位為-0.5 V vs. Ag/AgCl 時，膜污染速率加快（1.81 kPa/h），甚至高于不加電對照組（1.41 kPa/h）；但當外加電位為-2.0 V 時，膜污染速率僅為0.39 kPa/h。

在FO-MBR 體系中，導(dǎo)致FO 膜通量下降的原因有兩點：一是汲取液離子反向擴散造成進料液中鹽濃度升高，從而導(dǎo)致膜兩側(cè)滲透壓下降；二是鹽累積及微生物滋長導(dǎo)致的膜污染問題。通過耦合MEC技術(shù)，研究者們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電陰極膜能夠減小鹽反混通量，減緩汲取液中離子向料液中的反相擴散，從而緩解膜污染。Hanmin ZHANG 等〔31〕的研究表明，當外加電壓為0.5 V 時，MEC-AnOMBR 中料液的電導(dǎo)率的增長速率〔0.08 mS/（cm·d）〕顯著低于AnOMBR 對照組〔0.11 mS/（cm·d）〕。Tianyu GAO 等〔10〕的研究也進一步證實MEC 的引入能降低AnOMBR 中的水通量下降速率，即水通量下降速率由每天0.73 L/（m2·h）降為0.53 L/（m2·h）。

2.2.2 MEC-AnMBR 中膜污染緩解機制

膜污染是MBR 技術(shù)無法避免的問題，針對不同的膜污染可采取不同的膜污染控制方法，包括制備抗菌膜、優(yōu)化運行條件等?？刂品椒ú煌?，緩解膜污染的機制也不相同。在MEC-AnMBR 耦合技術(shù)中，MEC 技術(shù)對膜污染的緩解機制可以歸結(jié)為3 個方面：陰極膜與污染物之間靜電斥力的增強、陰極產(chǎn)生的氫氣對膜進行的原位沖刷、外加電場對污泥性能與微生物活性的影響。

由于料液中的微生物及污染物大多呈現(xiàn)電負性，當對導(dǎo)電膜施加負電位時，污染物、微生物與膜表面的靜電斥力增強，從而緩解了微生物在陰極膜表面的黏附沉積，減少了由黏附的微生物滋生引起的有機污染〔22，39〕。陰極膜表面產(chǎn)生的氫氣對污染物的原位沖刷也被認為是減緩膜污染的重要機制之一〔12，28，30〕。K.P.KATURI 等〔12，23〕發(fā)現(xiàn)，增大外加電壓會使氫氣產(chǎn)量增多，從而降低膜污染速率。V.SAPIREDDY 等〔29〕采用高速攝像機對MEC-AnMBR中的氫氣氣泡大小、分布及成核位點進行觀察，發(fā)現(xiàn)氫氣氣泡的大小與產(chǎn)生速率也影響著TMP 的增長速率，這是由于氫氣氣泡的產(chǎn)生頻率與大小分布嚴重影響膜面污染層的流體動力學(xué)〔40-41〕；同時，該研究還發(fā)現(xiàn)從HFM 膜絲底部以Ⅳ型成核方式產(chǎn)生的氣泡更有利于膜污染的控制。進一步地，還有學(xué)者〔11-12，30〕認為陰極膜表面發(fā)生的析氫反應(yīng)會消耗膜區(qū)附近的質(zhì)子，導(dǎo)致pH 上升，這可能也是MECAnMBR 耦合技術(shù)中膜污染情況緩解的原因之一。

生物污染及由微生物分泌的微生物產(chǎn)物是引起膜通量下降的主要原因，因此膜污染過程受分離料液的組成與性質(zhì)影響較大。通過對AnMBR 引入MEC 后的料液性質(zhì)進行分析發(fā)現(xiàn)，MEC 還可通過影響料液的組成和性質(zhì)來控制膜污染過程。微生物產(chǎn)物包括溶解性微生物產(chǎn)物（SMP）與胞外多聚物（EPS），主要由蛋白質(zhì)、多糖和腐殖酸組成，一般認為蛋白質(zhì)和多糖是引起有機物污染的主要成分〔42〕。蛋白質(zhì)中的氨基帶正電荷，可以中和多糖和DNA 中羧基和磷酸基的負電荷，蛋白質(zhì)含量的相對降低會導(dǎo)致帶正電荷的氨基減少。已有研究〔4，37，43〕表明引入MEC 并增強外電場能降低體系中的蛋白質(zhì)與多糖的比例，在較低的蛋白質(zhì)水平下，膜表面與污染物之間的靜電斥力增強，可有效緩解膜污染。除此之外，外加電場的引入還可能會增大污泥顆粒Zeta 電位的絕對值、降低污泥黏度、減弱污泥顆粒間的團聚和污泥與膜面之間的吸附能，從而減緩泥餅層的形成〔4〕。

2.3 MEC-MBR 對生物氣及微生物群落的影響

2.3.1 生物氣

生物氣產(chǎn)量與組分是衡量厭氧系統(tǒng)資源、能源回收能力的重要指標。在MEC-AnMBR 耦合技術(shù)的研究中發(fā)現(xiàn)，引入MEC 可提高AnMBR 中的CH4產(chǎn)率與產(chǎn)量（圖3）〔10，22，31〕，同時還能提高CH4在生物氣中的占比。

圖3 MEC-AnMBR 耦合技術(shù)與對照組中CH4產(chǎn)率對比Fig.3 The comparison of CH4 yield rate between MEC-AnMBR and the control

盡管在MEC-AnMBR 技術(shù)中有更多的產(chǎn)氫途徑（包括陰極析氫反應(yīng)與厭氧消化過程乙酸生成階段產(chǎn)氫），但在現(xiàn)有的報道中，并未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中氫氣的累積。這是由于氫氣的產(chǎn)生會促進嗜氫產(chǎn)甲烷菌的生長，從而提高CH4的產(chǎn)量與產(chǎn)率。 K. P.KATURI 等〔12〕研究發(fā)現(xiàn)，當在MEC-AnMBR 中施加0.7 V 的外加電壓時，超過71%的底物能量被轉(zhuǎn)化成富含CH4的生物氣（83% CH4，＜1% H2）。O. EL KIK等〔22〕發(fā)現(xiàn)，通過引入MEC，實驗組MEC-AnFMBR 的單 位COD 的CH4平 均 產(chǎn) 率（0.20 L/g）相 較 于An-FMBR 對照組（0.128 L/g）提升了0.6 倍，且生物氣中CH4占比由63%提升至80%。

在將MEC 引入AnOMBR 技術(shù)的研究中，也得到了相同的規(guī)律。Haimin ZHANG 等〔31〕通過引入MEC，將AnOMBR 中單位COD 的CH4產(chǎn)率由0.254 L/g 提升到0.281 L/g，增大了10.07%。Tianyu GAO 等〔10〕的研究中更是利用MEC-AnOMBR 技術(shù)對污水厭氧處理中的生物氣進行了凈化，經(jīng)過60 d 的運行后，生物氣中CH4的比例達到90%，且CH4產(chǎn)率較AnOMBR 對照組提升1.6 倍。

2.3.2 微生物群落

在MEC-AnMBR 系統(tǒng)中，CH4主要通過嗜乙酸產(chǎn)甲烷菌直接由乙酸生成和嗜氫產(chǎn)甲烷菌利用陰極表面產(chǎn)生的氫生成。由于陰極膜表面會原位產(chǎn)氫，因此更有利于嗜氫產(chǎn)甲烷菌的生長。從熱力學(xué)角度看，產(chǎn)甲烷菌更傾向于利用氫氣來產(chǎn)生CH4而非乙酸鹽；從微生物學(xué)方面看，嗜氫產(chǎn)甲烷菌生長速度快，生長周期短于嗜乙酸產(chǎn)甲烷菌〔31，44〕；進一步地，一些已知的甲烷桿菌科物種是親堿性的，在pH 為8.1～9.1 范圍的環(huán)境中生長旺盛〔12〕。因此，嗜氫產(chǎn)甲烷菌更適合在MEC-AnMBR 中富集，從而提高CH4在生物氣中的占比與產(chǎn)率。

K. P. KATURI 等〔12〕通過定期改變施加在MECAnMBR 上的電位發(fā)現(xiàn)，嗜氫產(chǎn)甲烷菌Methanobacte-riales（99.8%）在陰極占主導(dǎo)地位，而混合營養(yǎng)性產(chǎn)甲烷菌（Methanosarcinacea）僅占0.2%，嗜乙酸產(chǎn)甲烷菌在電極及溶液中均未檢出，該MEC-AnMBR 中CH4的產(chǎn)生主要是通過氫營養(yǎng)型甲烷化。Tianyu GAO 等〔10〕對MEC-AnOMBR 與AnOMBR 對 照 組 中的微生物群落分析發(fā)現(xiàn)，Methanosaeta（嗜乙酸產(chǎn)甲烷菌）是對照組中的主要優(yōu)勢菌種，說明乙酸轉(zhuǎn)化為CH4是其主要產(chǎn)甲烷路徑；在耦合MEC 后，AnOMBR中甲烷菌屬（Methanobacterium）的豐度從24.1%增加到32.7%，且嗜氫產(chǎn)甲烷菌（Methanobacterium和Methanobrevibacter）的 豐 度 從16.6% 增 加 到55.5%。Yue YANG 等〔37〕也同樣發(fā)現(xiàn)了嗜氫產(chǎn)甲烷菌（Methanomassiliicoccus、Methanosarcina、Methanobacterium和Methanoregula）在MEC-AnMBR 中的富集。

3 影響MEC-MBR 運行性能的因素

在MEC 系統(tǒng)中，外加電壓與陰極比表面積（SCSA，單位體積反應(yīng)器的陰極面積）對MEC 的產(chǎn)氫速率影響較大，而裝置的構(gòu)型也將影響水體的流態(tài)等，因此以上因素都可能對MEC-AnMBR 體系的運行性能產(chǎn)生影響。

3.1 外加電壓

外加電壓/電位是影響MEC 技術(shù)運行性能的重要參數(shù)之一，其大小會影響析氫過程的能量平衡和析氫速率〔45〕。理論上，隨著外加電壓的增大〔45〕，析氫速率增大，膜表面氣泡形成速率加快，從而沖刷效應(yīng)增強，膜污染速率減小。近年來，學(xué)者們針對電壓/電位對MEC-AnMBR 系統(tǒng)的影響展開了研究，MEC-AnMBR 運行性能的影響因素見表2。

表2 MEC-AnMBR 運行性能的影響因素Table 2 The factors affecting the performance of MEC-AnMBR

C. M. WERNER 等〔23〕的研究表明外加電壓的增大能夠提高氫氣產(chǎn)生速率，降低膜污染速率，但MEC-AnMBR 體系中并不是外加電壓越大越好。Zhenghao LI 等〔38〕發(fā)現(xiàn)當外加電壓為0.9 V 時，MECAnMBR 體系初期的運行性能（COD、生物氣產(chǎn)量和組分）良好，但運行后期污染物去除效率下降，且CH4產(chǎn)率降低，認為這是由于過高的電壓會誘導(dǎo)產(chǎn)生氧化應(yīng)激壓力，引起嚴重的細胞破裂，導(dǎo)致厭氧污泥代謝活性降低〔46〕。

值得注意的是，Xianbin YING 等〔32〕的近期研究卻發(fā)現(xiàn)，當對陰極膜施加-0.5 V vs.Ag/AgCl 電位時，相比于AnMBR 對照組，MEC-AnMBR 實驗組膜污染速率甚至更快；但當施加電位＜-1.0 V vs.Ag/AgCl 時，實驗組的運行周期可提高至對照組的3 倍以上；進一步地，研究還發(fā)現(xiàn)外加電位對CH4產(chǎn)生速率影響較小，但卻會促使有機物轉(zhuǎn)化為CO2。該研究的結(jié)論與前有文獻存在較大差異，可能是由于該研究中所用陶瓷膜性能與聚合物分離膜存在區(qū)別的緣故。

3.2 其他影響因素

除外加電壓/電位外，SCSA 對MEC 體系中氫氣的產(chǎn)生影響也較大〔47〕，但目前針對SCSA 對MEC-AnMBR系統(tǒng)運行性能的影響研究較少。 2019 年，V.SAPIREDDY 等〔29〕研究了不同SCSA（2、4、8 m2/m3）對MEC-AnMBR 中電流密度、TMP、生物氣量與組成變化的影響，發(fā)現(xiàn)SCSA 為8 m2/m3的MEC-AnMBR 中產(chǎn)生的氣泡粒徑最?。?5～114 μm），且隨著SCSA 的增大，MEC-AnMBR 的膜污染速率減小。增大SCSA 可加強原位產(chǎn)生氣泡引起的沖刷作用，從而降低膜污染的傾向。

C. M. WERNER 等〔23〕還 研 究 了 反 應(yīng) 器 構(gòu) 型 對MEC-AnMBR 性能的影響，認為相比于圓柱形裝置，矩形裝置能夠降低膜污染速率，減緩生物污染層的形成，但作者并未對裝置構(gòu)型影響MEC-AnMBR 運行性能的原因進行解釋。但由于該研究中2 種構(gòu)型裝置的SCSA 不同（矩形裝置SCSA 為8.6 m2/m3，圓柱形裝置中僅為4 m2/m3），且2 種構(gòu)型裝置中陰陽極擺放位置及擺放距離也不相同，因此，并不能排除這些因素對MEC-AnMBR 運行性能的影響。

4 結(jié)語與展望

MEC-AnMBR 耦合技術(shù)綜合了2 種技術(shù)的優(yōu)點，是一種相輔相成、“互利互惠”的污水處理技術(shù)。該技術(shù)既能解決MEC 技術(shù)單獨使用時出水水質(zhì)難以達標的問題，又能通過多種機制減緩傳統(tǒng)AnMBR技術(shù)中的膜污染問題，是一種集約型、低耗高效的污水處理技術(shù)，符合碳中和背景下水污染技術(shù)的發(fā)展需求。

未來對MEC-AnMBR 耦合技術(shù)的研究還需著重考慮以下幾點：

（1）現(xiàn)有的研究對能耗衡算的報道較少，后續(xù)研究應(yīng)針對能量回收與能量消耗進行數(shù)據(jù)分析，并將其作為評估分析的指標，以便建立一個“收支”平衡的處理系統(tǒng)。

（2）系統(tǒng)的放大應(yīng)用一直是微生物電化學(xué)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，AnMBR 技術(shù)配置緊湊、占地面積小，能作為微生物電化學(xué)技術(shù)放大應(yīng)用的有效手段之一。

（3）污水處理過程中，水資源的再生與循環(huán)利用能源自給率高，是“雙碳”背景下抵消污水處理過程碳足跡的重要途徑，而污水處理出水中有毒、有害難降解有機污染物去除率低是限制水回用的關(guān)鍵。通過調(diào)控電位、污泥齡等關(guān)鍵參數(shù)，篩選特定污染物的代謝功能菌或建立新的代謝通路，實現(xiàn)污水中難降解污染物的高效處理，進而實現(xiàn)水資源的回用，也將進一步拓展MEC-AnMBR在污水處理與回用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。