Nhóm của Viện sĩ Qu Jiuhui tại Trung tâm Sinh thái của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã đạt được tiến bộ nghiên cứu quan trọng về lò phản ứng sinh học màng kỵ khí điện hóa. Các kết quả có liên quan đã được công bố trên tạp chí Nature Communications. Tác giả đầu tiên của bài báo là Zhang Yuhan, nghiên cứu sinh tại Trung tâm Sinh thái của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, và tác giả tương ứng là Hu Chengzhi, nhà nghiên cứu tại Trung tâm Sinh thái của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc.
Thu hồi đồng thời tài nguyên và năng lượng trong xử lý nước thải là một trong những hướng quan trọng của chuyển đổi xanh và carbon thấp trong ngành nước.
Lò phản ứng sinh học màng kỵ khí (AnMBR) có ưu điểm là tiêu thụ năng lượng thấp, tải trọng hữu cơ và chất lượng nước thải cao, đồng thời có triển vọng ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực sử dụng tài nguyên nước thải.
Tuy nhiên, màng AnMBR truyền thống bị ô nhiễm nặng và không thể thu hồi nitơ amoniac và phốt pho trong nước thải.
Để đạt được mục tiêu này, nhóm của Viện sĩ Qu Jiuhui đã tạo ra một lò phản ứng sinh học màng kỵ khí phục hồi tài nguyên điện hóa (eRAnMBR). Thông qua cấu trúc cực dương kép và cực âm than chì màng dẫn điện magie, nó đã đạt được sự thu hồi hoàn toàn đầu tiên của cacbon, nitơ và phốt pho trong nước thải, đồng thời giảm đáng kể ô nhiễm màng.
Cực dương magie giải phóng các ion magie và kết hợp với nitơ amoniac và photphat để tạo thành struvite; phản ứng tiến hóa hydro ở cực âm làm tăng độ pH cục bộ, có lợi cho sự lắng đọng ở cực âm của struvite, từ đó thúc đẩy quá trình phân tách và thu hồi tại chỗ của struvite và bùn.
Cơ chế thu hồi cacbon, nitơ, photpho và khử cặn màng trong lò phản ứng sinh học màng kỵ khí điện hóa
Nghiên cứu này tìm hiểu sâu về tác dụng của việc điều chỉnh cấu trúc của lớp bánh lọc trên bề mặt màng trong việc giảm thiểu ô nhiễm màng và vai trò của đường truyền điện tử trong việc thúc đẩy quá trình tạo khí metan.
Mg2+ được giải phóng dẫn đến tăng kích thước của các khối bùn và giảm độ bám dính giữa các hạt bùn và bề mặt màng, đồng thời cũng làm giảm tỷ lệ liên kết hydro trong cấu trúc bậc hai của protein polyme ngoại bào, do đó làm suy yếu sự hình thành lớp gel và làm cấu trúc lớp bánh lọc lỏng lẻo, xốp.
Phản ứng điện hóa tăng cường sự chuyển điện tử trực tiếp giữa các loài, làm phong phú thêm con đường sản xuất khí mê-tan và tăng độ tinh khiết của khí mê-tan được tạo ra lên 94%.
Nếu điện mêtan của eRAnMBR được tái chế, nó có thể trang trải chi phí tiêu thụ điện và điện cực của lò phản ứng.
Nhìn chung, lò phản ứng eRAnMBR có ưu điểm là quy trình đơn giản, ít bảo trì màng hơn và lượng khí thải carbon thấp, cung cấp tùy chọn kỹ thuật mới cho thế hệ xử lý nước thải tiếp theo.
