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1、自供应碳酸氢铵汲取溶质用于微生物电解池正渗透耦合系统中的废水处理和回收（2014）,将合成有机废水加入MEC的阳极室中，然后将其出水流入FO的原料侧。来自MEC阳极（CO2）和阴极（NH3）的气流通过两个100mL玻璃瓶引流。第一个瓶子是装有去离子水的吸收瓶，以收集气态氨（NH3）和CO2产生碳酸氢铵。通过CO2气瓶以1.26mL/min的流速将额外的二氧化碳引入该瓶中。第二个瓶子装有1M硫酸（H2SO4）吸收第一瓶无法捕获的过量NH3。一旦吸收瓶中的铵离子浓度达到0.80M，就将溶液转移到FO中作为汲取液。当FO中的水通量降至1.0L/m2/h（LMH）以下时，将稀释的汲取溶液送至热回收单元
2、，其中温度设定在80。NH3和CO2将其与汲取溶液分离并流入含有去离子水的吸附烧瓶中以再生汲取溶液。将来自FO的浓缩进料溶液用80L的0.1M NaOH溶液调节至pH7.0，并返回到MEC,将1米长的碳刷折叠以装入作为阳极电极的阳极室中。阴极电极是涂有铂/碳作为催化剂（0.3mg Pt/cm2）的碳布（160cm2）。将阴极室充气以提供氧气用于反应并从阴极电解液中除去氨;人造废水，无污泥。,在MEC中，能量输入为3.9kWh/m3废水（2.0kWh/kgCOD，或5.1kWh/kgN）。其中，外部电源消耗53.8，阴极曝气消耗16.8，阳极电解液再循环消耗29.4。在FO过程中，能量输入为0.
3、1kWh/m3废水。如表S1所示，如果MEC-FO被MFC-FO取代，则能量输入将为负，这意味着将产生比铵回收所需更多的能量。,微滤耦合渗透膜生物反应器防止盐度积聚（2014）,Integration of micro-filtration into osmotic membrane bioreactors to prevent salinity build-up,Fig.Variations of water flux(Jw)and conductivity of the mixed liquor(Cml)in the MF-OMBR.,FO膜的水通量在MF-OMBR的初始阶段减少，然后在2
4、5天后稳定在约5.5LMH，是常规OMBR（2LMH）的2.75倍。,MF膜的TOC去除效率远低于FO膜的TOC去除效率。MF流出物中的TOC浓度略低于上清液中的TOC浓度，但远高于FO流出物中的TOC浓度，表明MF膜只能保留一小部分上清液中的TOC。MF上清液与FO出水之间NH3-N浓度没有显着差异，表明活性污泥的NH3-N去除效率非常高。与具有相同操作条件和流入废水的常规OMBR中上清液的TOC和NH3-N浓度相比，它们在MF-OMBR中低得多。这可能归因于MF-OMBR中较高的微生物活性，因为它的盐度较低，因为高盐度可导致代谢活动的丧失。确定生物活性的DHA被确定为表征MF-OMBR中大
5、量污泥的微生物活性；DHA随着运行时间的延长而降低，最终稳定在约33.24 mgTF/（Lh），远远大于传统OMBR中约6.88 mgTF/（Lh）的水平。上述结果有力地支持了这样的假设：较高的盐度影响了常规OMBR中活性污泥的TOC和NH3-N去除。因此，可以得出结论，MF膜在OMBR中的应用不仅可以增加水通量，而且可以提高活性污泥的TOC和NH3-N 去除率，因为微生物活性增加。,MF-OMBR系统中EPS的产量与传统OMBR相关的值相当；常规OMBR中的EPS产量与本研究在操作条件和进水废水相同时相同，并报告了BEPS和SMP的稳定浓度分别约为45和22 mg/gVSS，超过在MF-OM
6、BR中。这可能归因于传统OMBR中的盐度比MF-OMBR中的盐度高10倍。如上所述，高盐度将不可避免地导致EPS的增加。,传统OMBR中的总通量下降（Lt）比MF-OMBR中的通量下降（Lt）更严重由于膜污染，通量下降（Lf）在MF-OMBR中约为45，而在常规OMBR中仅为约29，这表明FO膜在MF-OMBR中具有更严重的膜污染基于这些事实，可以表明MF-OMBR中较低的Lt不是由于膜污染，而是由于通过添加MF膜实现的较低盐度由于不可逆的膜污染导致的通量下降（Lin）MF-OMBR低于传统OMBR，这意味着MF-OMBR中严重的膜污染主要是由于可逆的膜污染。实际上，在连续操作之后，在常规OM
7、BR中的FO膜表面上没有发现明显的污垢，而在MF-OMBR中FO膜覆盖有厚的滤饼层膜污染，特别是可逆膜污染，MF-OMBR比传统OMBR严重，主要是通过增加过滤阻力和ECP导致严重的FO通量下降。,新型耦合超滤-渗透膜生物反应器的长期中试规模研究（2015）,长期OMBR和UF-OMBR研究结果显示，COD，TN和TP的总体去除率分别大于96，82和99。已经证明，活性污泥中的低盐度可以维持，可以通过UF回收浓度大于50mg/L的磷，并且FO膜污垢显着减少。此外，UF-OMBR能够同时从一个集成系统生产高质量的RO渗透物流和营养丰富的UF渗透物流。与UF MBR相比，OMBR中的FO膜具有低污
8、染倾向。,耦合渗透膜生物反应器-电渗析减少反应器盐度累积和盐回收,使用ED（施加3V电压）可以保持原料液相对低的电导率8mS/cm，允许OMBR运行24天，比没有ED的传统OMBR长约6倍。通过ED回收的盐成功地重新用作OMBR中的汲取溶质。在能耗为1.88-4.01kWh/m 3时，混合OMBR-ED系统可以实现约6.23 L/m2/h的稳定水通量和1.26 kg/m3的有效废盐回收率。,传统的OMBR，10天原料液电导率从1.1升至19.3mS/cm，水通量从6.31LMH降至2.40 LMH。盐的积累也显示出对有机化合物的生物降解的抑制作用。当导电率达到19.3mS/cm时，生物降解CO
9、D的效率下降到13.9；施加电压为3V时，进料溶液的电导率在24天内达到8.0mS/cm，比传统OMBR的电导率长约6倍。此外，在运行24天后，水通量和COD生物降解效率分别高于3.70 LMH和70。,Fig.Performance of the OMBR under different applied voltages and/or operational modes:(A)water flux,(B)conductivity of the feed solution,and(C)COD biodegradation efficiency.,常规OMBR中的总盐积累为0.1230.017
10、mol/m2/h，其中46归因于汲取液浓缩，而54归因于盐反向通量。施加电压为2,2.5或3V时，盐回收通量为0.0200.003,0.0940.016及0.2050.038 mol/m2/h。可以看出，在面积（IEM和FO）比为1的情况下，ED需要施加2.5V的电压才能回收OMBR中累积的所有盐。为了实现完全的盐回收，IEM和FO膜面积比分别为6.18,1.31和0.60，电压分别为2,2.5和3V。,Fig.Salt flux in the OMBR and the salt recovery in the ED under different operational conditions
11、,while the conductivity of feed solution was lower than 8 mS/cm.Note:0,2,2.5,and 3 V applied voltages;C,continuous mode;B,batch mode.,ED将盐与OMBR进料溶液分离，并浓缩在ED浓缩室。随着施加电压的增加，ED浓缩物的盐浓度变得更高；施加的电压为3V时，ED浓缩物的电导率可达到60mS/cm，接近OMBR的新鲜汲取溶液的电导率且浊度无差异；当ED浓缩液用作OMBR中的汲取溶液时，水通量为2.330.07 LMH，同时盐反向通量为0.0170.002 mol/m2
12、h;这些结果与用新鲜NaCl溶液获得的结果相当；OMBR原液中的盐可以通过ED回收并在OMBR中作为DS溶质重新使用，从而减少DS溶质的损失，同时具有环境和经济效益。,Fig.Salt concentration and the volume of the concentrated solution in the ED unit under the different applied voltages of 2,2.5,and 3V.,施加的电压从2V增加到3V（电流密度从0.930.29增加到11.491.56A/m2），能量消耗从0.100.01增加到2.080.08kWh/m3。当在混合
13、OMBR-ED系统中获得完全盐回收时,随着施加电压的增加每单位体积处理废水的能量消耗也从1.72增加到3.68kWh/m3，与ED中电流效率的下降有关。对ED施加2V时，电流效率为76.24.9，在施加3V时降至41.63.8。在相同的操作时间下，电流效率的降低可能是由于较高的反向盐扩散，这是由于较高的浓度梯度和较高的施加电压。与连续运行相比，完全盐回收的批式下的能耗低于2.66 kWh/m3，这得益于在较低盐负荷下盐分离所需的低离子交换膜面积。,Fig5.Energy consumption and current efficiency of the hybrid OMBR-ED syste
14、m under different operational conditions.Note:0,2,2.5,and 3 V applied voltages;C,continuous mode;B,batch mode;EI,energy consumption per cubic meter of treated wastewater with the same area of ion-exchange membrane(0.0064 m2);and EW,energy consumption per cubic meter of treated wastewater under the c
15、ondition of complete salt recovery.,尽管添加ED装置的能耗较高，但混合系统在盐的回收和再利用方面具有优势与没有后处理的传统OMBR相比，所提出的系统具有最小化废物排放的潜力。混合OMBR-ED系统可以实现为0.64kg/m3废盐回收以及2-3V电压下1.88-4.01kWh/m3的能量输入，而在传统的OMBR，产1m3水需要1.22千克盐来补充因反向盐通量造成的盐分损失，并且将排出0.15m3废盐水/m3废水（可能需要额外处理）,Fig.Comparison of a conventional OMBR(SRT=10 d)and a hybrid OMBR-
16、ED system for chemical/energy input and waste discharge.The energy input,waste discharge,salt recovery,and salt input are normalized for the volume of water production in the OMBR.,电流产生和电解质pH对渗透微生物燃料电池薄膜复合膜反向盐通量的影响,OsMFC继承了MFCs和FO的功能，利用FO膜截留溶质，分离正极和负极，将处理过的水从anolyte(进料溶液)中提取到catholyte(汲取液)中，同时发电和提水。
17、,当总库仑产量从0增加到311C时，发电可以极大地抑制RSF：从16.32.8降低到3.90.7 gMH。当连接40外部电阻时，阴极电解液pH值为3，OsMFC的RSF比pH值为11时低45.928.4。通过FO膜传输的钠离子的量比氯离子的量多18.3-40.7。通过扩散和电驱动迁移完成离子传输，理论分析表明抑制的电驱动迁移应该是降低RSF的原因。,OsMFCs可以处理合成溶液和实际废水，超过50的处理废水可以从阳极中提取。,成功地在OsMFC中实现了RSF的降低：与开路（无发电）相比，发电可将RSF降低75以上；阴极电解液pH通过与产电的相互作用对RSF表现出强烈的影响，并且较低的阴极电解液
18、pH由于较高的产电而具有更强的RSF抑制；由于TFC膜具有一定的阳离子交换能力，因此更多的Na+迁移到FO膜上而不是Cl；提出了扩散和电驱动迁移两种机制来解释穿过FO膜的离子传输。发电抑制了离子的EDM（电驱动迁移）并导致更高的扩散百分比。,电解辅助缓解三室正渗透系统中的反向溶质通量,将电解的概念应用于FO系统以原位还原RSF。选择Na2SO4作汲取溶质，防止被电解。通过电解水保证渗透压，通过电荷守恒可以减少RSF；不加生物质,该研究证明了三室电解辅助FO系统中原位减轻RSF的可行性。系统地研究和优化若干操作参数的影响，例如施加的电压，膜取向和初始汲取溶质浓度，以最小化RSF。该结果对于在e-
19、FO系统内进一步开发电解辅助RSF缓解具有重要意义，得出以下结论：施加1.5V的电压，在FO模式下RSF为6.780.55mmol/m/2/h，SRSF为0.1380.011g/L，并且以1M Na2SO4作为汲取液，与没有施加电压的控制组比，溶质渗透减少约57；降低的RSF应归因于由电拖拽力（1.5V）和FO膜的高溶质截留引起的约束离子迁移；通过连续混合阳极电解液和阴极电解液实现稳定的溶液pH，以延长e-FO系统中FO膜和电极的寿命；在实验过程中，膜污染和电解诱导的水分损失（0.001 mL/L 回收水）均可忽略不计。通过原位渗透反冲洗可以很好地控制可逆膜污染，通量回收率为98；将溶液再循环
20、强度从60降至10mL/min 可显着降低e-FO系统的比能耗，从0.6930.127到0.0220.004 kWh/m3或1.1030.059到0.0440.002 kWh/kg。这种节能的e-FO系统可以作为可持续水回收和再利用技术；这种具有原位 RSF缓解的e-FO系统需要进一步研究汲取溶质的选择和实际废水长期作为进料溶液。,正渗透水处理过程中反向渗透肥料汲取溶质的电渗析回收,在FO-ED系统中实现了稳定的水回收和盐度缓解。最小反向盐通量为0.063 g NH4+-N/m2/h；0.083 g PO43-P/m2/h。可忽略Na+，Cl-和有机物的量对回用水安全再利用的影响。在11天的运
21、行中通过ED成功回收0.2mol/L DAP（磷酸氢二铵）。最小能耗为0.72 kWh/m3水或0.45 kWh/kgDAP。,1mol/l DAP水回收率明显高于0.5mol/l，略低于2mol/lDPA，且RSF较低，所以选取1mol/l DAP做汲取液,0V1.61 mS/cm2.0V23h3-6mA1.28 mS/cm2.5V7h7-14mA0.94mS/cm3.0V1h27-44mA0.89mS/cm,无ED2d0增加到1.6mS/cm；NH4+-N 从0显着增加到158mg/L 和PO43-P从0显着增加到127mg/L从第三天开始，2.5v下7h/d，后六天FS电导控制在0.84
22、1.05mS/cm，NH4+-N(7884mg/L)和 PO43-P(6476mg/L)ED浓室出水电导率从1.06mS/cm增加到9.61mS/cm,能源分析侧重于系统SEC，这是一个广泛应用于水/废水领域的能源参数，通过将能量消耗归一化为单位水回收或单位盐淡化的耗能。3.0V 由于显着较低的SEC而超过2.5V，从而使系统更节能且更具成本效益。,正渗透-膜蒸馏脱盐工艺新型汲取溶质的探索,通过选用硫酸铝和氯化镁做汲取液降低反向盐通量和保持高水通量来增强FO，通过膜蒸馏浓缩汲取液,在正向渗透脱盐过程中成功应用1M MgCl2与0.05M Al2（SO4）3作为汲取溶液。盐的高溶解度和Al2（S
23、O4）3产生的絮凝与许多其它无机盐相比，不仅为高水通量提供了高渗透压，而且还导致RSF降低。所选择的汲取溶液能够在FO模式下使用CTA膜分别在4.09和1.74 LMH的水通量下对咸水和海水进行脱盐。此外，选择PTFE2膜（孔径为0.45m）作为最合适的膜，用于回收稀释的汲取溶液，溶质截留率约为100，MD水通量为5.41LMH。,将生物电化学系统（BES）与AnOMBR耦合用于控制原料液侧盐度积累，并将反向通过膜的盐进行回收以实现重复利用。,初始水通量都为14.1-15.0LMH；48h结束时氯化钠为2.9LMH，仅为氨的一半；水回收率（1688ml）高于氯化钠的978ml；COD去除率氨为
24、75.23.3%，氯化钠为70.22.4；2M NH4HCO3 DS 的电流密度为38321 A/m3远高于氯化钠的19920 A/m3。,Fig.Comparison of the system performance between two draw solutes,i.e.NaCl and NH4HCO3:(A)water flux;(B)current density;(C)the catholyte pH;and(D)the anolyte pH.,开路系统中水通量从14.0降至0.7 LMH，在闭路系统中从15.0降至5.5LMH，导致水回收率显着不同，开路为935mL，闭路为16
25、88mL。开路电导率24.1 mS/cm；闭路电导率9 mS/cm 开路系统COD去除率40.28.1；闭路系统的75.23.3,Fig.The OMBR performance with 2M NH4HCO3 DS under the open(no electricity generation;a conventional OMBR)and the closed circuit(with electricity generation,BES-assisted OMBR):(A)water flux;(B)anolyte conductivity;and(C)COD removal effi
26、ciency.,回收的DS可以获得与新鲜DS相似的水通量。在每个循环中，阳极电解液中的氨浓度首先由于RSF而增加，然后由于电流驱动的氨移动而降低。阳极液（或原料液）中的氨残留物占总氨的5.2-10.8，阴极电解液中总氨的78.8-89.1被回收，因此下一次循环需要外加10.9-21.2的DS。使用回收的DS略微降低系统性能，其中COD去除率下降2.1-6.4，氨回收率下降低于0.7，回收水量下降2.0-2.7，发电量下降4.8-5.9。,Fig.The reuse of the recovered DS:(A)water flux;(B)COD removal efficiency,ammon
27、ia recovery rate,recovered water,and recovered current density with 0.5M NH4HCO3 DS);and(C)the performance loss compared with the corresponding fresh DS.Note:the first cycle was based on the fresh NH4HCO3 DS,and the reuse NH4HCO3 DS was from the 2nd to 4th cycles.,曝氧气有0.897-2.841KJ的能量消耗，占该系统总能量输入的90
28、.8，而泵送系统占总能量输入（或0.0050.016千焦）的0.5，输入CO2 的能耗占总能量的8.7（或0.086-0.272千焦）。该系统的生物电化学产为0.7703.103kJ。所以，该系统的净能量需求为0.0030.132kJ。计算比能耗（SEC），该系统消耗0.007-0.179 kWh/kgCOD以及0.001-0.020 kWh/kg氨氮，即0.004-0.112 kWh/m3废水，而传统OMBR为0.4-2.0 kWh/m3。,Fig.The energy profile of the system:(A)energy production(bioelectricity)and consumption(pumping,aeration,and CO2 addition)per cycle of operation;and(B)the specific energy consumption(SEC)ormalized by unit reduced COD(kWh/kg COD),unit recovered NH4+-N(kWh/kgN),and unit treated wastewater(kWh/m3).,E N D！,
