正渗透微生物燃料电池(OsMFC)采用正渗透(FO)膜代替传统微生物燃料电池(MFC)中的质子交换膜,在污水回用的同时实现生物电回收,已经受到越来越多的关注。与传统MFC相比,OsMFC在产电性能和出水水质方面均有提升。然而,由于FO膜的引入,OsMFC不可避免地存在膜污染和反向盐扩散等问题,导致FO膜的通量较低,反应器运行周期较短,产电性能下降,限制了OsMFC的发展和应用。因此,本研究聚焦OsMFC中FO膜污染机理及其控制措施,以期进一步推动该工艺的发展。本文在构建OsMFC系统的基础上,考察了OsMFC的运行性能和产电性能,重点研究了研究FO膜污染的形成机理,进一步提出借助银纳米颗粒(AgNPs)修饰FO膜和通过铜纳米线(CuNW)和活性炭(AC)修饰TFC-FO膜制备导电FO膜来缓解膜污染。主要研究内容和结论如下:(1)将FO膜与MFC工艺进行耦合构建OsMFC装置,考察其运行性能和产电性能,并分析FO膜污染机理。结果表明,OsMFC在252 h的运行时间内,最高输出电压在400 m V左右,最大功率密度为3.45 W/m~3,表现出了较好的产电性能。OsMFC具有较好的有机物和总磷去除效果,分别达到99.8%和98.6%。虽然OsMFC的出水水质较好,但严重的膜污染导致水通量迅速衰减。膜污染分析的结果表明,FO膜表面的污染主要是生物污染。生物污染层的形成与发展符合三阶段理论,即微生物及其分泌物首先沉积在FO膜表面,随后逐步形成生物污染层,最后部分生物污染物从膜面脱落。(2)AgNPs对微生物具有抑制作用,以AgNPs原位改性的聚酰胺正渗透膜(AgNPs-TFC),考察其缓解膜污染的可行性。结果表明,AgNPs改性后的OsMFC的最大功率密度为3.67 W/m~3,比改性前的OsMFC增加了6.4%,表现出了更好的产电性能。AgNPs-TFC改性OsMFC仍然具有较好的有机物和总磷去除效果,且由于改性膜对盐截留率的提升,具有更高的氨氮去除效果。在AgNPs改性后的OsMFC运行期间,FO膜通量的衰减明显缓解,膜污染得到有效控制。这主要归因于AgNPs改性FO膜的亲水性更好且表面负电荷更多,提升了FO膜的抗污染性能,而且AgNPs可以破坏FO膜表面沉积的微生物和蛋白质。(3)制备的导电膜替代OsMFC的铂碳阴极进行全新的耦合,开发了一种膜污染更轻且结构更加简单的OsMFC,利用电场力对污染物的迁移作用有效地实现膜污染控制。结果表明,新型OsMFC系统的最大功率密度达到1.74 W/m~3,产电性能略低于传统的OsMFC,这主要原因包括活性炭的催化效果比不上铂碳导致有机物转化到电能的效率变差和导电FO膜内阻增大导致输出功率变差。新型OsMFC系统的出水水质较好,其中有机物和总磷的去除率均达到94%以上。新型OsMFC中FO膜的通量下降速度明显减小,表明导电FO膜具有更好的抗污染性能。导电FO膜表面的生物污染层大部分沉积在膜表面,属于可逆污染,而少量存在膜内部,属于不可逆污染。