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綠色革新：資源回收型電化學(xué)厭氧膜生物反應(yīng)器誕生
2024年12月10日 15:07:54
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小夢(mèng) 點(diǎn)擊量：10478
中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員,、中國(guó)工程院院士曲久輝院士團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)厭氧膜生物反應(yīng)器(eRAnMBR)方面取得了突破性進(jìn)展。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員,、中國(guó)工程院院士曲久輝院士團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)厭氧膜生物反應(yīng)器(eRAnMBR)方面取得了突破性進(jìn)展,。該研究成果近日發(fā)表于《自然-通訊》(Nature Communications),，標(biāo)志著污水處理技術(shù)在資源回收與能源領(lǐng)域邁向了新的高度,。
生物反應(yīng)器是利用酶或生物體(如微生物)所具有的生物功能，在體外進(jìn)行生化反應(yīng)的裝置系統(tǒng),，它是一種生物功能模擬機(jī),，如發(fā)酵罐、固定化酶或固定化細(xì)胞反應(yīng)器等,。在醫(yī)藥生產(chǎn),、有機(jī)污染物降解方面扮演著至關(guān)重要的角色。
在當(dāng)前全球面臨環(huán)境危機(jī)與能源緊缺的時(shí)代背景下,，提升污水回收效率是水務(wù)行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要方向,。然而，傳統(tǒng)的污水處理方法往往存在能耗高,、處理不徹底和二次污染等問題,，無法滿足現(xiàn)如今污水回收處理的多樣化需求。因此,，能夠高效處理污水成為該行業(yè)可持續(xù)發(fā)展任務(wù)中的“重中之重”,。
鑒于此,，曲久輝團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了資源回收型電化學(xué)厭氧膜生物反應(yīng)器。這一突破性的技術(shù)將電化學(xué)調(diào)節(jié)與污水處理技術(shù)相結(jié)合,，通過耦合電化學(xué)調(diào)節(jié),，有效地解決了以上難題。
eRAnMBR采用了獨(dú)特的鎂陽極-導(dǎo)電膜雙陽極與石墨陰極結(jié)構(gòu),，這一設(shè)計(jì)不僅有效解決了傳統(tǒng)厭氧膜生物反應(yīng)器存在的膜污染問題,，還實(shí)現(xiàn)了廢水中碳、氮,、磷等關(guān)鍵資源的全面回收,。通過鎂陽極釋放的鎂離子與廢水中的氨氮和磷酸鹽結(jié)合，生成鳥糞石,，同時(shí)陰極析氫反應(yīng)提升了局部pH值,，促進(jìn)了鳥糞石在陰極的沉積，從而有效分離并原位回收了這些資源,。
除此之外,，研究團(tuán)隊(duì)還深入探索了膜表面濾餅層結(jié)構(gòu)的調(diào)控對(duì)膜污染的緩解機(jī)制，發(fā)現(xiàn)鎂離子的釋放顯著增大了污泥絮體的尺寸,，減少了污泥顆粒與膜表面的粘附力,，降低了胞外聚合物蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中氫鍵的比例，有效削弱了凝膠層的形成,，使濾餅層結(jié)構(gòu)變得疏松多孔,，極大改善了膜污染問題。此外,，電化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)化了種間直接電子傳遞,，豐富了產(chǎn)甲烷途徑，使得產(chǎn)生的甲烷純度高達(dá)94%,。這種能量回收的效率是傳統(tǒng)方法難以企及的,。
成本估算表明，若對(duì)eRAnMBR產(chǎn)生的甲烷進(jìn)行電能回收利用,，將足以覆蓋反應(yīng)器的電力和電極消耗成本,，顯示出良好的經(jīng)濟(jì)可行性。同時(shí),，由于其具備工藝簡(jiǎn)潔,、膜維護(hù)需求低、碳足跡小等特點(diǎn),，為下一代污水處理提供了一種綠色低碳的新選擇,。
曲久輝院士團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)突破性研究，不僅為解決污水處理行業(yè)的長(zhǎng)期難題提供了創(chuàng)新性解決方案,，也為推動(dòng)水務(wù)行業(yè)向更加綠色,、低碳的方向轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)了重要力量,。未來，隨著該技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化和應(yīng)用推廣,，有望在全球范圍內(nèi)促進(jìn)水資源的可持續(xù)管理和利用,。
素材來源：中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
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