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綠色革新：資源回收型電化學厭氧膜生物反應器誕生
2024年12月10日 15:07:54
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小夢 點擊量：10570
中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員,、中國工程院院士曲久輝院士團隊在電化學厭氧膜生物反應器(eRAnMBR)方面取得了突破性進展,。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員、中國工程院院士曲久輝院士團隊在電化學厭氧膜生物反應器(eRAnMBR)方面取得了突破性進展,。該研究成果近日發(fā)表于《自然-通訊》(Nature Communications),，標志著污水處理技術在資源回收與能源領域邁向了新的高度。
生物反應器是利用酶或生物體(如微生物)所具有的生物功能,，在體外進行生化反應的裝置系統(tǒng),，它是一種生物功能模擬機，如發(fā)酵罐,、固定化酶或固定化細胞反應器等,。在醫(yī)藥生產(chǎn)、有機污染物降解方面扮演著至關重要的角色。
在當前全球面臨環(huán)境危機與能源緊缺的時代背景下,，提升污水回收效率是水務行業(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)展任務中的“重中之重”。
鑒于此,，曲久輝團隊創(chuàng)建了資源回收型電化學厭氧膜生物反應器,。這一突破性的技術將電化學調(diào)節(jié)與污水處理技術相結(jié)合，通過耦合電化學調(diào)節(jié),，有效地解決了以上難題,。
eRAnMBR采用了獨特的鎂陽極-導電膜雙陽極與石墨陰極結(jié)構(gòu)，這一設計不僅有效解決了傳統(tǒng)厭氧膜生物反應器存在的膜污染問題,，還實現(xiàn)了廢水中碳,、氮、磷等關鍵資源的全面回收,。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，同時陰極析氫反應提升了局部pH值,，促進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,，研究團隊還深入探索了膜表面濾餅層結(jié)構(gòu)的調(diào)控對膜污染的緩解機制,，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，電化學反應強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eRAnMBR產(chǎn)生的甲烷進行電能回收利用，將足以覆蓋反應器的電力和電極消耗成本，顯示出良好的經(jīng)濟可行性,。同時,，由于其具備工藝簡潔、膜維護需求低,、碳足跡小等特點,，為下一代污水處理提供了一種綠色低碳的新選擇。
曲久輝院士團隊的這項突破性研究,，不僅為解決污水處理行業(yè)的長期難題提供了創(chuàng)新性解決方案,，也為推動水務行業(yè)向更加綠色、低碳的方向轉(zhuǎn)型貢獻了重要力量,。未來,，隨著該技術的進一步優(yōu)化和應用推廣，有望在全球范圍內(nèi)促進水資源的可持續(xù)管理和利用,。
素材來源：中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心
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