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绿色革新：资源回收型电化学厌氧膜生物反应器诞生
2024年12月10日 15:07:54
来源：化工仪器网 作者：小梦 点击量：10584
中国科学院生态环境研究中心研究员、中国工程院院士曲久辉院士团队在电化学厌氧膜生物反应器(eRAnMBR)方面取得了突破性进展。
【化工仪器网 项目成果】中国科学院生态环境研究中心研究员、中国工程院院士曲久辉院士团队在电化学厌氧膜生物反应器(eRAnMBR)方面取得了突破性进展。该研究成果近日发表于《自然-通讯》(Nature Communications)，标志着污水处理技术在资源回收与能源领域迈向了新的高度。
生物反应器是利用酶或生物体(如微生物)所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，它是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等。在医药生产、有机污染物降解方面扮演着至关重要的角色。
在当前全球面临环境危机与能源紧缺的时代背景下，提升污水回收效率是水务行业绿色低碳转型的重要方向。然而，传统的污水处理方法往往存在能耗高、处理不彻底和二次污染等问题，无法满足现如今污水回收处理的多样化需求。因此，能够高效处理污水成为该行业可持续发展任务中的“重中之重”。
鉴于此，曲久辉团队创建了资源回收型电化学厌氧膜生物反应器。这一突破性的技术将电化学调节与污水处理技术相结合，通过耦合电化学调节，有效地解决了以上难题。
eRAnMBR采用了独特的镁阳极-导电膜双阳极与石墨阴极结构，这一设计不仅有效解决了传统厌氧膜生物反应器存在的膜污染问题，还实现了废水中碳、氮、磷等关键资源的全面回收。通过镁阳极释放的镁离子与废水中的氨氮和磷酸盐结合，生成鸟粪石，同时阴极析氢反应提升了局部pH值，促进了鸟粪石在阴极的沉积，从而有效分离并原位回收了这些资源。
除此之外，研究团队还深入探索了膜表面滤饼层结构的调控对膜污染的缓解机制，发现镁离子的释放显著增大了污泥絮体的尺寸，减少了污泥颗粒与膜表面的粘附力，降低了胞外聚合物蛋白质二级结构中氢键的比例，有效削弱了凝胶层的形成，使滤饼层结构变得疏松多孔，极大改善了膜污染问题。此外，电化学反应强化了种间直接电子传递，丰富了产甲烷途径，使得产生的甲烷纯度高达94%。这种能量回收的效率是传统方法难以企及的。
成本估算表明，若对eRAnMBR产生的甲烷进行电能回收利用，将足以覆盖反应器的电力和电极消耗成本，显示出良好的经济可行性。同时，由于其具备工艺简洁、膜维护需求低、碳足迹小等特点，为下一代污水处理提供了一种绿色低碳的新选择。
曲久辉院士团队的这项突破性研究，不仅为解决污水处理行业的长期难题提供了创新性解决方案，也为推动水务行业向更加绿色、低碳的方向转型贡献了重要力量。未来，随着该技术的进一步优化和应用推广，有望在全球范围内促进水资源的可持续管理和利用。
素材来源：中国科学院生态环境研究中心
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