生物电场-膜生物反应器中同源负荷调控与膜污染行为机理研究

基本信息
批准号:51578375
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:王捷
学科分类:
依托单位:天津工业大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:贾辉,林志贵,姜远光,温海涛,毕芳华,刘露露,张红梅,杨光,杨洒洒
关键词:
微生物燃料电池生物电场膜污染膜生物反应器
结项摘要

Base on wastewater electrochemical energy utilization and electric field enhanced membrane fouling mitigation, a microbial fuel cell membrane bioreactor (MFC-EMBR) integrated process is proposed with the same influent in this subject. Focus on the relationship of biological treatment, electrochemical and membrane filtration, two threads are constructed which are the biomass and energy conversion in the system. Through the organic load regulation and internal structure design, the research on the characteristics of continuous flow MFC will be carried out in the same source. Moreover, the controlling methods of biological energy stable self-supporting are constructed. By means of real in multi physics coupling simulation software COMSOL and real time streaming potential of activated sludge mixed liquor (In line Zeta) analysis in the system, the concept of "integrated electrode" is put forward to improve the module practical performance, and the electric field arrangement will be optimized. By combining three aspects including the analysis of solid-liquid- membrane interface thermodynamic characteristics, the calculation based on XDLVO theory and variation characteristics of metabolites, the mechanism of membrane fouling mitigation will analyze in depth. Finally, according to the assessment of the process experiment, process enhanced mechanism and process conditions of critical condition changes will be analyzed, and the theory of self-contained MFC-EMBR process regulation would constructed. Through the combination of biological electrochemical and biological engineering, in order to find a method of integrating MFC and MBR effectively, and to explore the field of synchronous electrical energy recycling in the sewage treatment process.

课题从污水电化学能利用与电场强化控制膜污染出发,提出基于相同污水源的微生物燃料电池生物电场与膜生物反应器组合MFC-EMBR工艺构想。构建系统内生物质与能量转化两条主线,实现生物处理-电化学-膜过滤三者结合。通过对有机负荷调控与内部结构设计,开展同源污水连续流MFC特性研究,构建生物电能同步供给的调控方法。借助物理场仿真COMSOL技术及污泥混合液实时流动电势(In line Zeta)特征分析,提出“融合电极”的概念以提高组件实用性,并对电场排布形式进行优化。综合固-液-膜界面的热力学特性分析、XDLVO理论计算及生物质代谢变化三方面研究实现对膜污染减缓机理解析技术上的突破。最后根据工艺实验的评估,分析系统内工艺强化原理和临界工况变化条件,构建系统中同源负荷调控理论。通过生物电化学和生物工程学的有机结合,以期为MFC和MBR技术的有效结合找到途径,为实现污水处理同步电能回收进行探索。

项目摘要

本课题从污水电化学能利用与电场强化控制膜污染出发,提出自给式微生物燃料电池-膜生物反应器(MFC-EMBR)组合工艺构想。围绕生物-电化学-膜过滤三者关系,构建了系统内生物质与能量转化两条主线。通过对有机负荷调控与内部结构设计,开展连续流MFC特性研究,构建生物电能稳定自给的调控方法,在此基础上开发了以高炉除尘灰废物为基材的生物电极。优化电极与膜组件的结构形式以提高组件实用性能。综合固-液-膜界面的热力学特性分析、XDLVO理论计算及生物质代谢特征变化三方面内容对膜污染减缓机理进行深入解析。研究结果显示自给式MFC-EMBR工艺能够有效的利用生物电并将其应用与膜污染的控制,是一种行之有效的污水资源化途径。通过本课题的开展,共发表文章19篇,获授权发明专利3项,授权实用新型专利2项,培养研究生5名。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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