Development of an energy self-sufficient hybrid electrochemical membrane bioreactor

能源自给自足的混合电化学膜生物反应器的开发

• 批准号: 22K18296
• 负责人: 岡部 聡
• 金额: $ 16.47万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18296/
• 关键词: バイオ燃料電池; 膜分離バイオリアクター; 電導性分離膜; 下水処理; エネルギー自給式下水再生システム; 膜分離バイオリアクター(MBR); バイオ燃料電池(MFC)

本研究では、酸素供給(曝気)を必要とせず固体電極を最終電子受容体として用いるバイオ燃料電池(MFC)を膜分離バイオリアクター(MBR)に導入することにより、下水処理と電気エネルギーの直接回収を行い、得られた電力を利用し電導性膜分離の電位を人為的に制御し、膜ファウリングを抑制しながら膜分離による高度下水処理を同時に達成する、新規MFC搭載型エネルギー自給式ハイブリッド電気化学的膜分離バイオリアクター (He-MBR)を開発する。本年度は、既存のMBR槽内にカセット式空気カソードMFCを複数ユニット挿入したHe-MBRを構築した。アノード電極は、高密度で充填可能なグラファイトカーボンブラシを使用した。カソード電極はステンレス膜(膜口径2 ㎜)を基盤とし、微粉末活性炭(PAC)を添加したポリフッ化ビニリデン(PVDF)を塗布することで作製した。鍵となる導電性分離膜は、ステンレススチールメッシュ (孔径: 0.11 mm, 厚さ:0.06 mm) を基盤とし、ポリエチレングリコール(PEG-600)とDimethyl Sulfoxide (DMSO)を添加したPVDF混合高分子溶液を塗布することにより作製することに成功した。作成した電導性分離膜の物理電気化学的特性（孔径、表面凹凸、など）を評価した。さらに、デッドエンド式膜ろ過実験を行い膜の透過性、ファウりング特性、COD除去率、微生物（大腸菌）の除去率を評価した。

在本研究中，我们将一种不需要供氧（曝气）并使用固体电极作为最终电子受体的生物燃料电池（MFC）引入到膜分离生物反应器（MBR）中来处理污水并直接回收电能A。配备新型MFC的新能源自给混合电力系统，利用获得的电力人为控制导电膜分离的电位，抑制膜污染，同时通过膜分离化学膜分离生物反应器实现污水深度处理。 (He-MBR)。今年，我们通过将多台盒式空气阴极 MFC 插入现有的 MBR 罐中构建了 He-MBR。阳极电极采用可高密度填充的石墨碳刷。阴极电极采用涂有聚偏二氟乙烯（PVDF）并添加细粉活性炭（PAC）的不锈钢膜（直径2毫米）制成。关键的导电分离膜基于不锈钢网（孔径：0.11毫米，厚度：0.06毫米）和含有聚乙二醇（PEG-600）和二甲基亚砜（DMSO）的PVDF混合聚合物溶液，我们成功制造了它。通过涂层。评价所制备的导电分离膜的物理电化学性质（孔径、表面粗糙度等）。此外，进行死端膜过滤实验来评估膜渗透性、污染特性、COD去除率和微生物（大肠杆菌）去除率。

项目成果

光エネルギー駆動型生物-光電気化学ハイブリッドシステムによる水素生成

使用光能驱动的生物光电化学混合系统生产氢气

• 发表时间: 2023
• 作者: 糸入 祐也;松尾 稜介;押木 守;岡部 聡;松尾 稜介，糸入 祐也，髙橋 優樹，渡辺 精一，岡部 聡
• 通讯作者: 松尾 稜介，糸入 祐也，髙橋 優樹，渡辺 精一，岡部 聡

Direct recovery of electrical energy from municipal wastewater by microbial fuel cells with Low voltage booster rectifier (LVBR)

通过带有低压升压整流器 (LVBR) 的微生物燃料电池直接从城市废水中回收电能

• DOI: 10.2208/jscejer.78.7_iii_53
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. G (Environmental Research)
• 作者: KIMURA Yuya;KOFFI N’Dah Joel;OKABE Satoshi
• 通讯作者: OKABE Satoshi

生物電気化学的CO2還元有価物(酢酸)生産プロセスの構築

生物电化学CO2还原贵重物（醋酸）生产工艺建设

• 发表时间: 2023
• 作者: 糸入 祐也;松尾 稜介;押木 守;岡部 聡
• 通讯作者: 岡部 聡

Effect of poised cathodic potential on anodic ammonium nitrogen removal from domestic wastewater by air?cathode microbial fuel cells

平衡阴极电位对空气阴极微生物燃料电池阳极去除生活废水中铵态氮的影响

• DOI: 10.1016/j.biortech.2022.126807
• 发表时间: 2022
• 期刊: Bioresource Technology
• 影响因子: 11.4
• 作者: Joel Koffi N'dah;Okabe Satoshi
• 通讯作者: Okabe Satoshi