隔膜电极-生物电化学反应器同步处理废水产氢效能与膜污染机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51678020
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Developing energy-saving and highly efficient wastewater treatment technique is significant to mitigate water and energy resource shortage. Microbial electrolysis cell, as a cutting-edge biotechnology, can be served for simultaneous wastewater treatment and hydrogen production, which provide feasibility for realizing sustainable wastewater treatment and reutilization. The engineering and scientific issues, such as effective hydrogen separation, improving proton transfer, reducing inner resistance and improving effluent quality, are still need to be solved for MEC advancement. In this proposal, a novel separator electrode assembly membrane bioelectrochemical reactor (SEA-MBER) will be designed based on the merits of MEC and membrane bioreactor. The wastewater treatment and hydrogen production processes and the membrane fouling mechanisms of SEA-MBER will be investigated. The operation of SEA-MBER will be evaluated and optimized through the investigation of pollutant removal rate, membrane flux, current density, hydrogen production rate, columbic efficiency, net energy recovery. The effects of separators and solutions with different properties on the inner resistance and proton transfer of SEA-MBER will be investigated by using electrochemical approaches. The hydrodynamics model of the reactor will be simulated and its relationship to the performance of SEA-MBER will be analyzed. The constituent of extracellular polymeric substances (EPS), the microbial community structure, the abundance and distribution of gene-specific microbe in fouling layers will be systematically characterized with electron microscopy, confocal laser scanning microscopy and high-throughput sequencing based molecular techniques. The fouling mechanisms of membrane in SEA-BEMR will be elucidated from microbial aspects and the membrane fouling control strategy will be proposed. This study provides the theoretical basis for realizing the real application of MEC in wastewater treatment process.
微生物电解池(MEC)作为新兴生物技术,可同步废水处理制氢,为实现可持续废水处理与资源化提供可行性。但有效氢分离、提高传质、降低内阻和提升处理水质是MEC亟待解决的问题,本研究拟结合MEC与MBR的优势,构建新型隔膜电极-生物电化学反应器(SEA-MBER),并围绕其水处理和产氢效能影响因素及膜污染机制开展研究。通过考察污染物去除、膜通量、电流密度、产氢速率、库伦与净能量效率等,优化SEA-MBER水处理和产氢效能;利用电化学、材料物理化学研究隔膜、溶液对SEA-MBER的内阻及传质影响机制;利用流体力学模拟分析SEA-MBER水力特性与反应器效率关系;利用显微技术、高通量测序和生物信息学研究膜污染泥层中EPS组成、微生物种群结构、特异性微生物丰度与分布,从生物学角度阐明SEA-MBER新型膜污染机制,提出控制策略。本研究为实现MEC在废水资源化中应用提供重要的理论基础。

结项摘要

开发高效低能耗废水处理技术对缓解水资源和能源短缺极为重要。微生物电解池(MEC)可同步废水处理制氢,为实现可持续废水处理与资源化提供可行性。针对有效氢分离、提高质子传输、降低内阻和提升处理水质是MEC亟待解决的问题,本研究引入亲水性多孔隔膜于MEC,通过考察有机物去除率、膜通量(恒通量下的跨膜压力)、电流密度、产氢速率、库伦效率、能量效率,评价与优化MEC废水处理与产氢功效;利用电化学分析不同隔膜类型对MEC中的内阻影响(包括生物膜阳极电阻、隔膜电阻、溶液电阻等),解析MEC的质子传输机制,提出有效的内阻调控策略;分析MEC中阳极生物膜以及膜污染泥层中微生物种群结构及差异,从生物学角度阐明微生物种群及生理生态特性所产生的膜污染特征,揭示MEC膜污染机制,并提出膜污染控制策略。本研究为MEC与多孔膜结合在水处理应用中可持续性与有效资源回收提供重要的应用与理论基础。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Simultaneous electro-oxidation and in situ electro-peroxone process for the degradation of refractory organics in wastewater
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2018.10.073
  • 发表时间:
    2019-02-15
  • 期刊:
    JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Qu, Chao;Lu, Shanfu;Zhang, Shujun
  • 通讯作者:
    Zhang, Shujun
Extracellular electron transfer of Shewanella oneidensis MR-1 for cathodic hydrogen evolution reaction
Shewanella oneidensis MR-1用于阴极析氢反应的细胞外电子转移
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2019.03.085
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Fu Yanan;Zhang Yongjia;Li Bojian;Liang Dawei;Lu Shanfu;Xiang Yan;Xie Beizhen;Liu Hong;Nealson Kenneth H
  • 通讯作者:
    Nealson Kenneth H
Effect of PAC on the Behavior of Dynamic Membrane Bioreactor Filtration Layer Based on the Analysis of Mixed Liquid Properties and Model Fitting.
  • DOI:
    10.3390/membranes10120420
  • 发表时间:
    2020-12-14
  • 期刊:
    Membranes
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Huang C;Liu H;Meng S;Liang D
  • 通讯作者:
    Liang D
Intermolecular interactions of polysaccharides in membrane fouling during microfiltration
微滤过程中膜污染中多糖的分子间相互作用
  • DOI:
    10.1016/j.watres.2018.06.027
  • 发表时间:
    2018-10-15
  • 期刊:
    WATER RESEARCH
  • 影响因子:
    12.8
  • 作者:
    Meng, Shujuan;Fan, Wenhong;Liu, Xiaoxing
  • 通讯作者:
    Liu, Xiaoxing

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纳米零价铁降解水中多溴联苯醚(PBDEs)及降解途径研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨雨寒;徐伟伟;彭思侃;卢善富;相艳;梁大为
  • 通讯作者:
    梁大为

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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