电化学-膜生物反应器强化污废水处理的研究进展

电化学耦合膜生物反应器(EMBR)是新兴的污废水处理技术,除了能够高效去除常规污染物,EMBR在去除微污染物和病原微生物、缓解抗生素抗性基因增殖、控制膜污染和回收生物能源与资源等方面也具有显著的优势。综述了EMBR工艺的原理及特点、污废水处理效能、能源与资源回收效果、膜污染控制和技术挑战。为了推动EMBR的工程应用,未来仍需开发具有高导电性、生物相容性的电极材料,优化反应器构型和操作条件,以持续提升对污废水的处理效能。

电化学膜生物反应器处理猪场污水运行效果

针对目前膜生物反应器(Membrane bioreactor,MBR)处理污水时存在严重的膜污染问题,结合微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)处理污水时可产生电能的特点,本研究耦合MBR与MFC,构建新型电化学膜生物反应器(Electrochemistry membrane bioreactor,EMBR),探讨EMBR处理猪场污水的可行性,并对比评价闭路和开路连接方式的运行效果。结果表明,闭路EMBR可连续稳定运行。产电性能方面,最大功率密度、内阻和库仑效率分别为62.7 mW·m^(-2)、229.1Ω和15.5%;污染物去除方面,闭路EMBR对化学需氧量(COD)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的去除率分别为90.4%±0.5%、76.6%±1.8%、62.6%±1.6%和70.5%±3.4%,其中TN的去除率较开路EMBR系统显著提升了3.8%;膜污染减缓方面,闭路EMBR在其自身所产电场作用下可有效减缓膜污染,膜清洗周期较开路EMBR延长了30%。EMBR作为一种新兴污水处理技术,在高效去除猪场污水中污染物的同时可产生电能,并可利用自身所产电能原位减缓膜污染速率。

基于反向传播神经网络的电化学强化厌氧膜生物反应器膜污染预测模型

厌氧膜生物反应器(AnMBR)在高效处理污水的同时能够捕获污水中的能量,产生清洁能源甲烷,对实现“碳中和”目标具有重要意义。膜污染问题是制约AnMBR在市政污水中大规模工程应用的首要挑战。基于电化学调控的AnMBR是实现膜污染控制耦合高效产能的一种潜在途径。本文构建了电化学强化AnMBR反应体系,收集反应器连续运行试验数据,基于反向传播神经网络(BPNN)理论,建立单层多节点隐含层的BPNN模型。采用两种不同方式分割数据集,经过多次训练实现模型性能的优化,可将已有水质时间序列数据作为输入,对未来的膜污染时间序列进行预测。结果表明,跨膜压差(TMP)与pH值、氧化还原电位(ORP)未呈现出显性关联,但其本身表现出典型的时间序列数据特性。所构建的BPNN膜污染预测模型误差能够达到1e-10以下,预测精确度接近100%,可为电化学强化AnMBR系统的运行管理提供有力的支持。

大麻纤维电化学联合生物酶脱胶工艺分析

为克服工业大麻脱胶过程中生物酶向麻内部渗透困难的问题,同时减少酶用量,降低生产成本,研究更加高效环保的前处理方法,采用高效低污染的电化学手段联合生物酶处理对大麻纤维进行脱胶处理。以大麻纤维的残胶率、白度、断裂强度、细度为评价指标,利用单因素分析法探究脱胶工艺参数对大麻纤维脱胶效果的影响。试验结果表明:电解水浸泡浴比为1∶60,亚硫酸氢钠质量浓度为50 g/L,浸泡时间为6 h,果胶酶、漆酶和木聚糖酶的质量比为1∶2∶1,过碳酸钠质量浓度为9 g/L条件下,大麻纤维的残胶率为12.7%,断裂强度为4.32 cN,线密度为2.8 dtex,白度为73.42%,脱胶效果最佳。

电化学膜生物反应器处理污水性能提升策略及研究现状

针对膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)处理污水时存在脱氮效果差、运行能耗高和膜污染严重问题以及微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)存在出水质量差、所产电能未被有效利用的技术缺陷,电化学膜生物反应器(electrochemistry membrane bioreactor,EMBR)耦合MBR和MFC处理技术,可弥补两者技术缺点,能够实现高效去除污染物的同时减缓膜污染,具有广阔的应用前景。根据EMBR结构特点进行分类;从组成材料选取和运行参数优化角度重点阐述提升EMBR污水处理性能的策略;并从污染物去除、产电性能和膜污染减缓方面详细阐述了EMBR在污水处理中的研究现状;最后指出EMBR处理污水存在的问题及不足,并从新材料的开发与使用、装置规模、膜污染减缓机制、微生物群落结构组成及代谢机理等方面提出建议和展望,以期为EMBR处理技术实现规模化应用提供科学依据。

基于生物反应器的猪流行性腹泻病毒(ZJ/15株)悬浮培养工艺研究

为了优化生物反应器全悬浮培养技术制备猪流行性腹泻病毒(ZJ/15株)的工艺,试验首先通过摇瓶培养对病毒接种时的细胞密度、胰酶浓度、接毒剂量和收毒时间等培养条件进行优化;之后按照摇瓶培养确认的工艺进行生物反应器全悬浮培养工艺验证,同时对pH值、溶氧值(DO)、转速等培养参数进行优化,以病毒含量(TCID_(50))为指标,最终筛选出在15L生物反应器中培养猪流行性腹泻病毒(ZJ/15株)的最优条件,并进一步在50L生物反应器中进行工艺验证,将病毒液灭活后稀释至1×10^(7).0TCID_(50)/mL免疫怀孕75~90d的健康易感初怀母猪,在分娩当日,采集母猪和仔猪血清,并对分娩的3日龄仔猪攻毒进行免疫原性试验。结果表明:猪流行性腹泻病毒(ZJ/15株)在摇瓶上的最适培养条件为当细胞密度达到6×10^(6)个/mL以上时,用含胰酶(终浓度为20μg/mL)的无血清培养基将细胞密度稀释至2×10^(6)个/mL,按感染复数(MOI)=0.1接毒,130 r/min摇床振荡培养36h可收获病毒液,病毒含量可稳定达到1×10^(7.5)TCID_(50)/mL以上;猪流行性腹泻病毒(ZJ/15株)在15L生物反应器上的最适培养条件为pH值7.0~7.2、DO值50%、转速80~100 r/min,培养36h收获的病毒液含量可稳定在1×10^(7.5)TCID_(50)/mL以上;在50L生物反应器上放大培养收获的病毒液含量为1×10^(7).8TCID_(50)/mL。母猪和仔猪中和抗体效价均≥1∶32,免疫保护力为100%。说明本试验条件下成功建立并优化了生物反应器全悬浮培养制备猪流行性腹泻病毒(ZJ/15株)的工艺,生产的猪流行性腹泻病毒(ZJ/15株)的免疫原性较好。

生物电化学技术在废水处理领域的研究

简要介绍了生物电化学系统(BES)的原理和分类,归纳总结了各种操作参数包括电压、电极材料、操作和工艺条件对BES性能的影响。重点介绍了国内外学者利用该技术在废水处理领域的研究进展,并对BES在废水领域的未来发展趋势进行了展望。

生物电化学系统的应用研究进展

生物电化学系统(Bioelectroch Emical System,BES)作为一类污染处理技术,因其在处理污染物的同时能实现资源的回收利用而备受青睐。能充分发挥BES与各类传统污染物处理系统相结合的优势的处理技术正是近年来的热点话题。本文重点讨论了BES在处理多环芳烃、多氯联苯等难降解有机物时的应用效果及BES与多种污染治理技术相耦合的工艺优势。

电化学氧化技术在MBR中的膜污染控制研究与应用进展

膜生物反应器(MBR)已发展成为高效且成熟的市政和工业污水处理技术,基于MBR建成并投产的污水处理厂数量持续增加且规模不断扩大,但膜污染仍是MBR进一步推广和应用的瓶颈,开发高效率、低成本的膜污染控制方法是领域内的研究热点。作为一种典型的高级氧化工艺,电化学氧化(electrochemical oxidation,EO)在水环境中具有突出的净污和杀菌能力,可同步实现膜表面污染物的降解和细菌的灭活,在MBR中展现出巨大的抗膜污染潜力。近年来,基于EO的膜污染控制技术蓬勃发展,促进了MBR抗膜污染方法的创新,并引发了对抗膜污染机制的新思考。为了紧跟MBR快速发展的步伐,迫切需要对EO在MBR中膜污染控制的研究和应用进行全面总结和讨论。介绍了EO的工作原理并分析了电化学氧化MBR(eMBR)中产生活性氧自由基并抑制膜污染的多种途径;根据国内外的最新研究进展,从电极装载方式、电极与滤膜的结合方式、电极的制备材料等角度系统讨论了eMBR的运行模式和抗膜污染效果;总结了EO抑制膜污染的影响因素及其实际应用的现存挑战;对eMBR的未来研究进行了展望,对其进一步优化与创新提出了建议。

缺氧/好氧电化学膜-生物反应器强化脱氮效果及抗污染性能研究

研究了外加电压下电化学A/O-MBR的污染物去除效果和抗污染性能,分析了抗污染性能提高的原因.结果显示,外加2V电压时系统对COD和总氮的平均去除率分别为89.4%、92.2%,不加电压时COD和总氮的去除率分别为87.6%、77.3%,表明外加电压能够显著提高A/O-MBR的脱氮处理效果;研究同时发现,外加2V电压时,导电膜的平均运行周期为38d,相比不加电压时(平均26d),运行周期有所延长.污染物与导电膜之间的静电排斥作用和H_2O_2的原位清洗作用是系统抗污染性能提升的主要原因.

MBR膜生物反应器在城镇污水处理厂中的应用

近年来,我国城镇化进程的步伐越来越快,城镇人口的规模也越来越大,城市污水处理成为环境保护和可持续发展的重要议题。传统的污水处理工艺在处理效率和出水水质要求方面已经面临一定的挑战,MBR膜生物反应器是一种相对新型的污水处理技术及装备,它结合了微生物降解技术和膜分离技术,近年来在城镇污水处理领域引起了广泛的关注。本文以某城镇地区X污水处理厂为例,分析MBR膜生物反应器系统的布置以及实施应用,结果表明,X污水处理厂在应用了MBR膜生物反应器后的污水处理效果有显著的提升。

生物质的电化学转化反应及反应器

生物质通过电化学转化合成燃料和高附加值化学品是未来化学工业发展的一个重要方向,也是现代社会实现可持续发展的重要保障。在可再生能源产能不断提升,而现阶段暂无成熟的大规模能源存储技术的背景下,如何有效地利用可再生能源所产电能进行生物质的电化学转化是目前学术界和工业界关注的一个热点。本文介绍了近年来该领域的研究进展,着重阐释了关键的电化学反应和相关反应器的设计。从生物质衍生的平台分子的电化学转化取得了一定的进展,然而从生物质到平台分子的电化学转化还面临较大的挑战。提高平台分子和生物质电化学反应的选择性有赖于合适的电极材料和催化剂,而将原位分离与电极反应耦合的设计能够提高产物的收率,特别是在生物质直接电化学转化的过程中。

三维生物电化学法提高污染物去除效能的研究进展

通过对三维生物膜电化学系统的特性进行剖析,总结出该系统具有提高氧化功能的羟基自由基水平、加速电子传递效能、增加降解功能微生物群落富集和活性的能力。通过剖析该系统对污染物高效去除的机理,从反应器构建的工艺参数(电极材料、反应器结构以及电极形状)方面提出了优化方案,对比了系统运行条件对污染物去除性能的影响,并评价其经济性能,最后提出了三维生物膜电化学法未来的发展方向。

新型生物反应器对浓香型白酒糟醅及其风味物质的影响

目前,白酒酿造新型生物反应器已经在泸州产区实践生产应用,取得了良好经济效益。为了探究新型生物反应器对浓香型白酒风味物质的影响,以传统窖池和新型生物反应器为研究对象,综合分析糟醅理化指标,采用气相色谱-质谱联用法分析糟醅的风味物质种类和含量。将新型生物反应器(实验组SY)生产工艺与传统窖池生产工艺(对照组CT)对比分析,结果表明:(1)实验组SY糟醅升温幅度更大,顶温更高;(2)实验组SY糟醅淀粉消耗量更多,糟醅发酵程度更彻底;(3)实验组SY糟醅中风味物质的种类更丰富,即实验组SY糟醅风味物质达到48种,均高于对照组CT。由此说明,新型白酒生物反应器相较于传统窖池在糟醅的风味物质和理化性质等方面均有显著提升,为进一步优化白酒酿造工艺提供理论基础。

硒-铁蛋白电化学反应器储存含磷化合物的研究

由透析袋、硒 -铁蛋白、恒流泵、电导仪、磁力搅拌器及电化学系统等构成硒 -铁蛋白电化学反应器。该反应器可储存流动水体中微量含磷化合物于铁蛋白的蛋白壳内,其储存量高低与流动水体中的含磷化合物含量成正比关系。经硒改造后的硒 -铁蛋白能提高有机磷农药的储存量,其储存能力与铁蛋白种类无关,可能与铁蛋白自身构象有关。

电化学膜生物反应器应用于难生化降解有机废水深度处理的试验研究

文章考察电化学膜生物反应器(EMBR)对难生化降解废水的污染物去除效果和MBR的膜污染控制情况。在相同的微电场工作条件和MBR操作条件下,通过对照试验研究EMBR系统的对废水污染物去除情况和膜抗污染性能。实验结果表明,电化学膜生物反应器可提高难生化降解废水的可生化性,COD_(Cr)、氮元素的去除率分别达到92.7%、84.4%。外加微电场的作用下,MBR的膜污染情况得到有效减缓,使得EMBR具有更好的运行效能。

电化学膜-生物反应器在水处理中的应用及研究进展

传统膜生物处理工艺存在膜污染严重以及成本高的问题,这是限制膜-生物反应器(Membranebioreactor,MBR)推广应用的主要原因。电化学MBR是近年来发展起来的新型污水处理技术,其主要利用电化学的作用原理提高MBR的过滤性能与抗污染性能。本文综述了电化学MBR的原理、影响因素和国内外相关研究与应用现状。

厌氧电化学膜生物反应器以及废水处理方法

一种厌氧电化学膜生物反应器（AnE MBR）,包括废水输入设备,设备中安置了有电化学活性微生物的阳极电极（EAB,也指阳极还原菌、产电细菌和产电微生物）,其可氧化废水中的有机物。设备中还包括阴极膜电极,用于过滤废水,同时维持电化学活性微生物和氢营养型产甲烷菌的活性,阴极膜电极用于催化析氢反应产氢。

无血清培养杂交瘤细胞在WAVE-25生物反应器的工艺研究

目的:在WAVE-25生物反应器上,探讨抗人CD52杂交瘤细胞无血清流加培养方式的工艺条件,通过多种抗体质量检测加以验证,建立规模化的生产工艺,为后期的工艺放大提供参考。方法:探索无血清培养CD52杂交瘤细胞在WAVE-25生物反应器的工艺参数,在反应过程中依据活细胞密度、活率、pH值、溶氧以及免疫球蛋白G(IgG)含量、葡萄糖(Gluc)、谷氨酰胺(L-Gln)、乳酸(Lac)、铵根离子(NH_(4)^(+))等生长代谢参数进行过程监测和调控;通过蛋白纯化,利用流式细胞术,十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和分子排阻高效液相色谱(SEC-HPLC)对CD52单克隆抗体纯品(简称CD52纯抗)进行特异性和纯度的检测和鉴定。结果:无血清培养CD52杂交瘤细胞通过流加培养方式在WAVE-252L生物反应器可稳定大规模培养,蛋白纯化后获得的CD52纯抗产率和质量得到显著提高,产率从100 mg/L提高至350 mg/L,提高了3.5倍;纯度从92%提高至100%;相同浓度下荧光强度提高了69%。结论:CD52杂交瘤细胞在WAVE-25生物反应器可大规模培养,通过工艺参数和反应过程中生化指标的调控获得的CD52纯抗产率和质量都有显著的提高,可为后续的大规模化生产提供参考。