Ekipa akademika Qu Jiuhuija v Ekološkem centru Kitajske akademije znanosti je dosegla pomemben napredek pri raziskavah elektrokemičnih anaerobnih membranskih bioreaktorjev. Ustrezni rezultati so bili objavljeni v Nature Communications. Prvi avtor prispevka je Zhang Yuhan, doktorski študent na Ekološkem centru Kitajske akademije znanosti, ustrezni avtor pa je Hu Chengzhi, raziskovalec na Ekološkem centru Kitajske akademije znanosti.
Hkratna predelava virov in energije pri čiščenju odplak je ena od pomembnih usmeritev zelene in nizkoogljične transformacije v vodnem gospodarstvu.
Anaerobni membranski bioreaktorji (AnMBR) imajo prednosti nizke porabe energije, visoke organske obremenitve in kakovosti odplak ter imajo pomembne možnosti uporabe na področju izkoriščanja virov odplak.
Vendar pa so tradicionalne membrane AnMBR močno onesnažene in ne morejo obnoviti amonijevega dušika in fosforja v odpadni vodi.
V ta namen je ekipa akademika Qu Jiuhuija ustvarila bioreaktor z anaerobno membrano (eRAnMBR) za pridobivanje elektrokemijskih virov. S strukturo dvojne anode in grafitne katode, prevodne membrane z magnezijevo anodo, je dosegel prvo popolno predelavo ogljika, dušika in fosforja v odpadni vodi in znatno zmanjšal onesnaženje membrane.
Magnezijeva anoda sprošča magnezijeve ione in se združuje z amonijevim dušikom in fosfatom, da tvori struvit; katodna reakcija sproščanja vodika poveča lokalni pH, kar je ugodno za katodno odlaganje struvita, s čimer se spodbuja ločevanje in in situ pridobivanje struvita in blata.
Mehanizem rekuperacije ogljika, dušika in fosforja ter ublažitev membranskega umazanije v elektrokemičnem anaerobnem membranskem bioreaktorju
Ta študija je poglobljeno raziskala učinek uravnavanja strukture plasti filtrirne pogače na površini membrane na ublažitev onesnaženosti membrane in vlogo poti prenosa elektronov pri spodbujanju nastajanja metana.
Sproščeni Mg2+ vodi do povečanja velikosti kosmičev blata in zmanjšanja adhezije med delci blata in površino membrane, zmanjša pa se tudi delež vodikovih vezi v sekundarni strukturi zunajceličnih polimernih proteinov, s čimer oslabi tvorbo plasti gela in naredi strukturo plasti filtrske pogače ohlapno in porozno.
Elektrokemična reakcija okrepi neposredni prenos elektronov med vrstami, obogati pot proizvodnje metana in poveča čistost proizvedenega metana na 94 %.
Če se metanska elektrika eRAnMBR reciklira, lahko pokrije stroške električne energije reaktorja in porabo elektrod.
Na splošno ima reaktor eRAnMBR prednosti enostavnega postopka, manj vzdrževanja membrane in nizkega ogljičnega odtisa, kar zagotavlja novo tehnično možnost za naslednjo generacijo čiščenja odpadne vode.