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。

In this study, we investigated the necessity of acid supply and the application of solid electrode as final electron acceptor and fuel cell (MFC) as membrane separator (MBR) as well as the artificial control of the potential of wastewater treatment and electric power generation and membrane separation. The membrane separation process is suppressed, and the membrane separation process is highly wastewater treatment simultaneously achieved. The new MFC-equipped membrane separation process (He-MBR) is developed in a self-contained manner. This year, the existing MBR tank is equipped with a plurality of MFC. The electrode is filled with a high density and can be used in a variety of ways. The electrode is coated with a thin film (2 mm in diameter), and the micropowder activated carbon (PAC) is added to the substrate. The conductive separation membrane (pore diameter: 0.11 mm, thickness:0.06 mm) was successfully coated on the substrate by adding Dimethyl Sulfoxide (DMSO) to PVDF mixed polymer solution. The physical, electrical and chemical characteristics (pore size, surface roughness, etc.) of the conductive separation membrane were evaluated. The membrane permeability, COD removal rate and microorganism (coliform) removal rate were evaluated during the operation of the membrane.

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

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

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