课题基金 / 基金详情

MBR中导电高分子-金属复合膜原位微曝气强化抗污染策略及其机制研究

批准号:
52070170
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
申利国
依托单位:
学科分类:
城市污水处理与资源化
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
申利国

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
膜生物反应器(MBR)是支撑国家生态文明建设战略的关键技术之一,而膜污染问题是这一技术亟待解决的关键科学问题。曝气是影响MBR中膜抗污染能力的决定性因素之一。传统MBR中曝气对污染物的冲洗作用十分有限,其主要原因是气泡由外部输入,且运动方向平行于膜面。受电解水产生气泡实验的启发,本项目提出构筑膜原位微曝气MBR系统,即曝气气泡产生于导电膜内部原始位点,并垂直于膜面运动,从而克服传统MBR中普遍存在的曝气缺陷。为了进一步优化该系统,本项目将结合热力学理论和动力学方法定量化分析MBR中典型参数与膜污染之间的“构效”关系,尝试定量化揭示膜抗污染机制。本项目从新视角为膜污染提供解决方案,具有重要的科学意义。
英文摘要
Membrane bioreactor (MBR) technology is one of the key technologies which are supporting the national ecological civilization construction strategy. The membrane fouling is the key scientific problem to be solved for MBR. In MBR, the aeration is one of the crucial factors which determine antifouling ability of membranes. The wash effect of aeration on pollutants is largely limited due to that the gas bubbles are transferred from outside and present a parallel motion to the membrane surface in the conventional MBR. Inspired by the water electrolysis experiment which produces gas bubbles, the current proposal puts out to construct an in-situ tiny aeration MBR system in which the bubbles are generated from the in-situ position of conductive membrane and move in a vertical direction with membrane surface. In this way, the drawbacks of aeration in traditional MBR will be overcome. To further optimize the in-situ tiny aeration MBR system, the thermodynamic theories and dynamic methods will be combinatively used to quantitatively analysis the antifouling theoretical mechanism and the structure-activity relationship between the typical parameters and the membrane fouling in MBR. The current proposal is supplying a novel solution for membrane fouling and displays an important scientific significance.
针对膜污染的问题,本项目开发了3类导电高分子-金属分离膜及膜组件,膜与电场耦合后构筑了具有原位微曝气功能的新型膜生物反应器(MBR)系统。导电膜水接触角可降低至5°,大大改善膜的亲水性,膜的水通量回复率达到60%。在电场辅助下,MBR系统的水通量回复率提升到90%,极大的改善了膜的抗污染性能。实验结果显示,导电分离膜在染料废水、含油废水处理方面具有卓越应用前景。化学热力学(XDLVO理论)结果显示导电膜具有更高的化学势壁垒阻碍污染发生。计算流体力学(CFD)结果显示原位微曝气MBR系统中膜表面的法向剪切力是传统系统的200倍,可极大提升膜抗污染能力。本项目中设计的原位微曝系统具有广阔的应用范围,可以升级原有MBR系统,并复制拓展到微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、膜蒸馏(MD)等膜过程。本项目的成果为污水高效处理和资源化利用提供技术支撑。.项目执行期内,获国家教育部自然科学二等奖、浙江省自然科学奖二等奖等。团队获得国家重点研发计划(国际合作)、国家基金、省“尖兵领雁”项目等26项。在Chemical Society Reviews、Science Bulletin、Water Research等期刊发表论文38篇(全部标注本基金号),其中中科院一区论文34篇,入选高被引论文6篇。项目负责人被授予VEBLEO Fellow、IAAM Fellow、全球前2%顶尖科学家等学术荣誉,论文总被引用9000余次,H因子达到59。申请国家发明专利20项,授权7项,转让2项,与企业合作增加经济效益5000余万元。团队3人入选省部级高层次人才计划。项目成果支撑了学校获批环境科学与工程和地理学2个一级学科博士点、1个博士后科研流动站、1个科技部“一带一路”联合重点实验室、1个省重点实验室。项目执行期间,培养硕士生10名,博士1名。对比计划任务书,本项目以较大超额完成了既定目标。
膜生物反应器废水资源化技术
  • 批准号:
    LR22E080007
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    申利国
  • 依托单位:
MBR中导电高分子-金属复合膜原位微曝气强化抗污染策略及其机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    申利国
  • 依托单位:
PES-PE-ZnO三元复合膜的构建及其抗污染机理研究
  • 批准号:
    21506195
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    申利国
  • 依托单位:
国内基金
海外基金