铁强化微生物—电催化厌氧污水处理技术的研究的任务书.docx

铁强化微生物—电催化厌氧污水处理技术的研究的任务书
任务书
课题名称：铁强化微生物—电催化厌氧污水处理技术的研究
课题背景：
目前，随着城市化的不断推进和工业化的发展，污水处理成为了一项重要的环保任务。传统的污水处理方法有好氧和厌氧两种，而厌氧处理不仅可以将有机物质完全分解，还能够产生有价值的能源，如甲烷等。然而，传统的厌氧处理存在着污染物反应速率慢、易受污泥负荷和毒性物质影响等缺点。
近年来，微生物—电催化技术已成为厌氧处理的新途径。通过内置电极，利用微生物群落的电荷传递机制，促进有机物质的氧化还原反应。然而，微生物的电催化效果仍然存在着极大的限制，其中最主要的问题是电子传递效率低，产生的电流不足。因此，本课题将通过铁强化的策略，提高微生物对电子的接纳能力，促进微生物群落的电催化效果。
研究目标：
通过铁强化微生物—电催化厌氧污水处理技术，实现高效、稳定、高产甲烷的有机废水处理。
研究内容：
1.筛选具有良好电催化性能的微生物：本课题将采用自然界中存在的微生物群落，经过一系列的筛选和培育，筛选出具有良好的电催化性能的微生物，以提高整个系统的电流密度和甲烷气产率。
2.铁强化连接微生物细胞膜：通过添加含铁离子的化合物，将铁离子连接在微生物细胞膜上，提高微生物对电子的接纳能力，以实现电子传递的高效。
3.建立微生物—电极系统：自制电极，将微生物群落和电极连接，建立微生物—电极系统，以促进产甲烷反应。
4.考察影响微生物—电催化效率的因素：调节反应环境中pH值、温度、氧化还原电位和废水加入量等关键因素，对反应效果进行调控，在保证生物活性的同时提高产甲烷反应的效率和产量。
预期成果：
1.开发出铁强化微生物—电催化厌氧污水处理技术，实现高效、稳定、高产甲烷的有机废水处理。
2.深入探究电子传递和微生物代谢的规律，为电催化技术在厌氧废水处理中的应用提供理论支撑。
3.为实现清洁能源的研究提供有益参考，推进能源可持续利用的实现。
研究预算：
本课题的预算包括设备购置费用、实验材料费用、人员工资、差旅费、出版费等，总计为100万元。
研究方法：
1.微生物群落筛选：采用荧光分析、微生物培养等方法对微生物群落进行筛选。
2.铁离子连接微生物细胞膜：采用离心法、膜相关实验等方法对微生物群落进行处理。
3.建立微生物—电极系统：采用自制电极、生物反应器等设备建立微生物—电极系统。
4.调控关键因素：通过改变反应环境中的pH值、温度、氧化还原电位等因素对反应效果进行影响。
研究组织：
组长：XXX
成员：XXX、XXX、XXX
研究周期：
本课题拟进入实验阶段后，将从2022年1月至2024年12月，耗时三年。其中，第一年主要是开展微生物群落筛选和铁离子连接微生物细胞膜的研究；第二年主要是建立微生物—电极系统以及关键因素的调控；第三年主要是对整个系统进行单元试验、小规模试验和中试验证，并逐步实现产业化。
研究成果：
1.发表5篇以上SCI论文；
2.申请1项专利；
3.参加国内外知名学术会议和学术交流活动不少于2次。
研究条件：
1.实验室：拥有微生物荧光分析仪、膜相关实验设备、生物反应器、电极自制设备等；
2.经费：拥有100万元研究经费；
3.人员：拥有工程师、博士后、硕士生、本科生等具有相关背景知识和实验能力的研究人员。
研究风险：
本课题涉及到生物学和化学等多学科，人员合作不密切可能导致研究进展缓慢；同时，预期成果难以完全实现也是研究风险之一。