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Sustainable wastewater treatment and reuse in space

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Journal of Environmental Sciences 2024年第12期146卷 237-240页

作者： Baiwen Ma Libing Zheng beizhen xie Lingshan Ma Mingsheng Jia Chengcheng xie Chengzhi Hu Mathias Ulbricht Yuansong Wei Key Laboratory of Drinking Water Science and Technology Research Center for Eco-Environmental SciencesChinese Academy of SciencesBeijing 100085China Department of Water Pollution Control Research Center for Eco-Environmental SciencesChinese Academy of SciencesBeijing 100085China Lehrstuhl für Technische Chemie II Universität Duisburg-EssenEssen 45117Germany Institute of Environmental Biology and Life Support Technology School of Biological Science and Medical EngineeringBeihang UniversityBeijing 100083China Center for Microbial Ecology and Technology(CMET) Ghent UniversityCoupure Links 6539000 GhentBelgium CSD New Concept Environmental Development Yixing Co. Ltd.Yixing 214000China

Exploring the vast extraterrestrial space is an inevitable trend with continuous human *** treatment and reuse are crucial in the limited and closed space that is available in spaceships or long-term use space bases that will be established in the foreseeable *** water treatment technologies have experienced iterative development for more than 60 years since the first manned spaceflight was successfully ***,we briefly review the related wastewater characteristics and the history of water treatment in space stations,and we focus on future challenges and perspectives,aiming at providing insights for optimizing wastewater treatment technologies and closing the water cycle in future.

关键词： Space Wastewater treatment Water recycle Water reuse Challenges Perspectives

Space aquatic chemistry:A roadmap for drinking water treatment in microgravity

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Environmental Science and Ecotechnology 2024年第3期19卷 26-28页

作者： Baiwen Ma Yaohui Bai Chengzhi Hu beizhen xie Junya Zhang Mathias Ulbricht Libing Zheng Key Laboratory of Drinking Water Science and Technology Research Center for Eco-Environmental SciencesChinese Academy of SciencesBeijing100085China Lehrstuhl für Technische Chemie II Universität Duisburg-EssenEssen45117Germany Institute of Environmental Biology and Life Support Technology School of Biological Science and Medical EngineeringBeihang UniversityBeijing100191China Department of Water Pollution Control Research Center for Eco-Environmental SciencesChinese Academy of SciencesBeijing100085China Department of Isotope Biogeochemistry Helmholtz Centre for Environmental Research-UFZLeipzig04318Germany

Rapid advancement in aerospace technology has successfully enabled long-term life and economic activities in space,particularly in Low Earth Orbit(LEO),extending up to 2000 km from the mean sea ***,the sustainance of the LEO Economy and its Environmental Control and Life Support System(ECLSS)still relies on a regular cargo supply of essential commodities(e.g.,water,food)from Earth,for which there still is a lack of adequate and sustainable *** key challenge in this context is developing water treatment technologies and standards that can perform effectively under microgravity *** this technical challenge will be a milestone in providing a scientific basis and the necessary support mechanisms for establishing permanent bases in outer space and *** identify clues towards solving this challenge,we looked back at relevant scientific research exploring novel technologies and standards for deep space exploration,also considering feedback for enhancing these technologies on *** our findings,we share our outlook for the future of drinking water treatment in *** also bring up a new concept for space aquatic chemistry,considering the closed environment of engineered systems operating in microgravity.

关键词： Microgravity Drinking water treatment Water quality Challenges Strategies

Electricity Generation Performance of Microbial Fuel Cell Embedded in Anaerobic-Anoxic-Oxic Wastewater Treatment Process

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Journal of Biosciences and Medicines 2015年第9期3卷 32-37页

作者： Bowei Li Wenbo Dong Bojie Liu beizhen xie Hong Liu School of Biological Science and Medical Engineering Beihang University Beijing China Institution of Environmental Biology and Life Support Technology Beihang University Beijing China International Joint Research Center of Aerospace Biotechnology & Medical Engineering Beihang University Beijing China

Microbial fuel cell (MFC) embedded in anaerobic-anoxic-oxic (A2/O) process has positive effects on wastewater treatment, which can enhance the efficiencies of pollutants’ removal, along with electricity production. But the electricity generation performance and its optimization of MFC embedded in A2O process still needs to be further investigated. In this study, in order to optimize the contaminants removal and electricity production of the MFC-A2/O reactor, a lab-scale corridor-style MFC-A2/O reactor, which could simulate the practical A2/O biological reactor better, was designed and operated. The removal efficiencies of chemical oxygen demand, total nitrogen and total phosphorus were continuously monitored so as the electricity generation. In addition, the influences of the structural parameters’ changes of MFC on the output voltage, including electrode material, the directly connected area and the distance between electrodes, were also studied. The results elucidated that the effluent quality of A2/O reactor could be improved when MFC was embedded, and all the investigated structural factors were closely related to the electricity generation performance of MFC to some extent.

关键词： Microbial Fuel Cell Anaerobic-Anoxic-Oxic MFC-A2/O Reactor Directly Connected Area The Distance between Electrodes

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面向空间废物处理的微生物燃料电池隔膜材料

北京航空航天大学学报 2014年第7期40卷 1006-1010页

作者：李兴业贾伯阳谢倍珍刘红北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100191

为了寻求可提高微生物燃料电池(MFC,Microbial Fuel Cell)产电性能的隔膜材料,对碱性电池隔膜纸、锂离子电池隔膜纸及两种不锈钢活性炭隔膜材料进行了系统的分析和比较.结果表明,碱性电池隔膜纸虽然有良好的质子透过性,但其水分渗透性... 详细信息

为了寻求可提高微生物燃料电池(MFC,Microbial Fuel Cell)产电性能的隔膜材料,对碱性电池隔膜纸、锂离子电池隔膜纸及两种不锈钢活性炭隔膜材料进行了系统的分析和比较.结果表明,碱性电池隔膜纸虽然有良好的质子透过性,但其水分渗透性和氧扩散较高,有待进一步的改进;辊压活性炭和涂刷活性炭隔膜的功率输出均优于目前MFC常用的阳离子交换膜,这是由于前两者的隔膜阻力小;而辊压活性炭和涂刷活性炭隔膜的特点接近,且涂刷活性炭隔膜的成本更低,是较为理想的MFC隔膜材料.

关键词：微生物燃料电池隔膜材料碱性电池隔膜纸活性炭不锈钢隔膜

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超声波强化污水厌氧生物处理综述

环境污染与防治 2006年第4期28卷 267-269页

作者：谢倍珍刘红北京航空航天大学环境工程系北京100083

通过对超声波辐射促进微生物活性以及超声波强化污水好氧生物处理、厌氧污泥减量化处理等作用机制的分析研究,探讨将超声波应用于强化污水厌氧生物处理的可行性。同时对超声波强化污水厌氧生物处理的应用前景进行了展望。

关键词：超声波强化厌氧生物处理污水可行性

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用于行星保护的微生物消杀技术分析

载人航天 2020年第6期26卷 794-804页

作者：徐子昂谢倍珍刘红北京航空航天大学生物与医学工程学院北京航空航天大学环境生物学与生命保障技术研究所

发展高效的航天器微生物消杀技术,进而构建完善的微生物消杀技术体系,是目前行星保护技术的重要发展方向。从行星保护的任务要求出发,综述了干热灭菌、气相过氧化氢、环氧乙烷、辐射、超临界二氧化碳和低温等离子体等目前行星保护中所... 详细信息

发展高效的航天器微生物消杀技术,进而构建完善的微生物消杀技术体系,是目前行星保护技术的重要发展方向。从行星保护的任务要求出发,综述了干热灭菌、气相过氧化氢、环氧乙烷、辐射、超临界二氧化碳和低温等离子体等目前行星保护中所采用的以及具备潜在应用前景的微生物消杀技术,并介绍了与灭菌过程相关的前期预处理、敏感器件封装处理和无菌包装、传递与贮存等辅助技术;在对研究现状及实际应用中可能出现的问题及解决方法系统分析基础上,对我国深空探测行星保护微生物消杀技术体系提出了思考和建议。

关键词：行星保护深空探测微生物消杀技术体系

生物阴极式碳纸隔膜微生物燃料电池的反硝化和产电性能

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环境工程学报 2014年第6期8卷 2163-2168页

作者：谢倍珍刘博杰杨少强刘红北京航空航天大学生物与医学工程学院环境生物学与生命保障技术实验室北京100191

为了探讨生物阴极式廉价隔膜微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的基本性能,首先以生物反硝化作用为基础构建了生物阴极MFC,并进一步以涂布聚四氟乙烯(PTFE)的廉价碳纸代替昂贵的质子交换膜(PEM)构建碳纸隔膜生物阴极式MFC。研究... 详细信息

为了探讨生物阴极式廉价隔膜微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的基本性能,首先以生物反硝化作用为基础构建了生物阴极MFC,并进一步以涂布聚四氟乙烯(PTFE)的廉价碳纸代替昂贵的质子交换膜(PEM)构建碳纸隔膜生物阴极式MFC。研究结果显示,对于生物阴极式MFC,阴极室中最适宜反硝化细菌生长的NO-3-N浓度为99.2 mg/L,此时输出电压最高可达0.11 V,1 h内NO-3-N的去除率达到80.0%,COD去除率为62.8%;以涂PTFE的碳纸代替PEM的生物阴极式MFC与有PEM的MFC最高输出电压基本一致(均达到0.22 V,外阻500Ω),但碳纸隔膜MFC的产电更稳定。结果验证了廉价隔膜生物阴极式MFC的可行性,并为其应用于污水脱氮奠定基础。

关键词：微生物燃料电池生物阴极碳纸隔膜可行性

低强度超声波强化剩余活性污泥好氧消化的研究

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环境污染与防治 2007年第7期29卷 498-501页

作者：杨少强谢倍珍刘红北京航空航天大学环境工程系北京100083

污泥是城市污水处理厂的副产物,若处理不当,将会带来一系列严重的环境问题。实验采用低强度超声波对剩余活性污泥(WAS)的好氧消化过程进行强化,选取超声强度、超声时间、超声间隔3个因素设计正交实验。结果表明,经超声辐照的WAS,其好氧... 详细信息

污泥是城市污水处理厂的副产物,若处理不当,将会带来一系列严重的环境问题。实验采用低强度超声波对剩余活性污泥(WAS)的好氧消化过程进行强化,选取超声强度、超声时间、超声间隔3个因素设计正交实验。结果表明,经超声辐照的WAS,其好氧消化时间最短仅约为13d,比未经超声辐照的缩短了18.00d。对实验结果的极差分析和方差分析表明,低强度超声波强化WAS好氧消化的最佳参数为:超声强度1.0W/cm2、超声时间10min、超声间隔8h。实验还研究了WAS达标前后溶解性化学需氧量(SCOD)和总化学需氧量(TCOD)的变化情况,发现在相对较短的处理时间内,经低强度超声波强化处理的WAS的TCOD降解率仍然能与对照相近甚至高于对照,主要原因是低强度超声波强化了微生物的新陈代谢,促进了其对有机物的吸收分解。

关键词：超声波好氧消化剩余活性污泥

黑木耳及其多糖对高脂饮食大鼠的降血脂和肠道菌群调节作用

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中国食品学报 2021年第9期21卷 89-101页

作者：张廷婷赵文颖谢倍珍刘红北京航空航天大学生物与医学工程学院环境生物学与生命保障技术研究所北京100083 北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心北京100083 北京航空航天大学空天生物技术与医学工程国际联合研究中心北京100083

为探讨黑木耳及其多糖的降血脂作用和与肠道菌群的相关性,以5周龄健康雄性SD大鼠为试验对象,分为正常对照组、高脂对照组、黑木耳干预组和黑木耳多糖干预组,干预饲养6周。期间测量大鼠体重、摄食量、血清生化指标,并于解剖后收集肝脏、... 详细信息

为探讨黑木耳及其多糖的降血脂作用和与肠道菌群的相关性,以5周龄健康雄性SD大鼠为试验对象,分为正常对照组、高脂对照组、黑木耳干预组和黑木耳多糖干预组,干预饲养6周。期间测量大鼠体重、摄食量、血清生化指标,并于解剖后收集肝脏、盲肠内容物及粪便进行病理学和肠道菌群分析。结果表明,黑木耳及其多糖的干预均能够显著降低高脂饮食大鼠血清总胆固醇和低密度脂蛋白含量,提高高密度脂蛋白含量,促进肝脏脂质代谢,减轻脂肪在高脂饮食大鼠肝脏内堆积,其中黑木耳的干预更为显著。黑木耳及其多糖的干预均显著增加了盲肠内短链脂肪酸的含量,推测可能通过上调副拟杆菌属和拟杆菌属等产短链脂肪酸菌群丰度来产生对机体有益的短链脂肪酸以促进血脂代谢。二者还显著提高了大鼠粪便菌群中紫红球菌科或非消化糖杆菌属丰度,显著下调了促炎菌普雷沃菌属丰度,缓解高脂饮食摄入造成的肝炎及其它炎症和疾病。黑木耳调节了与肥胖有关的瘤胃球菌科的丰度,可能是其对高脂血症预防效果更为显著的原因。本研究从调节肠道菌群方面阐明了黑木耳及黑木耳多糖降血脂作用的机理,为通过饮食干预调节肠道菌群,从而改善血脂代谢提供建议。

关键词：黑木耳黑木耳多糖高脂饮食预防高脂血症降血脂肠道菌群