具有去除多价离子的功能的生物电化学系统技术方案

本发明专利技术提供一种生物电化学系统，所述生物电化学系统能够去除海水等中存在的多价离子且能够实现电生产。根据本发明专利技术的生物电化学系统包括：氧化电极槽，其包括容纳电子的阳极，所述电子为用微生物处理废水中的有机物时所产生的电子；还原电极槽，其包括从所述阳极接收电子的阴极，并且使所述电子与从外部供应的氧和水进行反应，从而生成氢氧化离子，并通过所述氢氧化离子使电解质中的多价离子沉淀；以及阴离子交换膜，其阻止所述电解质中的多价离子向所述氧化电极槽移动。另外，本发明专利技术提供一种生物电化学系统，所述生物电化学系统在去除海水等中存在的多价离子的同时，能够生产氢。所述生物电化学系统的特征在于，包括氧化电极槽，其具备附着有电化学活性菌的阳极，并且有机性废水作为基质被注入，从而生成电子；还原电极槽，其具备阴极，并且海水作为电解质被注入，从而在去除多价离子的同时生产氢气；阴离子交换膜，其分离所述氧化电极槽和所述还原电极槽，并且防止所述海水中的多价阳离子向所述氧化电极槽移动；以及电源，其连接于所述阳极和所述阴极之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术设及一种生物电化学系统，更详细地，设及一种能够去除海水等中存在的 多价离子的生物电化学系统。
技术介绍
使海水淡水化的方式中，作为膜分离法有反渗透法(Reverse 0smosis:R0)、电渗 析法化lectrodialysis:ED)及正渗透法(Forward Osmosis:F0)等。在膜分离法中，为了延 长膜的寿命，并持续维持工序的性能，需要解决因盐类化合物的结晶而在膜的表面形成水 垢的问题。因此，在膜分离法中，必须进行用于去除水垢成分的海水预处理。 在海水成分中诱发水垢的物质是一种因浓缩和pH值的变化而在膜表面析出，从而 损伤膜的功能的物质。运种物质有碳酸巧(CaO)3)、硫酸巧(化S〇4)、碳酸儀(MgC〇3)及硫酸儀 (MgS〇4)等。为了去除运种诱发水垢的物质而主要使用的使海水淡水化的预处理工序有化 学药品投入法和膜分离法(MF、UF)等。化学药品投入法是一种为了防止水垢的析出而在海 水中投入阻垢剂(antisealant)或用于维持低pH的酸(acid)的方法。膜分离法是一种使用 微孔滤膜(Microfiltration membrane)或超滤膜化Itrafiltration membrane)，从而在淡 水化工序的前步骤中去除诱发水垢的离子的方法，但会存在淡水化工序中发生的生成水垢 问题会转变成预处理膜工序的问题的局限性。 另外，微生物燃料电池 (Microbial fuel cell :MFC)和微生物电解槽(Microbial Electrolysis Cell :MEC)作为生物电化学系统（Bioelectrochemical system:BES)，是一 种利用电化学活性菌化lectrochemically active bacteria)进行废水处理的同时，生成 电或氨气的装置。微生物燃料电池可W由两个反应槽，即，氧化电极槽(anode chamber)和 还原电极槽（cathode chamber)构成，并且两个反应槽被离子交换膜（ion exchange membrane)分离开。在阳极中，当葡萄糖为基质时所产生的代表性的反应如化学式1所示。在 需氧性条件的阴极中产生的代表性的反应如化学式2所示。在氧化电极槽中，有机物被处 理，同时生产出电能，并且在还原电极槽中，持续生成Of,从而溶液的pH会上升。[000引[化学式。 C 出 12〇6+6 也一 6C〇2+24H++24e- 〇2+4e-+2H2〇 一 40H- 另一方面，微生物电解槽是一种虽然与微生物燃料电池的结构相似，但是在还原 电极槽中不存在氧，并且通过施加一些电能，从而能够生产氨气的装置。在阴极中产生氨 气，进而pH会持续上升。与其相关的反应式如化学式3所示。 2 也 0+2e-一也 T+20H- 海水因包含大量的离子而导电率高，因此能够在电化学系统中作为电解质使用。 当在所述的生物电化学系统的还原电极槽中注入海水时，因微生物燃料电池和微生物电解 槽的还原反应而生成电或氨气，并且形成碱，从而能够使海水中的多价阳离子WCaC〇3或Mg (0H)2的形态沉淀。通常，W废水处理、电生产及氨气生产作为目的而使用生物电化学系统， 但是并没有用于去除包含在海水等中的多价离子的实例。
技术实现思路
要解决的技术问题 因此，本专利技术的目的在于，利用微生物和电化学反应来去除海水中的多价离子而 不使用投入化学药品或采用附加的分离膜的方法。 另外，本专利技术的另一目的在于，在去除海水内的多价离子的同时，还对包含有机物 的废水进行处理，从而生产电流。 另外，本专利技术的又一目的在于，在去除海水内的多价离子的同时，对包含有机物的 废水进行处理，从而W少的能量生产氨气。 本专利技术的目的并不限定于上述提及的目的，而可W通过下述的说明来理解没有提 及的本专利技术的其它目的及优点，并通过本专利技术的实施例而更加明确了解。另外，容易知道本 专利技术的目的及优点可W通过权利要求书中示出的手段及其组合来实现。[001引技术方案 为了实现上述目的本专利技术的一特征为，一种能够生产电且去除多价离子的生物电 化学系统，所述生物电化学系统包括:氧化电极槽，其包括容纳电子的阳极，所述电子为用 微生物处理废水中的有机物时所产生的电子;还原电极槽，其包包括从所述阳极接收电子 的阴极，并且使所述电子与从外部供应的氧和水进行反应，从而生成氨氧化离子，并通过所 述氨氧化离子使电解质中的多价离子沉淀；W及阴离子交换膜，其阻止所述电解质中的多 价阳离子向所述氧化电极槽移动。 优选地，微生物是一种将包含有机物的废水、厌氧性消化流出液、城市污水、工业 废水及酸发酵液中的至少一种作为基质利用的电化学活性菌。为了维持电化学活性菌的活 性，所述氧化电极槽的抑为中性，并且溫度为20°CW上且小于100°C。另外，当所述氧化电极 槽的pH小于中性时，所述还原电极槽的沉淀物或化学药品投入到所述氧化电极槽中。阳极 为石墨(gra地i te)或碳(carbon)材料的刷子(brush)或拉子(f e 11)的形态，阴极包含销催 化剂或代替销的催化剂。阴极可W为空气阴极(air-cathode)。 另外，本专利技术的另一特征为，一种利用微生物且能够生产氨气的生物电化学系统， 所述生物电化学系统包括:氧化电极槽，其具备附着有电化学活性菌的阳极，并且有机性废 水作为基质被注入，从而生成电子;还原电极槽，其具备阴极，并且海水作为电解质被注入， 从而生产氨气；阴离子交换膜，其分离所述氧化电极槽和所述还原电极槽，并且防止所述海 水中的多价阳离子向所述氧化电极槽移动；W及电源，其连接于所述阳极和所述阴极之间。 为了生成氨气，利用直流电源化C power supply)来施加最小为0.3VW上的电压，W使阴极 的电势比阳极的电势低，从而能够生产氨气。 优选地，还原电极槽利用通过还原反应生成的Of离子来使所述海水内的多价阳 离子沉淀，从而生成沉淀物。多价阳离子为化或Mgh。另外，可W进一步包括将所述还原电 极槽的沉淀物或流出水的一部分向所述氧化电极槽移送的工具(伞呂)。氧化电极槽和还原 电极槽均为厌氧性状态。可W具有多个所述阳极。另外，可W进一步包括测定所述有机性废 水中的有机物浓度的传感器。 有益效果 如上所述的本专利技术具有W低的能量W及不需要注入化学药品就能去除作为水垢 诱发物质的海水中的多价离子的效果。另外，根据本专利技术，微生物燃料电池能够去除海水中 的多价离子的同时，还能够通过微生物来实现废水处理和电能生产。另外，根据本专利技术，微 生物电解槽能够去除海水内的多价离子的同时，还能够通过微生物来处理废水，从而实现 利用少的能量来生产氨气。【附图说明】 图1为根据本专利技术一实施例中作为生物电化学系统的微生物燃料电池的结构图。 图2为表示在图1中示出的微生物燃料电池中进行多价离子去除实验的结果的图 表。 图3为根据本专利技术另一实施例中作为生物电化学系统的微生物电解槽的结构图。 附图标记说明10:氧化电极槽 11:阳极 12:微生物 13:氧化电极槽腔室 20:还原电极槽 21:阴极 21:阴极 30:阴离子交换膜 40:外部电路 50:废水 60:海水 100:利用微生物的电解装置 102:氧化电极槽 104:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物电化学系统，所述生物电化学系统用于去除多价离子，其特征在于，所述生物电化学系统包括氧化电极槽，其包括容纳电子的阳极，所述电子为用微生物处理废水中的有机物时所产生的电子；还原电极槽，其包括从所述阳极接收电子的阴极，并且使所述电子与从外部供应的氧和水进行反应，从而生成氢氧化离子，并通过所述氢氧化离子使电解质中的多价离子沉淀；以及阴离子交换膜，其阻止所述电解质中的多价阳离子向所述氧化电极槽移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：南珠妍，朴淳哲，金东国，丁湳条，金灿洙，金大熙，黄教植，朴铁镐，左银珍，
申请(专利权)人：韩国能源技术研究院，
类型：发明
国别省市：韩国;KR