Recuperação de produtos valiosos de águas residuais ganha importância como valiosos recursos se tornam escassos e tratamento sem recuperação representa apenas um custo. Wastewater contém energia e nutrientes que podem ser recuperados, e recuperação de nutrientes pode ajudar a fechar o ciclo de produção ^1. A recuperação de energia através de digestão anaeróbia é um processo bem estabelecido, enquanto a recuperação de nutrientes é menos comum. Recuperação de nutrientes dos fluxos de resíduos líquidos como a urina e estrume de animais tem sido amplamente investigada, por exemplo, através da produção de struvite e remoção direta de amônia ^2,3. No entanto, a necessidade de adição de produtos químicos é uma desvantagem destes processos ^4. Aqui apresentamos uma técnica para a recuperação de nutrientes catiônicos de fluxos de resíduos, incluindo potássio e amônio. A forma catiónica desses nutrientes permite a recuperação usando uma membrana selectiva de iões de um sistema electroquímico. Neste caso, o electrochemical sistema consiste de uma câmara de ânodo (onde tem lugar a oxidação), uma câmara de cátodo (em que a redução tem lugar) e uma membrana selectiva de iões para separar os compartimentos. A tensão é aplicada através da célula para produzir um fluxo de corrente do ânodo para o cátodo. Esta tensão pode ser gerado por uma fonte externa de energia para conduzir a oxidação da água e as reacções de redução. Em alternativa, a oxidação anódica, por exemplo, de produtos orgânicos, pode ser catalisada por bactérias electroactivos, que requerem menos energia. Para fechar o circuito e manter o equilíbrio de carga, uma espécie carregada deve migrar entre os eletrodos para cada elétron gerado. Transporte de amônio da câmara de anodo para o catodo câmara através de uma membrana de troca de cátions (CEM) podem, assim, compensar o fluxo de elétrons ^4,5.

A técnica apresentada aqui não só remove amónio de fluxos de resíduos, mas também permite a sua recuperação. Amoníaco Azoto total (TAN) existe em equilíbrio de ambos amónium (NH ₄ ⁺⁾ e amoníaco _(NH3), e é dependente do pH e da temperatura ^6. NH ₄ ⁺ é abundantemente disponíveis, devido à alta concentração TAN e próximo pH neutro na câmara do ânodo e a espécie com carga positiva pode, por conseguinte, ser conduzido pela corrente através do CEM para a câmara de cátodo. A corrente acciona a redução da água no cátodo, que leva à produção de iões hidróxido e gás hidrogénio. O equilíbrio TAN desloca-se para cerca de 100% de NH _3, devido ao elevado pH na câmara do cátodo (> 10,0). NH ₃ é um gás que pode ser facilmente transferida através de circulação de ar a partir da unidade de separação para a coluna de absorção onde é preso e concentrou-se em uma solução de ácido.

Esta tecnologia tem o potencial para reduzir a toxicidade de amónio durante a digestão anaeróbica de fluxos rico-N como estrume, aumentando assim a recuperação de energia a partir destas correntes de resíduos, enquanto simultaneamentenutrientes que recuperam ^4. Extração eletroquímica e bioelectrochemical de amônio também pode ser aplicado como técnica de recuperação de nutrientes sobre fluxos de resíduos com alto teor de TAN, como urina, evitando assim os custos para a remoção de nutrientes em uma ETAR ^7.

O protocolo aqui apresentado pode servir como uma base para muitas experiências electroquímicas e bioelectrochemical diferentes, como usamos um reactor modular. Diferentes tipos de eléctrodos, as membranas e espessuras de quadros podem ser combinados, tal como explicado no protocolo abaixo. O objectivo principal do protocolo é o de proporcionar um meio para a comparação de recuperação electroquímica de amónio e de amónio recuperação electroquímica bio-se utilizando uma célula de electrólise. Os sistemas são avaliadas em termos de eficiência de extracção, de entrada de alimentação e reprodutibilidade.