Elettrochimica e Bioelectrochemically indotta recupero di ammonio

Recupero dei prodotti preziosi acque reflue guadagni importanza come preziose risorse diventano scarse e il trattamento senza recupero rappresenta solo un costo. Wastewater contiene sia l'energia e sostanze nutritive che possono essere recuperati, e il recupero di nutrienti può aiutare a chiudere il ciclo di produzione ^1. Recupero di energia attraverso la digestione anaerobica è un processo ben consolidata, mentre il recupero dei nutrienti è meno comune. Recupero delle sostanze nutritive da flussi di rifiuti liquidi, come urine e letame è stato ampiamente studiato, ad esempio, attraverso la produzione di struvite e sverniciatura diretta di ammoniaca ^2,3. Tuttavia, la necessità di aggiunta chimico è un inconveniente di questi processi ^4. Presentiamo qui una tecnica per il recupero dei nutrienti cationici da flussi di rifiuti, compresi sia potassio e ammonio. La forma cationica di questi nutrienti permette ripristino tramite una membrana selettiva di ioni in un sistema elettrochimico. In questo caso, il electrochemicSistema al costituito da una camera di anodo (dove ossidazione avviene), una camera di catodo (dove la riduzione avviene) e una membrana selettiva di ioni per separare i compartimenti. Una tensione viene applicata attraverso la cella per produrre un flusso di corrente dall'anodo al catodo. Questa tensione può essere generato da una sorgente di alimentazione esterna per guidare ossidazione dell'acqua e reazioni di riduzione. In alternativa l'ossidazione anodica, ad esempio, di sostanze organiche, può essere catalizzata da batteri elettroattivi, richiedono meno potenza. Per chiudere il circuito e mantenere l'equilibrio di carica, una specie cariche devono migrare tra gli elettrodi per ogni elettrone generato. Trasporto ammonio dalla camera di anodo alla camera catodo attraverso una membrana a scambio cationico (CEM) può così compensare il flusso di elettroni ^4,5.

La tecnica qui presentata non solo rimuove ammonio da flussi di rifiuti, ma consente anche il recupero. Totale azoto ammoniacale (TAN) esiste in equilibrio sia ammonium (NH ₄ ⁺⁾ e ammoniaca (NH _3), e dipende dal pH e dalla temperatura ^6. NH ₄ ⁺ è abbondantemente disponibile a causa dell'alta concentrazione TAN e vicino pH neutro nella camera di anodo e questa specie cariche positivamente possono dunque essere guidato dalla corrente attraverso il CEM nella camera catodo. La corrente spinge la riduzione di acqua al catodo, che porta alla produzione di ioni idrossido e gas idrogeno. L'equilibrio TAN sposta a quasi il 100% di NH ₃ a causa del pH elevato nella camera catodo (> 10.0). NH ₃ è un gas che può essere facilmente trasferito tramite circolazione dell'aria dall'unità di stripping alla colonna di assorbimento in cui è intrappolato e concentrata in una soluzione acida.

Questa tecnologia ha il potenziale per ridurre la tossicità ammonio durante la digestione anaerobica dei flussi ricchi di N come concime, aumentando così il recupero di energia da tali flussi di rifiuti, mentre simultaneamentenutrienti recupero ^4. Estrazione elettrochimica e bioelectrochemical di ammonio può anche essere applicato come tecnica di recupero nutrienti sui flussi di rifiuti ad alto contenuto TAN come urina evitando così i costi per la rimozione dei nutrienti in un impianto di trattamento ^7.

Il protocollo presentato qui può servire come base per molti diversi esperimenti elettrochimici e bioelectrochemical, come si usa un reattore modulare. Diversi tipi di elettrodi, membrane e spessori del telaio possono essere combinati come spiegato nel protocollo di seguito. Lo scopo principale del protocollo è quello di fornire un mezzo per il confronto del recupero ammonio elettrochimica e recupero ammonio bio-elettrochimica utilizzando una cella di elettrolisi. I sistemi sono valutati in termini di efficienza di estrazione, potenza e riproducibilità.