Name: Récupération dammonium électrochimique et Bioelectrochemically induite (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-01-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 50 s
Description: Découvrez la récupération électrochimique et bioélectrochimique de l'ammonium à partir de flux riches en azote. Cette méthode utilise des membranes échangeuses d'ions pour extraire sélectivement l'ammoniac avec une grande pureté.

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Ce travail a été soutenu par la bourse BOF pour SG de l’Université de Gand. AL est soutenu par l’Université Rutgers NSF Fuels-IGERT. SA est soutenu par le projet du programme-cadre 7 de l’Union européenne « ProEthanol 2G ». SA et KR sont soutenus par le Partenariat de recherche multidisciplinaire (MRP) de l’Université de Gand – Biotechnologie pour une économie durable (01 MRA 510W). JD est soutenu par une subvention IOF Advanced (F2012/IOF-Advanced/094). KR est soutenu par l’ERC Starter Grant « Electrotalk ». Les auteurs remercient Tim Lacoere pour la conception de la figure d’art COT, Robin Declerck pour la construction de la bande et des colonnes d’absorption et Kun Guo pour la fourniture de la source d’inoculum.

<ol><li>Verstraete, W., Van de Caveye, P., Diamantis, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Maximum+use+of+resources+present+in+domestic+%22used+water%22%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Maximum use of resources present in domestic "used water".</a> Bioresource Technology. 100 (23), 5537-5545 (2009).</li>
<li>Lei, X., Sugiura, N., Feng, C., Maekawa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pretreatment+of+anaerobic+digestion+effluent+with+ammonia+stripping+and+biogas+purification%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hazardous+Materials%22%5BJournal%5D)">Pretreatment of anaerobic digestion effluent with ammonia stripping and biogas purification.</a> Journal of Hazardous Materials. 145 (3), 391-397 (2007).</li>
<li>Siegrist, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitrogen+removal+from+digester+supernatant-comparison+of+chemical+and+biological+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Nitrogen removal from digester supernatant-comparison of chemical and biological methods.</a> Water Science and Technology. 34 (1), 399-406 (1996).</li>
<li>Desloover, J., Abate Woldeyohannis, A., Verstraete, W., Boon, N., Rabaey, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+Resource+Recovery+from+Digestate+to+Prevent+Ammonia+Toxicity+during+Anaerobic+Digestion%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Electrochemical Resource Recovery from Digestate to Prevent Ammonia Toxicity during Anaerobic Digestion.</a> Environmental Science & Technology. 46 (21), 12209-12216 (2012).</li>
<li>Kim, J. R., Zuo, Y., Regan, J. M., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+ammonia+loss+mechanisms+in+microbial+fuel+cells+treating+animal+wastewater%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+and+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">Analysis of ammonia loss mechanisms in microbial fuel cells treating animal wastewater.</a> Biotechnology and Bioengineering. 99 (5), 1120-1127 (2008).</li>
<li>Emerson, K., Russo, R. C., Lund, R. E., Thurston, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aqueous+ammonia+equilibrium+calculations%3A+effect+of+pH+and+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Fisheries+Board+of+Canada%22%5BJournal%5D)">Aqueous ammonia equilibrium calculations: effect of pH and temperature.</a> Journal of the Fisheries Board of Canada. 32 (12), 2379-2383 (1975).</li>
<li>Kuntke, P., Sleutels, T. H. J. A., Saakes, M., Buisman, C. J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+production+and+ammonium+recovery+from+urine+by+a+Microbial+Electrolysis+Cell%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Hydrogen+Energy%22%5BJournal%5D)">Hydrogen production and ammonium recovery from urine by a Microbial Electrolysis Cell.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 39 (10), 4771-4778 (2014).</li>
<li>Guo, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surfactant+treatment+of+carbon+felt+enhances+anodic+microbial+electrocatalysis+in+bioelectrochemical+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochemistry+Communications%22%5BJournal%5D)">Surfactant treatment of carbon felt enhances anodic microbial electrocatalysis in bioelectrochemical systems.</a> Electrochemistry Communications. 39, 1-4 (2014).</li>
<li>Guo, K., Chen, X., Freguia, S., Donose, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spontaneous+modification+of+carbon+surface+with+neutral+red+from+its+diazonium+salts+for+bioelectrochemical+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Biosensors+and+Bioelectronics%22%5BJournal%5D)">Spontaneous modification of carbon surface with neutral red from its diazonium salts for bioelectrochemical systems.</a> Biosensors and Bioelectronics. 47, 184-189 (2013).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Standard+Methods+For+The+Examination+Of+Water+And+Wastewater%22">Standard Methods For The Examination Of Water And Wastewater</a>. Rice, E. W., Greenberg, A. E., Clesceri, L. S., Eaton, A. D. , American Public Health Association. (1992).</li>
<li>Andersen, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrolytic+Membrane+Extraction+Enables+Production+of+Fine+Chemicals+from+Biorefinery+Sidestreams%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Electrolytic Membrane Extraction Enables Production of Fine Chemicals from Biorefinery Sidestreams.</a> Environmental Science & Technology. 48 (12), 7135-7142 (2014).</li>
<li>Harnisch, F., Rabaey, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Diversity+of+Techniques+to+Study+Electrochemically+Active+Biofilms+Highlights+the+Need+for+Standardization%5BTitle%5D)+AND+%22Chemsuschem%22%5BJournal%5D)">The Diversity of Techniques to Study Electrochemically Active Biofilms Highlights the Need for Standardization.</a> Chemsuschem. 5 (6), 1027-1038 (2012).</li>
<li>Clauwaert, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Minimizing+losses+in+bio-electrochemical+systems%3A+the+road+to+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Microbiology+and+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Minimizing losses in bio-electrochemical systems: the road to applications.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 79 (6), 901-913 (2008).</li>
<li>Atkins, P., De Paula, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAtkins%2C+P+%22Elements+of+Physical+Chemistry%22">Elements of Physical Chemistry</a>. , Oxford University Press. Oxford, UK. (2012).</li>
<li>Aelterman, P., Freguia, S., Keller, J., Verstraete, W., Rabaey, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+anode+potential+regulates+bacterial+activity+in+microbial+fuel+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Microbiology+and+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">The anode potential regulates bacterial activity in microbial fuel cells.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 78 (3), 409-418 (2008).</li>
<li>Kuntke, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ammonium+recovery+and+energy+production+from+urine+by+a+microbial+fuel+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Research%22%5BJournal%5D)">Ammonium recovery and energy production from urine by a microbial fuel cell.</a> Water Research. 46 (8), 2627-2636 (2012).</li>
<li>Liu, H., Cheng, S., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Power+Generation+in+Fed-Batch+Microbial+Fuel+Cells+as+a+Function+of+Ionic+Strength%5BTitle%5D)+AND+%22Temperature%2C+and+Reactor+Configuration.+Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Power Generation in Fed-Batch Microbial Fuel Cells as a Function of Ionic Strength.</a> Temperature, and Reactor Configuration. Environmental Science & Technology. 39 (14), 5488-5493 (2005).</li>
<li>Gimkiewicz, C., Harnisch, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Waste+Water+Derived+Electroactive+Microbial+Biofilms%3A+Growth%2C+Maintenance%2C+and+Basic+Characterization%5BTitle%5D)+AND+%22JoVE%22%5BJournal%5D)">Waste Water Derived Electroactive Microbial Biofilms: Growth, Maintenance, and Basic Characterization.</a> JoVE. (82), e50800(2013).</li>
<li>Ping, Q., Cohen, B., Dosoretz, C., He, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+investigation+of+fouling+of+cation+and+anion+exchange+membranes+in+microbial+desalination+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Desalination%22%5BJournal%5D)">Long-term investigation of fouling of cation and anion exchange membranes in microbial desalination cells.</a> Desalination. 325, 48-55 (2013).</li>
<li>Guerin, T., Mondido, M., McClenn, B., Peasley, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+resazurin+for+estimating+abundance+of+contaminant-degrading+micro-organisms%5BTitle%5D)+AND+%22Letters+in+Applied+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Application of resazurin for estimating abundance of contaminant-degrading micro-organisms.</a> Letters in Applied Microbiology. 32 (5), 340-345 (2001).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Ce manuscrit fournit les outils nécessaires pour mettre en place un bioélectrochimique et une cellule électrochimique pour la récupération d&#39;ammonium. Les calculs présentés dans la section des résultats fournissent les paramètres pour l&#39;évaluation de la performance du système. Les systèmes biologiques et électrochimiques sont similaires dans la configuration et la fonction. La principale différence entre les deux systèmes est le choix d&#39;un courant fixe de la cellule électrochimique par rapport à un potentiel...

Récupération des produits précieux provenant des eaux usées prend de l&#39;importance que de précieuses ressources se raréfient et le traitement sans récupération représente seulement un coût. Les eaux usées contiennent à la fois l&#39;énergie et les nutriments qui peuvent être récupérés et la récupération des nutriments peut aider à fermer la boucle de production 1. Récupération de l&#39;énergie par la digestion anaérobie est un processus bien établi, alors que la récupération des nutriments est moins fréquent. Récupération des nutriments provenant des flux de déchets liquides tels que l&#39;urine et du fumier a été largement étudié, par exemple, par la production de struvite et de décapage directe d&#39;ammoniac 2,3. Toutefois, la nécessité pour l&#39;addition chimique est un inconvénient de ces procédés 4. Ici, nous présentons une technique pour la récupération des éléments nutritifs cationiques des flux de déchets, y compris à la fois de potassium et d&#39;ammonium. La forme cationique de ces nutriments permet une récupération à l&#39;aide d&#39;une membrane sélective d&#39;ions dans un système électrochimique. Dans ce cas, le electrochemical système consiste en une chambre d&#39;anode (où l&#39;oxydation a lieu), une chambre de cathode (où la réduction a lieu) et une membrane sélective d&#39;ions pour séparer les compartiments. Une tension est appliquée à travers la cellule pour produire un flux de courant de l&#39;anode à la cathode. Cette tension peut être générée par une source d&#39;alimentation externe pour conduire l&#39;oxydation de l&#39;eau et des réactions de réduction. En variante, l&#39;oxydation anodique, par exemple, des composés organiques, peut être catalysée par des bactéries électroactifs, nécessitant moins de puissance. Pour fermer le circuit et maintenir l&#39;équilibre de charge, une espèce chargée doivent migrer entre les électrodes pour chaque électrons généré. le transport d&#39;ammonium à partir de la chambre anodique à la chambre de cathode à travers une membrane échangeuse de cations (CEM) peut ainsi compenser le flux d&#39;électrons de 4,5. La technique présentée ici non seulement supprime ammonium des flux de déchets, mais permet également la récupération. Azote ammoniacal total (TAN) existe en équilibre des deux ammonium (NH 4 +) et l&#39;ammoniac (NH 3), et est dépendante du pH et de la température 6. NH 4 + est disponible en abondance en raison de la concentration élevée et à proximité de TAN pH neutre dans la chambre d&#39;anode et cette espèce à charge positive peut donc être entraîné par le courant à travers la CEM dans la chambre de cathode. Le courant entraîne la réduction de l&#39;eau à la cathode, ce qui conduit à la production d&#39;ions hydroxyde et de l&#39;hydrogène gazeux. L&#39;équilibre se déplace TAN à près de 100% de NH 3 en raison du pH élevé dans la chambre de cathode (&gt; 10,0). NH 3 est un gaz qui peut être facilement transféré par circulation d&#39;air de l&#39;unité de stripping à la colonne d&#39;absorption où il est piégé et concentré dans une solution acide. Cette technologie a le potentiel de diminuer la toxicité d&#39;ammonium lors de la digestion anaérobie des flux de N riches comme le fumier, augmentant ainsi la récupération d&#39;énergie à partir de ces flux de déchets, tandis que simultanémentnutriments récupération 4. Extraction électrochimique et bioélectrochimique de l&#39;ammonium peut également être appliquée comme technique de récupération des nutriments sur les flux de déchets à haute teneur TAN comme l&#39;urine évitant ainsi les coûts pour l&#39;élimination des nutriments à une station d&#39;épuration 7. Le protocole présenté ici peut servir de base pour de nombreuses expériences électrochimiques différents et bioélectrochimiques, comme on utilise un réacteur modulaire. Différents types d&#39;électrodes, des membranes et des épaisseurs de cadre peuvent être combinés comme expliqué dans le protocole ci-dessous. Le principal objectif du protocole est de fournir un moyen pour la comparaison de récupération électrochimique d&#39;ammonium et d&#39;ammonium récupération bio-électrochimique en utilisant une cellule d&#39;électrolyse. Les systèmes sont évalués en termes d&#39;efficacité d&#39;extraction, entrée de puissance et de reproductibilité.

<table><tbody><tr>Feutre de carbone <td>Alfa Aesar</td><td>ALFA43199</td> <td>de 3,18 mm</td><td>d’épaisseur Utilisé comme bioanode, 110&nbsp ; mm x 110&nbsp ; mm</td></tr><tr><td>Électrode Ti revêtue d’Ir MMO&nbsp ;</td><td>Anodes spéciales magnéto (Pays-Bas)</td><td></td><td>Utilisé comme anode stable pour les essais électrochimiques</td></tr><tr><td>Maille en acier inoxydable</td><td>Solana (Belgique)</td><td>RVS 554/64 : matériau AISI 316L, largeur de la maille : 564 microns, épaisseur du fil : 140 microns, nombre de mailles : 36,6</td><td>Utilisé comme cathode, 110&nbsp ; mm x 110&nbsp ; mm</td></tr><tr><td>Plaque en acier inoxydable</td><td>Solana (Belgique)</td><td>feuille d’inox 304, épaisseur : 0,5 mm</td><td>Utilisé comme collecteur de courant pour la bioanode</td></tr><tr><td>Électrode de référence Ag/AgCl</td><td>Bio-Logic (France)</td><td>A-012167 RE-1B</td><td></td></tr><tr><td>Potentiostat (VSP Multipotentiostat)&nbsp ;</td><td>Bio-Logic (France)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EC Lab</td><td>Bio-Logic (France)</td><td></td><td>logiciel pour effectuer des mesures électrochimiques</td></tr><tr><td>Cation Exchange Membrane</td><td>Membranes International (USA)</td><td>Ultrex CMI-7000</td><td>Prétraité selon les instructions du fabricant</td></tr><tr><td>Maille de promotion de turbulence</td><td>ElectroCell Europe A/S (Tarm, Danemark)</td><td>EPC20432-PP-2</td><td>matériau d’espacement, 110 mm x 110 mm</td></tr><tr><td>Connecteurs</td><td>Serto</td><td>1,281,161,120</td><td>Autres tailles possibles, en fonction du type de tube et de la taille des trous dans les cadres</td></tr><tr><td>Bande et colonne</td><td></td><td></td> d’absorption <td>Conception maison</td></tr><tr><td>Tube</td><td>Masterflex</td><td>HV-06404-16</td><td></td></tr><tr><td>Sac de gaz</td><td>Keika Ventures</td><td></td><td>Kynar sac de gaz avec valve</td></tr><tr><td>Roberts Rashig Rings</td><td>Glasatelier Saillart ( Belgique)</td><td>Anneaux Raschig 4 x 4 mm</td><td>Mettre à l’intérieur de la bande et de la colonne d’absorption pour améliorer le contact air/liquide. Disponible chez de nombreux fournisseurs</td></tr><tr><td>Feuille</td><td></td><td></td> de caoutchouc <td>Découpée pour s’adapter aux cadres en plexiglas</td></tr><tr><td>, Cadres de réacteur en plexiglas</td>, <td>Vlaeminck, Beernem</td><td></td><td>, Conception interne, voir onglet « cadres de réacteur » dans ce fichier</td></tr></tbody></table>

récupération d&#39;ammonium électrochimique et bioelectrochemically induite

Electrochemically and Bioelectrochemically Induced Ammonium Recovery

Les cours d’eau tels que l’urine et le fumier peuvent contenir des niveaux élevés d’ammonium, qui pourraient être récupérés pour être réutilisés dans l’agriculture ou la chimie. L’extraction de l’ammonium à partir d’un flux riche en ammonium est démontrée à l’aide d’un système électrochimique et d’un système bioélectrochimique. Les deux systèmes sont contrôlés par un potentiostat pour fixer soit le courant (pour la pile électrochimique), soit le potentiel de l’électrode de travail (pour la pile bioélectrochimique). Dans la pile bioélectrochimique, les bactéries électroactives catalysent la réaction anodique, tandis que dans la pile électrochimique, le potentiostat applique une tension plus élevée pour produire un courant. La restauration actuelle et conséquente de l’équilibre de charge à travers la cellule permet le transport de cations, tels que l’ammonium, à travers une membrane échangeuse de cations de l’anolyte au catholyte. Le pH élevé du catholyte entraîne la formation d’ammoniac, qui peut être extrait du milieu et capturé dans une solution acide, permettant ainsi la récupération d’un nutriment précieux. Le flux d’ammonium à travers la membrane est caractérisé à différentes concentrations et courants d’ammonium anolyte pour les systèmes de réacteurs abiotiques et biotiques. Les deux systèmes sont comparés en fonction du courant et de l’efficacité d’élimination de l’ammonium, ainsi que de l’apport d’énergie nécessaire pour entraîner le transfert d’ammonium à travers la membrane échangeuse de cations. Enfin, une analyse comparative prenant en compte des aspects clés tels que la fiabilité, le coût de l’électrode et le taux est effectuée.
Cet article vidéo et ce protocole fournissent les informations nécessaires pour mener des expériences électrochimiques et bioélectrochimiques de récupération de l’ammoniac. La configuration du réacteur pour les deux cas est expliquée, ainsi que le fonctionnement du réacteur. Nous nous concentrons sur l’analyse des données pour les deux types de réacteurs et sur les avantages et les inconvénients des systèmes bioélectrochimiques et électrochimiques.

Chronoampérométrie résulte du bioréacteur Les résultats de la chronoampérométrie, calculé selon l&#39;équation 1, montrent un graphique typique pour un réacteur fonctionnant en continu (figure 4). Au début de l&#39;expérience, l&#39;anode et la cathode ont été exploités en mode de recirculation. Ceci permet de développer un biofilm et le début de la production en cours. Au bout de 5 jours de fonctionnement, la densité de courant atteint un maximum, suivie d&...

Nous démontrons l’extraction de l’ammonium à partir d’un flux riche en ammonium à l’aide d’un système électrochimique et d’un système bioélectrochimique. La configuration, le fonctionnement et l’analyse des données du réacteur sont abordés.

Récupération d&#39;ammonium électrochimique et Bioelectrochemically induite

Streams such as urine and manure can contain high levels of ammonium, which could be recovered for reuse in agriculture or chemistry. The extraction of ...

L’objectif général de l’expérience suivante est d’étudier la récupération des nutriments à partir de flux riches en azote en utilisant une approche électrochimique ou bioélectrochimique. La première approche est réalisée en faisant passer le flux à travers un système électrochimique, qui, après oxydation de l’eau, crée une force motrice qui peut être utilisée pour charger l’ammonium du côté de l’anode à travers une membrane échangeuse d’ions vers le côté de la cathode. Dans un deuxième temps, le pH élevé du côté de la cathode entraîne la conversion de l’ammonium en ammoniac volatil.Le haut niveau de sélectivité de la membrane échangeuse d’ions permet de créer un flux d’hydrogène ammoniacal pur. Ensuite, le catho circule à travers une colonne de stripping et d’absorption afin de piéger l’ammoniac dans un milieu acide. L’extraction électrochimique peut également être entraînée par des processus bioélectrochimiques, où le développement d’un biofilm sur l’anode permet la conversion des matières organiques présentes dans le flux de déchets en dioxyde de carbone, en protons et en électrons.Cela entraînera, encore une fois, un flux d’ammonium de l’anode à la cathode. Les résultats montrent que les deux approches peuvent récupérer des nutriments à partir de flux riches en azote tels que l’urine. L’approche conventionnelle de dénitrification et de dénitrification pour le traitement des eaux usées prend l’ammoniac des eaux usées et le transforme en azote gazeux, qui retourne dans l’atmosphère, de sorte que nous perdons l’azote.L’avantage de notre approche est que nous prenons l’ammoniac et que nous le récupérons sous une forme propre afin de pouvoir en faire quelque chose. Nous pouvons le réutiliser ou le convertir en un autre produit. Un deuxième avantage de notre approche est que nous utilisons l’électricité comme moteur.Il s’agit essentiellement d’une source d’énergie propre et bon marché, qui évite l’utilisation de produits chimiques. Sylvia Hilde Bain et Steven Anderson feront la démonstration de la procédure. Les deux doctorants de mon laboratoire avant de commencer cette procédure collectent tous les matériaux nécessaires à la construction du réacteur, y compris les électrodes, les cadres et les caoutchoucs.Après s’être assuré que la membrane est prétraitée conformément aux instructions du fabricant, prétraitez l’électrode en feutre de carbone en la trempant dans deux millimolaires de bromure d’acétyltriméthylammonium, ou A-C-T-A-B pendant trois minutes. Rincez ensuite l’électrode en feutre de carbone avec de l’eau déminéralisée. Ensuite, empilez les différentes pièces du réacteur dans l’ordre en fonction du type de réacteur.Empilez ensuite les pièces du réacteur pour la cellule électrochimique. Utilisez des écrous et des boulons pour fermer le réacteur et serrez à la main les boulons des côtés opposés pour égaliser la pression. Scellez les orifices de connexion du réacteur à l’aide de téflon.Assurez-vous que le port est correctement serré. Placez l’électrode de référence dans le même compartiment que l’électrode de travail. Ensuite, remplissez le réacteur d’eau pour tester s’il est exempt de fuites.Si des fuites sont observées, vérifiez si les boulons sont suffisamment serrés ou si l’une des pièces du réacteur a bougé lors de l’assemblage du réacteur. Si aucune fuite n’est détectée, videz l’eau du réacteur. Raccordez les pompes d’alimentation et de recirculation au réacteur et la pompe à air aux unités de stripping et d’absorption.Remplissez la colonne d’absorption avec 250 millilitres d’acide sulfurique molaire pour couvrir les cercles. Assurez-vous que l’Airstream mélange bien l’acide lorsque la pompe est mise en marche. Après avoir préparé les solutions d’analyte et de catalyte, rincez l’analyte en le purgeant avec de l’azote gazeux pendant au moins 30 minutes pour éliminer l’oxygène.Pour l’inoculum, préparez un mélange de 30 millilitres d’effluence provenant de bioréacteurs anaérobies actifs, y compris une anode biologique. Recueillir le mélange dans une seringue. Ensuite, connectez un sac de gaz rempli d’azote à la bouteille d’analyte.Afin de maintenir la pression stable tout en ne permettant pas à l’oxygène d’entrer. Mélangez la source d’inoculum avec le volume d’analyte en vidant la seringue avec l’inoculum dans le flacon de milieu à l’aide d’une seringue qui remplit simultanément les compartiments de l’anode et de la cathode avec leurs solutions respectives. Lorsque les deux compartiments du réacteur sont remplis, mettez la pompe de recirculation en marche à un taux de recirculation d’environ six litres par heure.Ensuite, connectez le câble de stat de potentiel avec trois électrodes en utilisant l’anode comme électrode de travail. Activez la statistique potentielle en mode chrono aberrométrie. À l’aide du logiciel de statistiques de potentiels, sélectionnez un potentiel d’anode fixe de moins 200 millivolts par rapport à l’électrode de référence en argent et chlorure d’argent pour passer à l’alimentation continue.Allumez la pompe d’alimentation de l’anode et de la cathode au niveau d’une résidence hydraulique. Temps de six heures allumer la pompe à air de la bande et de l’unité d’absorption. Ensuite, faites recirculer l’air en boucle fermée.Rafraîchissez le milieu trois fois par semaine avec de l’analyte frais et du catalyte comme décrit dans le texte. Fixez un sac de gaz rempli d’azote au biberon d’alimentation fermé. Arrêtez la pompe d’alimentation et placez une pince sur la conduite d’effluent.Ensuite, remplacez l’ancienne et la nouvelle bouteille. Retirez les pinces et redémarrez la pompe chaque fois que l’alimentation est rafraîchie. Prélever des échantillons liquides de cinq millilitres de l’effluent et de l’effluent de l’analyte et du catalyte pour mesurer la conductivité, la teneur en acétate de pH et la concentration d’ammonium.De plus, prélever un échantillon de trois millilitres de la colonne d’absorption pour surveiller le pH et pour l’analyse de l’azote ou du bronzage d’ammonium total. Lorsque le pH approche de quatre, remplacez l’absorbant AB par une solution fraîche d’acide sulfurique molaire pour assurer une efficacité d’absorption élevée. Si la stabilisation du courant n’est pas causée par des limitations d’acétate, augmentez la concentration d’ammonium dans l’alimentation et attendez la stabilisation du courant.Afin d’évaluer l’efficacité de l’extraction électrochimique, préparez un flux d’eaux usées synthétiques sous forme d’analyte conformément au tableau suivant. Ajoutez du sulfate d’ammonium pour atteindre une concentration finale de cinq grammes d’azote par litre. Suite à cet interrupteur sur la pompe d’alimentation pour remplir les compartiments du réacteur, réduisez la vitesse de la pompe pour obtenir un temps de séjour hydraulique de six heures.Une fois le réacteur rempli, comme précédemment, allumez la pompe de recirculation à un débit de six litres par heure. Ensuite, prélevez un échantillon de cinq millilitres de l’in fluent après avoir démarré la bandelette et l’unité d’absorption. Activez la statistique potentielle en mode chronométrie à l’aide du logiciel de statistiques potentielles.Tout d’abord, appliquez une faible densité de courant d’environ 0,5 NPI par mètre carré pendant 24 heures pour polariser la membrane et déterminer le flux d’azote dû à la diffusion seule. Lorsque le système a été polarisé pendant 24 heures, appliquez la densité de courant nécessaire à l’expérience, allant généralement de 10 ampères par mètre carré à 50 ampères par mètre carré. Une fois que le réacteur a atteint l’état d’équilibre, prélever au moins trois échantillons de cinq millilitres au cours d’une période donnée à partir de l’effluence de l’anode et de la cathode ainsi que de la colonne d’absorption.Les résultats du chronoporomètre montrent un graphique typique pour un réacteur continu. Le passage à un fonctionnement continu le sixième jour a entraîné une augmentation continue de la production actuelle jusqu’à ce qu’un plateau soit atteint à 3,5 ampères par mètre carré entre le 12e et le 16e jour. L’influence de la température diurne et nocturne sur la production actuelle est clairement visible.Par exemple, du 42e au 46e jour, la concentration d’ammonium dans l’alimentation a été augmentée en plusieurs étapes. L’augmentation du courant était liée à une augmentation de la conductivité de l’alimentation de l’anode, dans laquelle l’ajout de bicarbonate d’ammonium augmentait la concentration ionique et donc la conductivité. La tension de la cellule du système électrochimique est supérieure à celle du bioréacteur.Cela est principalement dû au potentiel d’anode plus élevé requis pour l’oxydation électrochimique de l’eau en oxygène. Le flux d’azote pour le bioréacteur est plus élevé que celui du système électrochimique. Cela peut s’expliquer par la plus faible alcalinité de l’alimentation du système électrochimique, ce qui entraîne un pH d’analyse h plus bas.Cela a entraîné une concurrence plus élevée entre l’ammonium et les protons pour rétablir l’équilibre de charge sur la membrane. Cette technique ouvre maintenant la voie aux ingénieurs de l’environnement pour explorer la récupération électrochimique biologique et non biologique d’espèces chargées à partir de flux de déchets tels que l’état de digestion anaérobie. Plus précisément, nous avons montré ici qu’une approche biologique a un apport d’énergie plus faible, mais peut souffrir d’une robustesse un peu plus faible et d’un temps de démarrage plus long.L’approche purement électrochimique peut simplement offrir cette robustesse, mais elle aura un coût un peu plus élevé. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la mise en place d’un système biochimique pour la récupération de l’ammonium à partir des eaux usées. Vous devriez être en mesure de construire une cellule biochimique robuste et sans fuite, et ils dénudent une unité d’absorption pour récupérer l’ammoniac.

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Source : Okamoto, A., et al. Installation électrochimique autonome pour enrichir les bactéries respiratoires d’anode sur site. J. Vis. Exp. (2018)Cette vidéo montre l’utilisation d’un système électrochimique sur place pour enrichir les bactéries respiratoires d’anode (ARB) à partir de réservoirs naturels. Un gradient redox est établi en plaçant l’anode dans une eau profonde sans oxygène et la cathode dans une eau de surface riche en oxygène. Les ARB forment des biofilms et transfèrent les...

Enrichissement des bactéries respiratoires d’anode à l’aide d’un système électrochimique sur place

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Eaux usées dérivées électroactifs microbiennes biofilms: croissance, l&#39;entretien et la caractérisation de base

Ici, les procédures de dépôt par plasma chimique en phase vapeur sur des perfluoroalcanes matériaux microporeux tels que les cadres organo-métalliques pour améliorer leur stabilité et leur caractère hydrophobe sont décrites. En outre, les essais de percée de quelques milligrammes d'échantillons est décrite en détail.

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