Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Электрохимически и Bioelectrochemically Индуцированные аммония Recovery

12.6K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/52405

⸱

22 января 2015 г.

 ,  ,  ,  , 
1Laboratory of Microbial Ecology and Technology (LabMET), Ghent University, 2Department of Environmental Sciences, Rutgers University

В этой статье

Краткое содержание

Мы демонстрируем извлечение аммония из потока, богатого аммонием, с помощью электрохимической и биоэлектрохимической системы. Обсуждается настройка, эксплуатация реактора и анализ данных.

Аннотация

Потоки, такие как моча и навоз, могут содержать большое количество аммония, который может быть восстановлен для повторного использования в сельском хозяйстве или химии. Извлечение аммония из потока, богатого аммонием, продемонстрировано с помощью электрохимической и биоэлектрохимической системы. Обе системы управляются потенциостатом либо для фиксации тока (для электрохимического элемента), либо для фиксации потенциала рабочего электрода (для биоэлектрохимического элемента). В биоэлектрохимической ячейке электроактивные бактерии катализируют анодную реакцию, в то время как в электрохимической ячейке потенциостат подает более высокое напряжение для производства тока. Текущее и последующее восстановление зарядового баланса в ячейке позволяет транспортировать катионы, такие как аммоний, через катионообменную мембрану от анолита к католиту. Высокий pH католита приводит к образованию аммиака, который может быть удален из среды и захвачен в растворе кислоты, что позволяет восстановить ценное питательное вещество. Поток аммония через мембрану характеризуется при различных концентрациях и токах анолита аммония как для абиотических, так и для биотических реакторных систем. Обе системы сравниваются на основе эффективности тока и удаления аммония, а также затрат энергии, необходимой для передачи аммония через катионообменную мембрану. Наконец, проводится сравнительный анализ с учетом таких ключевых аспектов, как надежность, стоимость электродов и скорость.

Эта видеостатья и протокол предоставляют необходимую информацию для проведения экспериментов по электрохимическому и биоэлектрохимическому восстановлению аммиака. Поясняется настройка реактора для этих двух случаев, а также работа реактора. Подробно рассматривается анализ данных по обоим типам реакторов, а также преимущества и недостатки биоэлектрохимических и электрохимических систем.

Введение

Восстановление ценных продуктов из сточных вод приобретает особое значение как ценные ресурсы истощаются и лечение без восстановления представляет собой лишь стоимость. Сточные воды содержит энергию и питательные вещества, которые могут быть восстановлены, и восстановление питательных веществ может помочь, чтобы закрыть производство петлю 1. Восстановление энергии через анаэробного сбраживания является хорошо установленный процесс, в то время как восстановление питательных веществ реже. Восстановление питательных веществ из потоков жидких отходов, таких как моча и навоз было широко изучено, например, за счет производства струвита и прямой зачистки аммиака 2,3. Тем не менее, потребность в химическом того является недостатком этих процессов 4. Здесь мы представляем технику для восстановления катионных питательных веществ из отходов, в том числе как калий и аммоний. Катионной форме этих питательных веществ позволяет восстановить с помощью ионоселективных мембран в электрохимической системе. В этом случае, electrochemicаль система состоит из анодной камеры (где происходит окисление), катодную камеру (где происходит восстановление) и ионов мембрана для разделения отсеков. Напряжение, приложенное к ячейке для получения тока от анода к катоду. Это напряжение может быть сгенерирован с помощью внешнего источника питания, чтобы ездить окисление воды и реакции восстановления. Альтернативно анодное окисление, например, из органических, может быть, катализируемой электроактивных бактерий, требующих меньше энергии. Чтобы закрыть контур и поддерживать баланс заряда, и заряженные частицы должны мигрировать между электродами для каждого электрона, генерируемого. Аммоний транспорт из анодной камеры в катодную камеру через катионообменную мембрану (CEM), таким образом, компенсировать поток электронов 4,5.

Техника, представленная здесь, не только удаляет аммоний из отходов, но и позволяет его восстановления. Общий азот аммиака (TAN) существует в равновесии как Аммонаий (NH + 4) и аммиак (NH 3), и зависит от рН и температуры 6. NH + 4 имеется в изобилии из-за высокой концентрации TAN и близким к нейтральному рН в анодной камере и положительно заряженных этого вида, следовательно, можно управлять током через СЕМ в катодную камеру. В настоящее время управляет уменьшение воды на катоде, что приводит к получению гидроксид-ионов и газообразного водорода. TAN равновесие смещается почти до 100% NH 3 в связи с высоким рН в катодной камере (> 10,0). NH 3 представляет собой газ, который может быть легко переведен с помощью циркуляции воздуха из десорбера в абсорбционную колонну, где он удерживается и концентрировали в растворе кислоты.

Эта технология имеет потенциал, чтобы уменьшить токсичность аммония во время анаэробного сбраживания N богатых потоков, как навоз, тем самым увеличивая извлечение энергии из этих отходов, в то же времявыздоравливающие питательные вещества 4. Электрохимическое и биоэлектрохимических извлечение аммония также могут быть применены в качестве питательных веществ для восстановления техники на отходов с высоким содержанием TAN, таких как моча, таким образом, избежать затрат на удаление питательных веществ в КОС 7.

Протокол, представленные здесь, могут служить в качестве основы для различных электрохимических и биоэлектрохимических экспериментов, как мы используем модульного реактора. Различные типы электродов, мембран и толщины рамы могут быть объединены, как описано в приведенной ниже протоколом. Основной целью протокола является создание средства для сравнения электрохимического восстановления аммония и био-электрохимическое восстановление аммония с использованием электролизера. Системы оцениваться с точки зрения эффективности добычи, потребляемой мощности и воспроизводимости.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Сборка реактора и подключение на вскрышные работы и поглощения единиц

  1. Соберите все необходимые материалы, чтобы построить реактор: электроды, рамы и каучуки (список материалов). Аккуратно вырежьте все детали, те же размеры, чтобы избежать утечек при сборке реактора.
  2. Просверлите отверстия в реакторных отсеков, чтобы соответствовать между мужчинами разъема. Дрель один дополнительный отверстие в середине стороны одной из реакторных отсеков в соответствии электрод.
  3. Подготовьте запас 1 MH 2 SO 4 для абсорбционной колонны. Увеличьте эту концентрацию, необходимую для размещения более высокие нагрузки аммиака.
  4. Убедитесь, что мембрана предварительно обрабатывают в соответствии с инструкциями изготовителя. Предварительной обработки углеродный войлок электрод, погрузив его в 2 мМ ЦТАБ (моющего средства) в течение 3 мин. Промойте углеродный войлок деминерализованной водой 8. Стабильный анод для электрохимических экспериментов не требуют PRetreatment.
  5. Стек различных частей реактора для того, в зависимости от типа реактора. Для биореактора: плексиглас концевой пластинки, Резина, нержавеющая сталь ток коллектора, предварительно обработанные графитового войлока, Perspex реакторного отсека, резину, катионообменной мембраны, резины, материал прокладки, электрод сетка из нержавеющей стали, резины, Perspex реакторного отсека, резину, Perspex торцевую крышку
  6. Стек части реактора для электрохимической ячейке следующим образом: Perspex торцевую крышку, резины, IROX анод через торцевую пластину, Perspex реакторного отсека, резины, прокладка, каучук, катионообменной мембраны, резины, материал прокладки, электрод сетка из нержавеющей стали, резины, плексигласа реактора купе, резина, плексиглас лобовая плита.
  7. Использование тефлон для уплотнения соединения портов реактора. Поместите электрод сравнения в том же отделении, в качестве рабочего электрода: анод в случае биоэлектрохимических клетки, катода или анода в случае электрохимической ячейки.
  8. Используйте гайки иБолты, чтобы закрыть реактор. Затянуть болты на противоположных сторонах, чтобы уравнять давление. Не пользуйтесь инструментами, чтобы закрыть реактор, как от руки достаточно, чтобы обеспечить реактор полностью решена.
  9. Заполните реактор с водой, чтобы проверить, если реактор утечек. Если появляются утечки, проверьте болты затянуты достаточно или если одна из частей реактора было перемещено во время сборки реактора. Если утечки не обнаружены, слейте воду из реактора.
  10. Добавить кольца Рашига и в колонке полосы и поглощения, чтобы заполнить столбцы наполовину.
  11. Калибровка расход всех насосов. Подключите подачи и рециркуляции насосов в реактор и воздушного насоса к зачистки и поглощения единиц (рис 1). Сведение к минимуму длину трубопровода как можно больше.
  12. Заполните абсорбционной колонны с 250 мл 1 М H 2 SO 4, она должна охватывать кольца Рашига. Убедитесь, что воздушный поток смешивается кислоты хорошо, когда насос включается. Увеличение или уменьшить объем кислоты на основе зачистки колонке дизайн и воздушного насоса мощностью.

figure-protocol-1
Рисунок 1. Установка Реактор для биоэлектрохимических системы, позволяющей извлечение аммония. Система, представленная здесь работает в непрерывном режиме. Сплошные линии представляют поток жидкости, пунктирные линии представляют поток газа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

figure-protocol-2
Рисунок 2. Установка Реактор для биоэлектрохимических системы, позволяющей извлечение аммония. Система, представленная здесь работает в непрерывном режиме. Сплошные линии представляют поток жидкости, пунктирные линии представляют поток газа.ww.jove.com/files/ftp_upload/52405/52405fig2large.jpg "TARGET =" _ пустое "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

figure-protocol-3
Рисунок 3. конструкции реактора кадров Perspex. Каждый реактор состоит из двух шайбами ​​реакторов и 2 реакторных отсеков. Все части имеют толщину 2 см. Подробная информация о численности других материалов можно найти в списке материалов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

2. Bioanode Driven Добыча

  1. Подготовка СМИ.
    1. Подготовка анолита для биореакторе, как описано в таблице 1 9. Увеличение концентрации аммония в среде для имитации обогащенный азотом поток отходов.
    2. Чтобы сохранить МЕДИмкм до использования, автоклав среды, чтобы обеспечить источник углерода не исчерпаны в результате загрязнения. Подготовка витамины и микроэлементы в соответствии с таблицей 1 и добавить после автоклавирования и охлаждения среды.
    3. Флеш среды путем продувки газообразным азотом в течение по крайней мере 30 мин для удаления кислорода. Чтобы сделать это, вставьте трубку или иглы в среде и превратить в потоке газообразного азота.
    4. Подготовка проводящий решение, как католита. В этом случае, используют 0,1 М NaCl, чтобы каустической.
Компонент Количество
Na 2 HPO 4 6 г / л
KH 2 PO 4 3 г / л
NaCl 0,5 г / л
NH 4 Cl 0,5 г / л
MgSO 4 · 7H 2 O 0,1 г / л
CaCl 2 · 2H 2 O раствор (14,6 г / л) 1 мл
Ацетат натрия 2 г / л (для запуска)
Рассеянные элементы 1 мл
Витамин решение 1 мл
Микроэлементы (1,000x) г / л Витамины (1,000x) г / л
CoCl 2 0,1 биотин 0,004
Na 2 MoO 4 · 2H 2 O 0,01 фолиевая кислота 0.004
H 3 BO 3 0,01 пиридоксина гидрохлорид 0,02
Mg 2 Cl 2 · 6H 2 O 3 рибофлавин 0,01
ZnCl 2 0,1 тиамин гидрохлорид 0,01
CaCl 2 · 2H 2 O 0,1 никотиновая кислота 0,01
NaCl 1 Пантотенат DL-кальция 0,01
нитрилотриуксусная кислоты 1,5 Vit B12 0,0002
AlCl 3 · 6H 2 O 0,01 р аминобензойной кислоты 0,01
CuCl 2 0,01 липоевая (тиоктовой) кислоты 0,01
FeCl 2 0,1 мио -inositol 0,01
MnCl 2 · 2H 2 O 0,5 холина хлорид 0,01
Отрегулируйте до рН 6,5 с помощью КОН ниацинамид 0,01
пиридоксаль гидрохлорид 0,01
аскорбат натрия 0,01

Таблица 1. Анолит композиция для био-анод приводом добычи селитры.

  1. Прививка биореактора
    Примечание: Работа в стерильных условиях не является необходимым для этого биореактора, так как смешанные культуры посевной используется и условия в реакторе будет выбирать для конкретных электроактивных организмов.
    1. Подготовка посевного. Для этого биореакторе, готовят 30 мл смеси сточных вод от активных анаэробных биореакторах, включая ферментере, Bioanode, метантенковый и / или необработанных сточных вод. Собирают смеси в шприц.
    2. Подключение мешок, наполненный газа N 2 к бутылке анолита, чтобы сохранить давление стабильны, а не позволяет ввести кислород. Смешайте источник посевной с объемом анолита (здесь, 100 мл анолита в течение 30 мл источника инокулята) опорожнения шприца с инокулята в средней бутылки. Будьте уверены, чтобы получить объем, необходимый для заполнения анодного отсека.
    3. С помощью шприца, заполнить анодом и катодом отсек одновременно с их соответствующими растворами. Подключение мешок, наполненный газа N 2 к бутылке анолита, так что анолит раствор может быть удален через порт для отбора проб без введения кислорода. Закройте порт пробы с краном между переводов.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Выполните этот шаг вместе с коллегой, чтобы обеспечить, что оба реакторных отсеков заполнены одновременно.
    4. Когда оба реакторных отсеков заполнены, включитециркуляционный насос со скоростью рециркуляции приблизительно 6 л / час.
    5. Подключите потенциостата кабель с тремя электродами, с помощью анода в рабочем электроде. Поместите электрод в анодном отделении.
    6. Включите потенциостата в режиме хроноамперометрии с помощью программного обеспечения Потенциостат. Выбор фиксированной анода потенциал -200 мВ относительно Ag / AgCl.
  2. Запуск реактор непрерывного действия для извлечения аммония
    ПРИМЕЧАНИЕ: По мере развития биопленки, ток будет производиться с потреблением ацетата. Как следствие ацетата истощения, ток падает (см Результаты сечение, рисунок 3).
    1. Чтобы перейти к непрерывной подачи, переключение на подающего насоса для анода и катода. Скорость насоса будет определять гидравлическим время пребывания (HRT). Здесь эксплуатировать реактор при HRT 6 ч.
    2. Включение воздушного насоса полосы и поглощения блока. Рециркуляцию воздуха в замкнутом контуре, или циркулируют вразомкнутого контура с помощью окружающего воздуха. Конфигурация воздушного потока может повлиять на эффективность поглощения.
    3. Обновите среднего три раза в неделю. Подготовка свежий анолита и католита, как описано в шагах 2.1.1-2.1.4.
    4. После выполнения этих шагов, приложите мешок наполненный газом с N 2 к бутылке закрытой подачи, остановить насос подачи, положить зажим на влиятельных линии, переключать старые и новые бутылки и, наконец, снять зажимы и снова запустить насос.
    5. Каждый раз, когда подача свежей, принимают 5 мл жидких проб из вытекающего потока и втекающий анолита и католита для измерения проводимости, рН, содержание ацетата аммония и концентрации.
    6. При изменении подачи, а также принимать 3 мл образца абсорбционной колонны, чтобы контролировать рН и для анализа TAN. Когда рН приближается 4, заменить абсорбент со свежим раствором 1 М серной кислоты, чтобы гарантировать высокую эффективность поглощения.
    7. Как тока сначала будет увеличиваться, а затем достичь плато, измерьте тузТейт содержание в анолита заборах и сточных вод, чтобы обеспечить это не обусловлено ограниченностью углерода: ацетат концентрации в анолита сточных вод ниже 100 мг / л указывают ограничение углерода. Увеличение концентрации ацетата в сырье в этом случае (Таблица 2).
    8. Если ток стабилизации не вызвано ацетата ограничений, постепенно увеличивать концентрацию аммония в сырье, и ждать стабилизации тока с целью оценки эффективности экстракции (таблица 3).
      ПРИМЕЧАНИЕ: В концентрация ионов аммония увеличивается токсичность аммиака и высокая проводимость будет оспаривать биопленки и ток будет в конечном итоге падение, как следствие.
Время Количество ацетата натрия добавляют в корм анода (г / л)
День 0 - день 35 2
День 35 - День 37 3
День 37 - День 51 4
День 51 - День 61 5

Таблица 2. Концентрации ацетата натрия в анолита для bioanode приводом экстракции аммония.

Время Количество NH 4 HCO 3 добавляется в корма анода (г / л) Фаза
День 0 - день 16 2.26 Я
День 16 - День 26 4,5 II
День 26 - День 33 9 III
День 33 - День 40 14,1 IV
День 40 - День 47 20 V
День 47 - День 54 25,4 VI
День 54 - День 63 31 VII

Таблица 3. Концентрация аммония в анолита для bioanode приводом экстракции аммония. Фазы указано на графике плотности тока (фиг.2).

3. Электрохимический Добыча

  1. Подготовка СМИ
    1. Подготовьте синтетический поток сточных вод, как анолита в соответствии с таблицей 4 4. Добавить сульфат аммония до конечной концентрации 1, 3 или 5 г N / л.
    2. Подготовьте 0,1 М раствора NaCl для католита.
Компонент Количество
Na 2 HPO 4 · 2H 2 O 1,03 г / л
KH 2 PO 4 0,58 г / л
MgSO 4 · 7H 2 O 0,1 г / л
CaCl 2 · 2H 2 O 0,02 г / л
(NH 4) 2 SO 4 В зависимости от эксперимента, чтобы получить 1/3/5 г N / L конечной концентрации

Таблица 4. Анолит композиция для извлечения электрохимический аммония 4.

  1. Запуск реактор непрерывного действия для извлечения аммония
    1. Включите питающий насос для заполнения реакторных отсеков. Чтобы ускорить процесс временно увеличить скорость насоса.
    2. Уменьшение скорости насоса, чтобы получить HRT из 6 ч после того, как реактор заполнен. Включение рециркуляционного насоса со скоростью 6 л / ч. Возьмем образец втекающего (5 мл).
      ПРИМЕЧАНИЕ: периодически измерять скорость потока на протяжении всего экспериментачтобы убедиться, что он не меняется.
    3. Начните полосы и поглощения блок. Использование данного устройства является такой же, как в биореактор.
    4. Включите потенциостата в режиме хронопотенциометрии с помощью программного обеспечения Потенциостат. Первый применить низкой плотности тока около 0,5 А / м для поляризации мембраны и определить поток азота за счет диффузии в покое.
    5. Когда система была поляризованный в течение 24 ч, применяют плотность тока, необходимого для эксперимента. Проверьте различной плотности тока, как правило, от 10 A / м² до 50 А / м. Возьмите образцы анодом и катодом сточных вод, а также абсорбционной колонны до увеличения плотности тока.
      ПРИМЕЧАНИЕ: После 3 циклов ЗГТ, реактор должен подойти устойчивого состояния.
    6. После того, как реактор достигнет устойчивого состояния, принимают по меньшей мере, три пробы по времени конечно. Отбор проб из анода и катода сточных вод, а также абсорбционной колонны (5 мл каждая). Запишите объем выборки, дату и время.
    7. В зависимости от устойчивости анодного втекающий, принять новый образец анода втекающего в случае необходимости. Это необходимо, когда используется в реальном сточных вод.
    8. Изменить условия испытаний, таких как прикладная плотности тока и концентрации TAN. После каждого изменения, пусть реактор стабилизироваться в течение, по крайней мере 3 HRTS До взятия пробы.
    9. Когда рН абсорбционной колонны приближается 4, заменить абсорбент со свежим раствором 1 М серной кислоты.

4. Анализ проб

  1. Измерьте рН и проводимость образцов в тот же день, как выборка, чтобы уменьшить неточности из-за потери летучих аммиака. Измерьте рН и проводимость, используя адекватно калиброванные рН и удельной проводимости.
  2. Если образец не измеряется непосредственно, хранить образцы для анализа (TAN обоих реакторах) и анализа жирных кислот (биореактор) при 4 ° С. Образцы фильтров из биореактора анода сточных вод и заборах через 0,45 мкм фильтры повторнодвигаться биомассы и помочь сохранить жирные кислоты. Заполните все пробирки с образцами к краю, чтобы минимизировать NH 3 потери.
  3. Измерение азот в качестве TAN стандартным методом паровой дистилляции или любой другой надежный метод для измерения ОКЧ 10.
  4. Измерьте жирные кислоты как ацетат от любого надежного метода, такие как ионной хроматографии или газовой хроматографии 11.

5. Анализ данных и расчеты

  1. Экспорт файла данных Потенциостат из программного обеспечения и импортировать их в программу электронных таблиц. Рассчитать средние за час электрохимические переменные, чтобы уменьшить количество точек данных и сгладить кривые при построении их.
  2. Соберите все измеренные данные (рН, аммиак, ЛЖК) в одном файле данных для вычислений. Расчеты описано в разделе результатов.
  3. Рассчитайте текущую добычу на биореакторе. Это лучше всего представить в виде плотности тока, которая рассчитывается следующим образом (уравнение 1,12):
    figure-protocol-4 Уравнение 1
    с J, как плотность тока, I абсолютной тока, а проектируемого участка поверхности электрода. В некоторых программ можно иметь это автоматически путем ввода площади поверхности анода до начала эксперимента.
  4. Рассчитать параметры, связанные с добычей селитры
    1. Рассчитать поток азота. Нормализация поток азота (г N / м² / г) области поверхности мембраны, то выражается в плотности тока (I N). Использование этого значения для вычисления CE (уравнение 2, 3 и 4):
      figure-protocol-5 Уравнение 2
      где С, в (г N / L) и C, из (г N / л) измеренные концентрации аммония входит и выходит анодного отделения,соответственно. Q (L / D) является расход анода и (м 2) площадь поверхности мембраны (равно прогнозируемого анодом и площади поверхности катода).
    2. Представьте поток азота в качестве плотности тока (I N, / м²):
      figure-protocol-6 Уравнение 3
      где г NH4 + (-) есть заряд NH 4 +, F постоянная Фарадея (96485 С / моль) и М молекулярная масса азота (14 г / моль).
    3. Рассчитайте текущую эффективность (CE,%) в виде:
      figure-protocol-7 Уравнение 4
      где я применил (/ m²) является применены (электрохимический добычи) или измерить (биоэлектрохимических добыча) плотность тока.
    4. Рассчитать поток теоретических азота. Рассчитайте максимальную теоретическую азотапоток (J N, Макс, г N / м² / d) для данного прикладной области текущего и поверхности мембраны (уравнение 5):
      figure-protocol-8 Уравнение 5
    5. Рассчитать эффективность удаления азота (RE,%). См процент аммиака, который удаляется из анолита в качестве эффективности удаления. Рассчитать от анодного заборах и сточных вод концентрации TAN (уравнение 6).
      figure-protocol-9 Уравнение 6
    6. Рассчитайте максимальную теоретическую эффективность удаления азота (RE макс,%) для данного влиятельных TAN нагрузки и применяется текущий (уравнение 7):
      figure-protocol-10 Уравнение 7
      где J N, применяются (г Н · м -2 г - 1) применяется плотность тока выражается в виде потока азота.
  5. Рассчитать соотношение газ / жидкость, как (Уравнение 8):
    figure-protocol-11 Уравнение 8
  6. Рассчитайте максимальную мощность абсорбционной колонны. Рассчитайте максимальную теоретическую N нагрузку на абсорбционной колонны от максимального потока теоретической азота J Nmax, концентрации TAN в сточной (моль / л), время работы т, площадь поверхности мембраны A, и объема абсорбента V ( Уравнение 9):
    figure-protocol-12 Уравнение 9
  7. Рассчитать эффективность отгонки SE (%) (уравнение 10):
    figure-protocol-1360; Уравнение 10
  8. Вычислить энергию вход для извлечения аммония через катионообменную мембрану (Е Н, выраженное в кВтч / кг) N (уравнение 11):
    figure-protocol-14 Уравнение 11
    С Dgr; v измеренной разности потенциалов между анодом и катодом. В случае биореактора, у Av был рассчитан как среднее за период выборки, для электрохимического реактора в среднем за весь пробег принимается.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Хроноамперометрии приводит из биореактора

Результаты хроноамперометрии, рассчитывают по уравнению 1, показывают типичный график для непрерывного реактора (фиг.4). В начале эксперимента, анод и катод были работать в режиме рециркуляции. Это позволяет биопленку на разработку и начало текущего производства. После 5 дней эксплуатации, плотность тока достигает максимума, а затем к уменьшению действующего производства. Это указывает на то, что биопленка не хватает...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Эта рукопись предоставляет необходимые инструменты для настройки биоэлектрохимических и электрохимическую ячейку для восстановления аммония. Расчеты, представленные в разделе результатов обеспечивают параметры для оценки производительности системы. Биологические и электрохимические системы схожи в настройке и функции. Основное различие между этими двумя системами является выбор фиксированного тока для электрохимического элемента по сравнению с фиксированной потенциала анода на биоэлектрохимических установки. Фиксированн...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Эта работа была поддержана грантом BOF для SG от Гентского университета. AL поддерживается Университетом Рутгерса NSF Fuels-IGERT. SA поддерживается проектом Рамочной программы 7 Европейского Союза «ProEthanol 2G». SA и KR поддерживаются Многопрофильным исследовательским партнерством (MRP) Гентского университета «Биотехнология для устойчивой экономики» (01 MRA 510W). JD поддерживается грантом IOF Advanced (F2012/IOF-Advanced/094). KR поддерживается стартовым грантом ERC "Electrotalk". Авторы благодарят Тима Лакуэра за разработку художественной фигуры ТОС, Робина Деклерка за создание полосы и абсорбционных колонн и Кун Го за предоставление источника инокулюма.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Карбоновый войлок толщиной 3,18 ммAlfa AesarALFA43199используется в качестве биоанода, 110  мм x 110 
мм Ti-электрод с покрытием Ir MMO Магнето специальные аноды (Нидерланды)Используется в качестве стабильного анода для электрохимических испытаний
Сетка из нержавеющей сталиSolana (Бельгия)RVS 554/64: материал AISI 316L, ширина ячеи: 564 мкм, толщина проволоки: 140 мкм, количество ячеек: 36,6Используется в качестве катода, 110  мм x 110  мм
Пластина из нержавеющей сталиSolana (Бельгия)inox 304 лист, толщина: 0,5 ммИспользуется в качестве токосъемника для биоанода
Ag/AgCl Электрод сравненияBio-Logic (Франция)A-012167 RE-1B
Potentiostat (VSP Multipotentiostat) Bio-Logic (Франция)
EC LabBio-Logic (Франция)программное обеспечение для проведения электрохимических измерений
Cation Exchange MembraneMembranes International (США)Ultrex CMI-7000Предварительно обработанная в соответствии с инструкциями производителя
Турбулентная промоторная сеткаElectroCell Europe A/S (Tarm, Дания)EPC20432-PP-2материал прокладки, 110 мм x 110 мм
СоединителиSerto1,281,161,120Возможны другие размеры, в зависимости от типа трубки и размера отверстий в рамах
Полоса и абсорбционная колоннаВнутреннее исполнение
ТрубкаMasterflexHV-06404-16
Газовый мешокKeika VenturesГазовый мешок Kynar с клапаном Робертса
Кольца RashigGlasatelier Saillart ( Бельгия)Кольца Рашига 4 x 4 ммПоместите внутрь полосы и абсорбционной колонны для улучшения контакта воздуха с жидкостью. Доступно у многих поставщиков
Резиновый листВырезается по размеру на рамы из плексигласа
Perspex рамы для реакторовVlaeminck, BeernemСобственная разработка, смотрите вкладку "Рамы для реакторов" в этом файле

Ссылки

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

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Электрохимически и Bioelectrochemically Индуцированные аммония Recovery
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.