Электрохимически и Bioelectrochemically Индуцированные аммония Recovery

Общая цель данного эксперимента заключается в исследовании восстановления питательных веществ из богатых азотом потоков с использованием электрохимического или биоэлектрохимического подхода. Первый подход достигается за счет пропускания потока через электрохимическую систему, которая после окисления воды создает движущую силу, которая может быть использована для потока заряда аммония с анодной стороны через ионообменную мембрану на катодную сторону. В качестве второго шага высокий pH на катодной стороне приводит к преобразованию аммония в летучий аммиак.

Высокий уровень селективности ионообменной мембраны позволяет создавать чистый поток аммиачного водорода. Затем катонасос циркулирует через отпарную и абсорбционную колонну для улавливания аммиака в кислой среде. Электрохимическая экстракция также может быть вызвана биоэлектрохимическими процессами, где развитие биопленки на аноде позволяет превращать органические вещества, присутствующие в потоке отходов, в углекислый газ, протоны и электроны.

Это, опять же, приведет к тому, что поток аммония будет направляться от анода к катоду. Результаты показывают, что оба подхода могут извлекать питательные вещества из богатых азотом потоков, таких как моча. Традиционный подход к нитрификационной денитрификации при очистке сточных вод берет аммиак из сточных вод и превращает его в газообразный азот, который возвращается в атмосферу, поэтому мы теряем азот.

Преимущество нашего подхода заключается в том, что мы берем аммиак и восстанавливаем его в чистом виде, чтобы мы могли что-то с ним сделать. Мы можем использовать его повторно или преобразовать в другой продукт. Второе преимущество нашего подхода заключается в том, что мы используем электричество в качестве движущей силы.

По сути, это чистый и дешевый источник энергии, и он позволяет избежать использования химикатов. Демонстрировать процедуру будут Сильвия Хильде Бейн и Стивен Андерсон. Оба аспиранта из моей лаборатории перед началом этой процедуры собирают все необходимые материалы для строительства реактора, включая электроды, рамы и резину.

Убедившись, что мембрана предварительно обработана в соответствии с инструкциями производителя, предварительно обработайте углеродный войлочный электрод, замочив его в двухмиллимолярном ацетилтриметиламмонийбромиде или A-C-T-A-B на три минуты. Затем промойте угольный войлочный электрод деминерализованной водой. После этого сложите различные части реактора в соответствии с типом реактора.

Затем штабелируйте детали реактора для электрохимической ячейки. С помощью гаек и болтов закройте реактор и вручную затяните болты с противоположных сторон, чтобы выровнять давление. Загерметизируйте соединительные отверстия реактора с помощью тефлона.

Убедитесь, что порт правильно затянут. Поместите электрод сравнения в тот же отсек, что и рабочий электрод. Затем наполните реактор водой, чтобы проверить, нет ли в нем утечек.

Если наблюдаются утечки, проверьте, достаточно ли затянуты болты или не сдвинулась ли одна из частей реактора во время сборки реактора. Если утечки не обнаружены, слейте воду из реактора. Подсоедините питательный и рециркуляционный насосы к реактору, а воздушный насос — к блокам отпарки и абсорбции.

Заполните абсорбционную колонку 250 миллилитрами одной молярной серной кислоты, чтобы покрыть кольца че. Убедитесь, что Airstream хорошо перемешивает кислоту при включении насоса. После приготовления растворов аналита и каталита промойте аналит путем продувки газообразным азотом в течение не менее 30 минут для удаления кислорода.

Для посевного материала приготовьте 30 миллилитровую смесь сточных вод из активных анаэробных биореакторов, включая биоанод. Наберите смесь в шприц. Далее подсоедините к баллону с аналитом газовый мешок, наполненный азотом.

Для того, чтобы поддерживать стабильное давление, при этом не допуская попадания кислорода. Смешайте источник инокулюма с объемом анализируемого вещества, опустошив шприц с инокулюмом в бутылку со средой с помощью шприца, заполненного анодным и катодным отсеками одновременно их соответствующими растворами. Когда оба реакторных отсека будут заполнены, включите рециркуляционный насос со скоростью рециркуляции примерно шесть литров в час.

После этого подключите кабель статического напряжения к трем электродам, используя анод в качестве рабочего электрода. Включите потенциальную характеристику в режиме хроноаберрометрии. Используя программное обеспечение для статистики потенциалов, выберите фиксированный анодный потенциал, равный отрицательным 200 милливольтам, по сравнению с электродом сравнения из серебра и хлорида серебра, чтобы перейти на непрерывную подачу.

Включите питательный насос для анода и катода в гидравлическом доме. Время шестичасового включения воздушного насоса полосового и абсорбционного агрегатов. Затем рециркулируйте воздух в замкнутом контуре.

Обновляйте среду три раза в неделю свежим аналитом и каталитом, как описано в тексте. Приложите газовый мешок, наполненный азотом, к закрытой бутылке с кормом. Остановите питательный насос и установите зажим на линию сброса.

Затем поменяйте местами старую и новую бутылки. Снимайте зажимы и перезапускайте насос каждый раз, когда подача обновляется. Удалите пять миллилитровых жидких проб сточных вод и сточных вод анализируемого и каталита для измерения проводимости, содержания ацетата pH и концентрации аммония.

Кроме того, удалите трехмиллилитровую пробу абсорбционной колонки для контроля pH и для анализа общего аммонийного азота или загара. Когда pH приблизится к четырем, замените абсорбент AB свежим раствором серной кислоты с одним моляром, чтобы обеспечить высокую эффективность абсорбции. Если стабилизация тока не вызвана ограничениями по ацетату, увеличьте концентрацию аммония в питании и дождитесь стабилизации тока.

Чтобы оценить эффективность экстракции для электрохимической экстракции, подготовьте поток синтетических сточных вод в качестве аналита в соответствии со следующей таблицей. Добавьте сульфат аммония до достижения конечной концентрации в пять граммов азота на литр. После этого включите питательный насос для заполнения отсеков реактора, уменьшите частоту вращения насоса, чтобы получить гидравлическое время пребывания в течение шести часов.

Как только реактор будет заполнен, как и раньше, включите рециркуляционный насос со скоростью шесть литров в час. Затем удалите пятимиллилитровый образец жидкости в беглом режиме после запуска полоски и абсорбционного блока. Включите потенциальную статистику в режиме хронометрии с помощью программного обеспечения потенциальной статистики.

Во-первых, примените низкую плотность тока около 0,5 NPI на квадратный метр в течение 24 часов, чтобы поляризовать мембрану и определить поток азота, обусловленный только диффузией. Когда система будет поляризована в течение 24 часов, примените необходимую для эксперимента плотность тока, обычно варьирующуюся от 10 ампер на метр в квадрате до 50 ампер на квадратный метр. Как только реактор достигнет устойчивого состояния, отберите не менее трех пятимиллилитровых проб в течение определенного периода времени из анода и катодного стока, а также из абсорбционной колонны.

Результаты хронопорометра показывают типичный график для реактора непрерывного действия. Переход на непрерывную работу на шестой день привел к непрерывному увеличению текущей добычи до тех пор, пока между 12 и 16 днем не было достигнуто плато в 3,5 ампера на квадратный метр. Хорошо видно влияние дневной и ночной температуры на текущее производство.

Например, с 42 по 46 день концентрацию аммония в корме увеличивали в несколько приемов. Увеличение тока было связано с увеличением проводимости анодного сырья, в котором добавление бикарбоната аммония увеличивало концентрацию ионов и, следовательно, проводимость. Напряжение ячейки для электрохимической системы выше, чем для биореактора.

В основном это связано с более высоким анодным потенциалом, необходимым для электрохимического окисления воды до кислорода. Поток азота для биореактора выше, чем для электрохимической системы. Это можно объяснить более низкой щелочностью исходного материала электрохимической системы, что приводит к более низкому аналитическому pH h.

Это привело к более высокой конкуренции между аммонием и протонами за восстановление баланса заряда на мембране. Этот метод в настоящее время прокладывает путь для инженеров-экологов к изучению биологического и небиологического электрохимического восстановления заряженных веществ из потоков отходов, таких как состояние анаэробного разложения. В частности, мы показали, что биологический подход требует меньше энергии, но может страдать от несколько меньшей надежности и более длительного времени запуска.

Чисто электрохимический подход может обеспечить такую надежность, но он будет стоить несколько дороже. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как настроить биохимическую систему для восстановления аммония из сточных вод. Вы должны быть в состоянии построить прочную и негерметичную биохимическую ячейку, и они снимают абсорбционную установку для восстановления аммиака.