溶液或废水的处理制造技术

一种处理包含有机物质或无机物质的废水流的方法，其包含将废水流通向生物电化学系统的阳极或阴极从而改变废水流的ｐＨ使得：ａ）降低通向阳极的流的ｐＨ来最小化或抑制溶解的阳离子的沉淀；或ｂ）提高通向阴极的流的ｐＨ以产生碱性流；或ｃ）降低通向阳极的流的ｐＨ以产生含酸的流。在一个实施方案中，在阴极处制备苛性钠溶液并将其回收用于储存和随后的利用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
一方面，本专利技术涉及处理废水流的方法。另一方面，本专利技术涉及形成酸性溶液或碱性溶液的方法。
技术介绍
许多工业需要大量的苛性钠和/或盐酸用于其操作。代表性地，苛性钠通过氯碱工艺制得，在该工艺中NaCl盐水被电解。在这方面使用3种主要的方法水银电解槽工艺(也称为Castner-Kellner工艺)、隔膜电解槽工艺和膜电池工艺。后者采用纳菲昂 (Nafion)阳离子交换膜来分隔阴极和阳极反应。只有钠离子和一些水通过所采用的膜。盐酸在工业上通过两种方法制得。第一，在氯碱工艺过程中其在阳极处形成，在阳极处氯化物转化为氯气，氯气与氢气重新结合为HCl :C12+H2 —2HC1。作为在制备例如聚四氟乙烯(Teflon)和PVC过程中的副产品，盐酸也可通过有机地合成。苛性钠和盐酸都广泛用于工业中，经常用于调节废物流的pH。例如，纸和纸浆工业采用大量的盐酸来防止钙结垢，而苛性钠也被用于移除专用反应器中的钙。生物电化学系统例如微生物燃料电池和微生物电解池，通常被认为是从废水中存在的有机物质产生能量的有希望的未来技术。工业、农业和生活废水代表性地包含溶解的有机物，其需要在排放至环境前被移除。代表性地，这些有机污染物通过需氧处理而得到移除，这可采用大量的用于充气的电能。最近，生物电化学废水处理作为从废水产生能量的可能引起关注的技术而涌现。 生物电化学废水处理基于电化学活性微生物的使用，当它们氧化(并因此移除)废水中的有机物质时，这种处理将电子传输到电极(阳极)。可通过将微生物的微生物阳极与进行还原反应的对电极(阴极)电连接来完成生物电化学的废水处理。由于在阳极和阴极之间的这种电连接，可发生电极反应并且电子可从阳极流向阴极。生物电化学系统可作为燃料电池(在这种情况下产生电能)或作为电解槽(在这种情况，向生物电化学系统供应电能) 来操作(Rozendal,R. Α. ,H. V. Μ. Hamelers,K. Rabaey, J. Keller,and C. J. N. Buisman. 2008. Towards practical implementation of bioelectrochemicalwastewater treatment. Trends in Biotechnology 26 :450-459)。生物电化学系统中的阳极反应产生质子或消耗氢氧离子，这可酸化围绕阳极的生物膜并且负面地影响生物电化学系统的性能。已经建议，向电解质中添加缓冲剂或增加在生物电化学系统中使用的电解质的缓冲强度可导致从生物电化学系统获得的电流密度的显著增长(Liuet al Environmental Science and Technology 2008)。相应地,传统的知识试图避免在生物电化学系统阳极室中的电解质的酸化。在一项研究中于反渗透浓缩物的背景下提到了由于酸化/碱化作用在阳极和/或阴极处可能的抑菌效果(Clauwaert and coworkers, AppliedMicrobiology and Biotechnology 2008)0在国际专利申请W02008109962中提出了这个问题的一种可能的解决方法，其全文通过交叉引用在此处并入本文。在这篇国际专利申请中，描述了一种微生物燃料电池，其中向阳极室供给废水，并且随后将废水从阳极室输送到阴极室。由于可在阳极室中已经形成的任何酸度都被阴极室中的竞争反应所破坏，溶液的酸化得以避免。在国际专利申请 W02008109962中描述的装置和方法提供了一种非常合适的通过在生物电化学系统中处理废水流而产生电能的装置和方法。另一种普遍的解决方法是省略分隔阳极和阴极的膜(Liu，H.，andB. E. Logan. 2004, "Electricity generation using an air-cathodesingIe chamber microbial fuel cell in the presence and absenceof a proton exchange membrane", Environmental Science &Technology 38:4040-4046)。这改进了流体之间的混合并导致了在阳极和阴极之间减少的PH差别。该系统通常遭受从阳极到阴极的燃料透过。
技术实现思路
本专利技术的一些实施方案的目的是提供处理废水流的方法，以产生具有减少的有机物含量和其它所需的性质例如减少的盐含量或溶液中溶解的离子下降的沉淀趋势的废水流。本专利技术的一些实施方案的目的是提供通过还原方法来微生物制备化学物和/或生物化学物的方法。本专利技术的其它实施方案的目的是提供形成酸性溶液或碱性溶液的方法。第一方面，本专利技术提供了处理包含有机物质或无机物的废水流的方法，其包含将废水流通向生物电化学系统的阳极或阴极，所述生物电化学系统具有在阳极处通过微生物来生物催化一种或多种反应的阳极，或者在阴极处通过微生物来生物催化一种或多种反应的阴极，或者在阳极和阴极处均通过微生物来生物催化一种或多种反应的阳极和阴极，从而改变废水流的pH使得a)降低通向阳极的流的pH以最小化或抑制溶解的阳离子的沉淀；或b)提高通向阴极的流的pH以产生碱性流；或c)降低通向阳极的流的pH以产生含酸的废水流。本领域技术人员将会理解，在本专利技术中所使用的生物电化学系统将包括与阳极或与阴极相关的电化学活性的微生物。如本领域技术人员所知，在本专利技术的一个实施方案中，生物电化学系统包含通过离子渗透膜分隔的阳极室和阴极室。适合用于本专利技术的离子渗透膜包括任何可用于生物电化学系统的离子渗透膜(Kim etal.，Environ. Sci. Technol. ,2007,41,1004-1009 ； Rozendal et al. , Water Sci. Technol. , 2008, 57,1757-1762) 这样的离子渗透膜可包括离子交换膜，例如阳离子交换膜和阴离子交换膜。多孔膜例如微孔过滤膜、超滤膜和纳米过滤膜也可用于在本专利技术中使用的生物电化学系统中。离子渗透膜促进了带正和/或负电荷的离子通过膜的输送，这补偿了带负电荷的电子从阳极到阴极的流动，并且因而维持了系统的电中性。也可使用渗透蒸发膜和用于膜蒸馏的膜。阳极和阴极通过电路彼此连接。在一个实施方案中，电路可包含具有非常低电阻的导体使得在一些情况下导体在阳极和阴极之间起到电短路的作用。在另一个实施方案中，电源可包含于电路中。该电源可用于向系统施加电压，这增加了电化学反应发生的速率。在阳极和阴极之间用电源施加的电压可为0-10V，优选0-2V，更优选0-1.0V。这可导致生物电化学单元的0-10，ΟΟΟΑ/m3的生物电化学单元中的体积电流密度，优选10-5，000A/m3 的生物电化学单元，更优选100-2500A/m3的生物电化学单元，和/或0_1，ΟΟΟΑ/m2膜表面积的面积比电流密度，优选l-100A/m2膜表面积，更优选2-25A/m2膜表面积。在本专利技术的不同实施方案中，可向该生物电化学系统供给以下的流或溶液i)可向阳极室供给废水流，并向阴极室供给废水流。这将导致在阳极室中酸化的废水流和阴极室中增加碱度的废水流的形成。向阴极室供给的废水流可不同于向阳极室供给本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种处理包含有机物质或无机物质的废水流的方法，其包括将废水流通入向生物电化学系统的阳极或阴极，所述生物电化学系统具有在阳极处通过微生物来生物催化一种或多种反应的阳极，或者在阴极处通过微生物来生物催化一种或多种反应的阴极，或者在阳极和阴极处均通过微生物来生物催化一种或多种反应的阳极和阴极，从而改变废水流的ｐＨ使得：ａ）降低通向阳极的流的ｐＨ来最小化或抑制溶解的阳离子的沉淀；或ｂ）提高通向阴极的流的ｐＨ以产生碱性流；或ｃ）降低通向阳极的流的ｐＨ以产生含酸的流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·P·H·L·A·拉巴雷，
申请(专利权)人：昆士兰大学，
类型：发明
国别省市：AU