用于從含銨的流體中回收氮的方法及生物電化學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于從含銨的流體中回收氮的方法和一種用于從含銨的流體中回收氮的生物電化學(xué)系統(tǒng)。該方法包括：-提供包含陽極的陽極隔室「提供包含陰極的陰極隔室，-其中通過至少一個(gè)離子交換膜將隔室隔開；-在陽極隔室中提供含銨的流體且在陰極隔室中提供第二流體在陽極和陰極之間施加電壓；并且-從陰極隔室中提取氮。
【專利說明】用于從含銨的流體中回收氮的方法及生物電化學(xué)系統(tǒng)
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于從含銨的流體中回收氮的方法。這樣的方法從流體中提取例 如呈分子氮（N 2)或氨（NH3)形式的氮。例如在污水處理廠中這是重要的，因?yàn)殇@被認(rèn)為是 污染物。
[0002] 用于回收氮的常規(guī)方法包括使用NH3汽提塔。該設(shè)備與氣體洗滌器相似。含銨的 流體接觸逆流的氣流，該逆流的氣流從水中將銨以氨的形式汽提出來。然而，該過程是能源 密集的而且要求大量的化學(xué)品。
[0003] 本發(fā)明的目的是防止或至少減小上述缺點(diǎn)并提供一種用于從含銨的流體中回收 氮的節(jié)能的方法。
[0004] 此目的通過根據(jù)本發(fā)明的用于從含銨的流體中回收氮的方法來實(shí)現(xiàn)，該方法包括
[0005] _提供包含陽極的陽極隔室；
[0006] _提供包含陰極的陰極隔室，其中通過至少一個(gè)離子交換膜將這些隔室隔開；
[0007] -在陽極隔室中提供含銨的流體且在陰極隔室提供第二流體；
[0008] -在陽極和陰極之間施加電壓；并且
[0009] -從陰極隔室中提取氮。
[0010] 在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語"銨"將理解為NH4+離子，術(shù)語"分子氮"將理解為N 2, 以及"氨"將理解為NH3(例如，呈氣相（g)或在溶液中（aq))。術(shù)語"回收氮"將理解為回 收含氮的化合物，諸如分子氮或氨（NH 3)。銨態(tài)氮將理解為NH4+和/或NH3形式的氮。
[0011] 銨離子將從陽極隔室被傳輸穿過離子交換膜。而且，H+離子將在陰極處被消耗，例 如通過還原成氫。由于在陰極處該H +離子的消耗，陰極隔室的pH將升高。這使得能夠通 過根據(jù)以下反應(yīng)形成氨而使氮揮發(fā)且回收：
[0012] NH:+0H -- NH3+H20
[0013] 氨（NH3)能夠通過用諸如O2或H2的氣流吹掃而從陰極隔室中被提?。?br> 【權(quán)利要求】
1. 用于從含銨的流體中回收氮的方法，包括： -提供包含陽極的陽極隔室； -提供包含陰極的陰極隔室，其中通過至少一個(gè)離子交換膜將隔室隔開； -在所述陽極隔室中提供所述含銨的流體且在所述陰極隔室中提供第二流體； -在所述陽極和所述陰極之間施加電壓；并且 -從所述陰極隔室中提取氮。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括提供生物電極作為所述陽極和/或所述陰極的步 驟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，包括在所述陰極隔室中提供具有7以上的pH，優(yōu) 選地8以上的pH，更優(yōu)選地9以上的pH，最優(yōu)選地10以上的pH的所述流體的步驟。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中提取所述氮包括提取氨，所述方法還包括將 所述氨供給到燃料電池的步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中提取所述氮包括提取分子氮，所述方法還包 括提供附加的陽極的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中提供附加的陽極包括在所述陰極隔室中提供所述 附加的陽極。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括以下步驟： -在所述陽極隔室和所述陰極隔室之間提供附加的隔室并將所述附加的陽極布置在所 述附加的隔室中； -通過第一離子交換膜將所述陽極隔室與所述附加的隔室隔開；并且 -通過第二離子交換膜將所述附加的隔室與所述陰極隔室隔開。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的方法，包括將流體從所述陽極隔室供給到包含所述附 加的陽極的隔室的步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，包括將氧氣供給到所述陰極隔室的步驟。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法，包括提供含尿的流體作為含銨的流體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法，包括提供具有> 〇. 5g/L，優(yōu)選地>lg/L， 更優(yōu)選地>5g/L，且最優(yōu)選地>10g/L的銨態(tài)氮濃度的含銨的流體。
12. 用于從含銨的流體中回收氮的生物電化學(xué)系統(tǒng)，包括： -陽極隔室，其包括陽極； -陰極隔室，其包括陰極； -其中通過至少一個(gè)離子交換膜將隔室隔開； -電源，其連接到所述陽極和所述陰極；以及 -附加的陽極。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的生物電化學(xué)系統(tǒng)，其中所述附加的陽極被布置在所述陰極 隔室中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的生物電化學(xué)系統(tǒng)，其中附加的隔室被布置在所述陽極隔室 和所述陰極隔室之間，所述附加的隔室包括所述附加的陽極，其中通過第一離子交換膜將 所述陽極隔室和所述附加的隔室隔開且通過第二離子交換膜將所述附加的隔室和所述陰 極隔室隔開。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12、13或14所述的生物電化學(xué)系統(tǒng)，包括連接到燃料電池的氣體出 □。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12-15中任一項(xiàng)所述的生物電化學(xué)系統(tǒng)，其中所述陽極隔室的流體 出口連接到包含所述附加的陽極的隔室的流體入口。
【文檔編號(hào)】C25B1/04GK104220644SQ201380013404
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月10日
【發(fā)明者】菲利普·昆特, 托馬斯·胡貝圖斯·約翰尼斯·安東, 尼厄斯·斯萊特爾斯, H-V-M-漢姆勒斯, M·薩凱斯, C·J·N·布斯曼 申請(qǐng)人:馬赫內(nèi)托特殊陽極有限公司