[发明专利]具有去除多价离子的功能的生物电化学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物电化学系统，更详细地，涉及一种能够去除 海水等中存在的多价离子的生物电化学系统。

背景技术

使海水淡水化的方式中，作为膜分离法有反渗透法(Reverse Osmosis：RO)、电渗析法(Electrodialysis：ED)及正渗透法(Forward Osmosis：FO)等。在膜分离法中，为了延长膜的寿命，并持续维持 工序的性能，需要解决因盐类化合物的结晶而在膜的表面形成水垢的 问题。因此，在膜分离法中，必须进行用于去除水垢成分的海水预处 理。

在海水成分中诱发水垢的物质是一种因浓缩和pH值的变化而在 膜表面析出，从而损伤膜的功能的物质。这种物质有碳酸钙(CaCO₃)、 硫酸钙(CaSO₄)、碳酸镁(MgCO₃)及硫酸镁(MgSO₄)等。为了 去除这种诱发水垢的物质而主要使用的使海水淡水化的预处理工序 有化学药品投入法和膜分离法(MF、UF)等。化学药品投入法是一 种为了防止水垢的析出而在海水中投入阻垢剂(antiscalant)或用于 维持低pH的酸(acid)的方法。膜分离法是一种使用微孔滤膜 (Microfiltrationmembrane)或超滤膜(Ultrafiltrationmembrane)，从 而在淡水化工序的前步骤中去除诱发水垢的离子的方法，但会存在淡 水化工序中发生的生成水垢问题会转变成预处理膜工序的问题的局 限性。

另外，微生物燃料电池(Microbialfuelcell：MFC)和微生物电 解槽(MicrobialElectrolysisCell：MEC)作为生物电化学系统 (Bioelectrochemicalsystem：BES)，是一种利用电化学活性菌 (Electrochemicallyactivebacteria)进行废水处理的同时，生成电或 氢气的装置。微生物燃料电池可以由两个反应槽，即，氧化电极槽 (anodechamber)和还原电极槽(cathodechamber)构成，并且两个 反应槽被离子交换膜(ionexchangemembrane)分离开。在阳极中， 当葡萄糖为基质时所产生的代表性的反应如化学式1所示。在需氧性 条件的阴极中产生的代表性的反应如化学式2所示。在氧化电极槽 中，有机物被处理，同时生产出电能，并且在还原电极槽中，持续生 成OH^-，从而溶液的pH会上升。

[化学式1]

C₆H₁₂O₆+6H₂→6CO₂+24H⁺+24e^-

[化学式2]

O₂+4e^-+2H₂O→4OH^-

另一方面，微生物电解槽是一种虽然与微生物燃料电池的结构相 似，但是在还原电极槽中不存在氧，并且通过施加一些电能，从而能 够生产氢气的装置。在阴极中产生氢气，进而pH会持续上升。与其 相关的反应式如化学式3所示。

[化学式3]

2H₂O+2e^-→H₂↑+2OH^-

海水因包含大量的离子而导电率高，因此能够在电化学系统中作 为电解质使用。当在所述的生物电化学系统的还原电极槽中注入海水 时，因微生物燃料电池和微生物电解槽的还原反应而生成电或氢气， 并且形成碱，从而能够使海水中的多价阳离子以CaCO₃或Mg(OH)₂的形态沉淀。通常，以废水处理、电生产及氢气生产作为目的而使用 生物电化学系统，但是并没有用于去除包含在海水等中的多价离子的 实例。

发明内容

要解决的技术问题

因此，本发明的目的在于，利用微生物和电化学反应来去除海水 中的多价离子而不使用投入化学药品或采用附加的分离膜的方法。

另外，本发明的另一目的在于，在去除海水内的多价离子的同时， 还对包含有机物的废水进行处理，从而生产电流。