[發明專利]具有去除多價離子的功能的生物電化學系統

在審

• 申請號: 201480032301.0
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN105555715A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 南珠妍;樸淳哲;金東國;丁湳條;金燦洙;金大熙;黃教植;樸鐵鎬;左銀珍
• 申請（專利權）人: 韓國能源技術研究院
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F3/00;C02F1/58;C25B1/10;H01M8/16
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 劉成春;王朋飛

技術領域

本發明涉及一種生物電化學系統，更詳細地，涉及一種能夠去除 海水等中存在的多價離子的生物電化學系統。

背景技術

使海水淡水化的方式中，作為膜分離法有反滲透法(Reverse Osmosis：RO)、電滲析法(Electrodialysis：ED)及正滲透法(Forward Osmosis：FO)等。在膜分離法中，為了延長膜的壽命，并持續維持 工序的性能，需要解決因鹽類化合物的結晶而在膜的表面形成水垢的 問題。因此，在膜分離法中，必須進行用于去除水垢成分的海水預處 理。

在海水成分中誘發水垢的物質是一種因濃縮和pH值的變化而在 膜表面析出，從而損傷膜的功能的物質。這種物質有碳酸鈣(CaCO₃)、 硫酸鈣(CaSO₄)、碳酸鎂(MgCO₃)及硫酸鎂(MgSO₄)等。為了 去除這種誘發水垢的物質而主要使用的使海水淡水化的預處理工序 有化學藥品投入法和膜分離法(MF、UF)等?；瘜W藥品投入法是一 種為了防止水垢的析出而在海水中投入阻垢劑(antiscalant)或用于 維持低pH的酸(acid)的方法。膜分離法是一種使用微孔濾膜 (Microfiltrationmembrane)或超濾膜(Ultrafiltrationmembrane)，從 而在淡水化工序的前步驟中去除誘發水垢的離子的方法，但會存在淡 水化工序中發生的生成水垢問題會轉變成預處理膜工序的問題的局 限性。

另外，微生物燃料電池(Microbialfuelcell：MFC)和微生物電 解槽(MicrobialElectrolysisCell：MEC)作為生物電化學系統 (Bioelectrochemicalsystem：BES)，是一種利用電化學活性菌 (Electrochemicallyactivebacteria)進行廢水處理的同時，生成電或 氫氣的裝置。微生物燃料電池可以由兩個反應槽，即，氧化電極槽 (anodechamber)和還原電極槽(cathodechamber)構成，并且兩個 反應槽被離子交換膜(ionexchangemembrane)分離開。在陽極中， 當葡萄糖為基質時所產生的代表性的反應如化學式1所示。在需氧性 條件的陰極中產生的代表性的反應如化學式2所示。在氧化電極槽 中，有機物被處理，同時生產出電能，并且在還原電極槽中，持續生 成OH^-，從而溶液的pH會上升。

[化學式1]

C₆H₁₂O₆+6H₂→6CO₂+24H⁺+24e^-

[化學式2]

O₂+4e^-+2H₂O→4OH^-

另一方面，微生物電解槽是一種雖然與微生物燃料電池的結構相 似，但是在還原電極槽中不存在氧，并且通過施加一些電能，從而能 夠生產氫氣的裝置。在陰極中產生氫氣，進而pH會持續上升。與其 相關的反應式如化學式3所示。

[化學式3]

2H₂O+2e^-→H₂↑+2OH^-

海水因包含大量的離子而導電率高，因此能夠在電化學系統中作 為電解質使用。當在所述的生物電化學系統的還原電極槽中注入海水 時，因微生物燃料電池和微生物電解槽的還原反應而生成電或氫氣， 并且形成堿，從而能夠使海水中的多價陽離子以CaCO₃或Mg(OH)₂的形態沉淀。通常，以廢水處理、電生產及氫氣生產作為目的而使用 生物電化學系統，但是并沒有用于去除包含在海水等中的多價離子的 實例。

發明內容

要解決的技術問題

因此，本發明的目的在于，利用微生物和電化學反應來去除海水 中的多價離子而不使用投入化學藥品或采用附加的分離膜的方法。

另外，本發明的另一目的在于，在去除海水內的多價離子的同時， 還對包含有機物的廢水進行處理，從而生產電流。