微生物電解脫鹽化學品生產池是在微生物電解池的基礎上，結合電化學方法高效去除污水中氮磷元素的裝置。
原理與微生物電解池（MEC）類似，利用微生物作為反應主體,在陰陽極間施加電流，產生氫氣或者甲烷的一種電解池。陽極上有一層由產電微生物形成的生物膜，在其代謝過程中，電子從細胞內轉移到了細胞外的陽極，然後通過外電路在電源提供的電勢差作用下到達陰極，和質子結合產生氫氣。
基本介紹
- 中文名：微生物電解脫鹽化學品生產池
- 外文名：Microbial Electrolysis Desalination and Chemical-production Cell，MEDCC
- 用途：利用微生物電化學的方法去除污水中的氮磷元素
發展歷史,工作原理,特點介紹,注意事項,
發展歷史
1.電化學回收污水氮資源
利用微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell，MFC）、微生物電解池（Microbial Electrolysis Cell，MEC）進行污水處理雖然具有能耗低，能量自給自足以及降解有機物等優勢，但是其處理效率低、效果差，反應條件不易控制以及難以進行放大研究也是一直阻礙其被推廣套用的原因。不同與微生物電化學的是，結合電化學電解池（Electrolysis Cell，EC）系統來進行污水處理，不僅效率高、反應條件易控制、易於放大研究，而且在陽極室發生的產酸產氧反應（2H2O-4e→4H+O2↑）和陰極室發生的產鹼產氫反應（2H2O+2e→2OH+H2↑）的這些酸鹼氫氧產物為其推廣套用提供更多的優勢。
對於氮回收的研究主要集中於氨吹脫回收法和膜吸收氨法這兩種氣態回收法，因其回收產物為硫酸銨等氮肥使得氮回收能夠達到真正資源化回收的目的。但是消耗大量酸鹼藥劑也是導致這些方法沒有大規模推廣運用的關鍵所在。而將電化學手段與氣態氮回收法進行聯用能在很大程度上降低藥劑成本問題。電解池陰極產鹼的作用能在短時間內快速提升陰極液pH，陰極室內高濃度的含銨氮廢水就可以在不用投加鹼藥劑的情況下使得銨根離子變成游離氨，這部分游離銨就可以通過吹脫法或者膜吸收法而被重新進行資源化利用。
2. 電化學回收污水磷資源
磷回收法中的化學沉澱法因其在回收磷的同時所獲得的沉澱產物能夠被資源化用而受到了廣泛的關注。MAP法、HAP法和的實際運用均受到投加鹼源的限制，通過電化學陰極產鹼提升pH，降低了鹼源成本，同時實現pH較快提升、鹼藥劑用量降低、產物純度提高（減少CaCO3生成）。
Yang Lei等利用單室電解池進行磷回收穫得HAP結晶，也發現即使在本體溶液呈酸性的條件下，陰極附近的局部pH升高也能保證有效地進行磷回收。這也說明了利用電化學方法來回收污水氮磷時能夠在短時間內快速提升污水pH值，極大地提高了污水處理的效率。電化學雖然相對來說電耗比較高，但是考慮到節約的藥劑成本以及獲得的高處理效率以及回收產物，利用電化學方法處理污水其實更具實際意義。
工作原理
微生物電解脫鹽化學品生產池可對含鹽水脫鹽，同時產生高質量的酸、鹼和氫氣。該系統由陽極室、產酸室、脫鹽室和陰極室（即產鹼室）四部分組成，陽極室和產酸室用雙極膜（BPM）分隔，產酸室和脫鹽室用陰離子交換膜（AEM）分隔，脫鹽室和陰極室用陽離子交換膜分隔。在系統電場力作用下，BPM將水分解成OH和H，其中OH遷移至陽極室中和產電菌降解有機物時釋放的H，維持產電菌適宜的中性pH環境促進電子轉移，而雙極膜釋放的H則遷移至產酸室；同時，脫鹽室含鹽水中的陰離子（如SO4等）和陽離子（如Na等）分別通過AEM和CEM遷移至產酸室和陰極室；此外，陰極室可在曝氣條件下產生鹼（O2+2H2O+4e→4OH），也可在厭氧條件下產生鹼和氫氣（2H2O+4e→H2↑+2OH），最終實現在去除污水有機物的同時含鹽水脫鹽、產酸室得H2SO4、產鹼室得NaOH，選擇厭氧模式還可收穫H2。
特點介紹
研究結果顯示，陽極液pH穩定在7左右明顯促進了微生物的持續穩定產電；在外加1.0 V電壓的情況下，該反應器工作18 h後產酸室內pH下降為0.68，陰極室內pH上升為12.9。依據MEDCC工作原理，有可能同時解決污水氮、磷回收的耗鹼、耗能和耗酸問題：產鹼可滿足銨氮轉游離氨和HAP結晶對pH的要求，產酸可節省吸收液H2SO4的用量，厭氧運行時還可產H2吹脫氨。
注意事項
高氮磷污水成分複雜，需考慮其中的金屬離子及有機物等在陰極室可能造成的膜污染問題。金屬離子在電場力作用下往陰極方向移動，有研究利用該特點將污水直接置於陰極室處理，既避免金屬離子跨膜遷移造成的膜污染問題，又去除或回收目標金屬離子。還有研究將微生物電解系統陰極室用於海水淡化前處理，通過連續流實驗發現Ca與Mg的去除率分別達98%和97%，沉澱主要分布在陰極電極附近，沒有CEM結垢現象發生，並指出這是一項非常有前景的防止所有膜處理系統結垢的前處理手段。
污水中有機物一般帶負電荷，在電場力作用下往陽極方向移動，方向遠離透氣疏水膜（GPM）位置，移動時又受到CEM上負電荷排拆而無法靠近CEM膜。由此分析，如果將高氮磷污水置於微生物電解脫鹽系統的陰極室，所含金屬離子及有機物都不發生跨膜遷移，在理論上不會造成陰極室CEM和GPM的膜污染，同時能夠實現氮、磷的回收。
