利用生物燃料電池進行海水淡化

據(jù)估計,未來20年內(nèi),人均清潔水供應量將平均減少三分之一.海水淡化是從世界多個地區(qū)的微咸水和海水中生產(chǎn)可飲用水的一種選擇,但大多數(shù)海水淡化技術(shù)高耗能且高費用.目前采用的海水淡化技術(shù)主要是反滲透、電滲析和蒸餾.海水淡化過程的不斷改進,特別是在過去的 10年里,已經(jīng)使得這些系統(tǒng)更加可靠,減少資金成本,但高能源需求始終還是在世界許多地方受到關(guān)注.人們愈來愈關(guān)注開發(fā)海水淡化工藝中采用的可再生能源,如太陽能及風能驅(qū)動的電力.正在開發(fā)的新型膜技術(shù)系統(tǒng)通過使用正向滲透來減少對高水壓的需求.然而,所有這些系統(tǒng)都需要熱源或電能輸入.例如反向滲透單位需要3～5kWh/m3來進行海水淡化.

近年來出現(xiàn)了新的生物電化學系統(tǒng)(BES),使用細菌來生產(chǎn)電力、氫和甲烷等形式的可再生能源.例如,一種微型燃料電池(MFC)通過使用細菌來分解有機物并產(chǎn)生電流來發(fā)電.正在開發(fā)的MFCs可以通過去除水中有機物來處理生活廢水和工業(yè)廢水,同時產(chǎn)生電力.MFCs包括了1個陽極和陰極,有時采用膜進行分隔.在MFCs中已經(jīng)使用的各種膜包括了陽離極性膜以及超濾膜.當在陽極室中的細菌氧化底物并將電子傳遞到陽極時,等量的質(zhì)子被釋放到水中.由于質(zhì)子在中性pH值處濃度低,通過CEM轉(zhuǎn)移的主要陽離子種為為Na+和K+,導致H+在雙缸的MFCs的陽極室中累積.當使用AEMs的MFCs通常比帶CEMs的MFCs表現(xiàn)出更優(yōu)的性能.穿過AEM膜遷移的離子種類主要是C1-、HCO3

-、FPO42-以及OH-.雖然離子失衡對MFCs的一般性運作不利,但當前這種通過膜進行的離子運動對于在方式上改變水化學性提供了一種方法,對于有效實現(xiàn)海水淡化非常有用.

梁丹濤 譯自《Environmental Science and Technology》, September 15:7148-7152(2010)