В этой статье рассмотрим, обработку этаноламина и производство электроэнергии, с помощью масштабируемого однокамерного микробиологического топливного элемента.
Этаноламин, обладающий характеристиками спирта и бифункциональных групп амина, используется в производстве эмульгаторов, антикоррозионных и моющих средств. В частности, это соединение, альтернативное аммиаку, использовалось для контроля pH в паровом контуре атомных электростанций (АЭС), для предотвращения коррозии металла и проблем с накипью.
По мере роста мировой зависимости производства электроэнергии от АЭС, сточные воды, содержащие этаноламин, представляют собой постоянно растущую экологическую проблему.
Этаноламин, состоит из функциональных групп аминокислот и алкоголя, которые могут вызывать проблемы с водой, увеличивая общее потребление азота и химического кислорода при выбросе в окружающую водную среду. Поэтому, крайне необходима технология очистки антропогенного, сброшенного этаноламина в потенциальную питьевую воду.
Технологии, основанные на ионообменных смолах, биологического разложения и усиленного окисления, могут быть подходящими для обработки загрязнения этаноламином.
Органические хлориды в трубопроводах систем охлаждения атомных электростанций и аммиак в городских сточных водах, очищались ионообменной смолой. Хотя, ионообменная адсорбция смолы подходит для удаления аммиака благодаря высокой пропускной способности, и быстрому процессу регенерации катионообменной смолы, наибольшим недостатком, является сложность удаления остаточного осадка.
Проведя немало исследований, было обнаружено, что биопленки подвижного слоя реактора, обеспечивает удаление до 98% этаноламина.
С помощью экспериментов по длительному окислению, были исследованы скорости окисления этаноламина. Однако технологии, основанные на усиленном окислении и биологическом разложении, непрактичны, поскольку они потребляют избыточную энергию, и требуют дополнительных химических реагентов для удаления этаноламина.
Технология микробных топливных элементов, может стать реалистичным подходом для достижения одновременных целей:
- удаления загрязняющих веществ,
- производство электроэнергии.
Глобальный интерес к этому виду исследований, в области биоэлектрохимических технологий значительно возрос. В результате, знание технологий микробных топливных элементов с различными идеями и интересами, приблизилось к практичности для многих инженерных процессов. Чтобы идти в ногу с быстрым ростом этой технологии и совершенствовать ее практическое применение, необходимо исследовать, подходит ли выбранный органический отравляющий элемент.
Предварительно, исследовательская группа продемонстрировала, что этаноламин в качестве субстрата в однокамерном микробном топливном элементе воздушного потока, может извлекать энергию и удалять этаноламин. Этот специфический механизм, можно объяснить следующим образом: спирт и группы амина этаноламина в камере микробных топливных элементов, подвергаются биологической гидролизации до ацетальдегида и аммония. Затем, ацетальдегид гидролизовали до ацетата и этанола.
Микробный топливный элемент, может вырабатывать электроэнергию за счет микробной активности, используя ацетат и этанол в качестве доноров электронов. Таким образом, традиционный однокамерный с воздушным катодом, может вырабатывать электроэнергию из этаноламина в качестве топлива.
При использовании однокамерного микробного топливного элемента с воздушным катодом и ферритовым восстановлением, эффективность удаления аммиака была увеличена с 36,6% до 53,4% по сравнению с традиционным однокамерным.
Понимание эффекта масштабирования, необходим для применения лабораторных экспериментов на практике.
В действительности, когда технология применяется к фактическим системам очистки сточных вод, возникают факторы, требующие изучения. Помимо этого, требуется новый критерий для оценки, чтобы доказать полезность технологии с помощью лабораторных исследований и расширенных устройств. Поэтому, для передачи этой многообещающей и сложной технологии, применимость расширенного реактора, была оценена в режиме подаваемого пакета на месте эксплуатации. После этого, производительность оценивалась с различными скоростями органической нагрузки, в непрерывном режиме, на основе выходного напряжения, обрабатываемости этаноламина (т.е. удаления аммиака) и максимальной плотности мощности.