利用生物燃料电池进行海水淡化

利用生物燃料电池进行海水淡化

据估计,未来20年内,人均清洁水供应量将平均减少三分之一.海水淡化是从世界多个地区的微咸水和海水中生产可饮用水的一种选择,但大多数海水淡化技术高耗能且高费用.目前采用的海水淡化技术主要是反渗透、电渗析和蒸馏.海水淡化过程的不断改进,特别是在过去的 10年里,已经使得这些系统更加可靠,减少资金成本,但高能源需求始终还是在世界许多地方受到关注.人们愈来愈关注开发海水淡化工艺中采用的可再生能源,如太阳能及风能驱动的电力.正在开发的新型膜技术系统通过使用正向渗透来减少对高水压的需求.然而,所有这些系统都需要热源或电能输入.例如反向渗透单位需要3～5kWh/m3来进行海水淡化.

近年来出现了新的生物电化学系统(BES),使用细菌来生产电力、氢和甲烷等形式的可再生能源.例如,一种微型燃料电池(MFC)通过使用细菌来分解有机物并产生电流来发电.正在开发的MFCs可以通过去除水中有机物来处理生活废水和工业废水,同时产生电力.MFCs包括了1个阳极和阴极,有时采用膜进行分隔.在MFCs中已经使用的各种膜包括了阳离极性膜以及超滤膜.当在阳极室中的细菌氧化底物并将电子传递到阳极时,等量的质子被释放到水中.由于质子在中性pH值处浓度低,通过CEM转移的主要阳离子种为为Na+和K+,导致H+在双缸的MFCs的阳极室中累积.当使用AEMs的MFCs通常比带CEMs的MFCs表现出更优的性能.穿过AEM膜迁移的离子种类主要是C1-、HCO3

-、FPO42-以及OH-.虽然离子失衡对MFCs的一般性运作不利,但当前这种通过膜进行的离子运动对于在方式上改变水化学性提供了一种方法,对于有效实现海水淡化非常有用.

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