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Minimal Bipolar Membrane Cell Configuration for Scaling Up Ammonium Recovery
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2020-11-18 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c05043 Mariana Rodrigues 1, 2 , Thiago T. de Mattos 1 , Tom Sleutels 1 , Annemiek ter Heijne 1, 2 , Hubertus V.M. Hamelers 1 , Cees J.N. Buisman 1, 2 , Philipp Kuntke 1, 2
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2020-11-18 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c05043 Mariana Rodrigues 1, 2 , Thiago T. de Mattos 1 , Tom Sleutels 1 , Annemiek ter Heijne 1, 2 , Hubertus V.M. Hamelers 1 , Cees J.N. Buisman 1, 2 , Philipp Kuntke 1, 2
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Electrochemical systems for total ammonium nitrogen (TAN) recovery are a promising alternative compared with conventional nitrogen-removal technologies. To make them competitive, we propose a new minimal stackable configuration using cell pairs with only bipolar membranes and cation-exchange membranes. The tested bipolar electrodialysis (BP-ED) stack included six cell pairs of feed and concentrate compartments. Critical operational parameters, such as current density and the ratio between applied current to nitrogen loading (load ratio), were varied to investigate the performance of the system using synthetic wastewater with a high nitrogen content as an influent (NH4+ ≈ 1.75 g L–1). High TAN removal (>70%) was achieved for a load ratio higher than 1. At current densities of 150 A m–2 and a load ratio of 1.2, a TAN transport rate of 1145.1±14.1 gN m–2 d–1 and a TAN-removal efficiency of 80% were observed. As the TAN removal was almost constant at different current densities, the BP-ED stack performed at a high TAN transport rate (819.1 gN m–2 d–1) while consuming the lowest energy (18.3 kJ gN–1) at a load ratio of 1.2 and 100 A m–2. The TAN transport rate, TAN removal, and energy input achieved by the minimal BP-ED stack demonstrated a promising new cell configuration for upscaling.
中文翻译：
用于扩大铵回收率的最小双极膜细胞配置
与传统的脱氮技术相比，用于总铵氮（TAN）回收的电化学系统是一种很有前途的替代方案。为了使它们具有竞争力，我们提出了一种新的最小可堆叠配置，该配置使用仅具有双极膜和阳离子交换膜的细胞对。经过测试的双极电渗析（BP-ED）堆栈包括六对电池的进料室和浓缩室。改变了关键的运行参数，例如电流密度和施加的电流与氮负荷之间的比率（负荷比率），以研究使用含氮量高的合成废水作为进水（NH 4 + ≈1.75 g L）的系统的性能。–1）。负载比大于1时，TAN去除率高（> 70％）。在电流密度为150 A m –2且负载比为1.2时，TAN传输速率为1145.1±14.1 g N m –2 d –1观察到TAN去除率为80％。由于在不同的电流密度下TAN的去除几乎恒定，因此BP-ED堆以较高的TAN传输速率（819.1 g N m –2 d –1）进行工作，而在最低的能量消耗下（18.3 kJ g N –1）。负载比为1.2和100 A m –2。最小的BP-ED堆实现的TAN传输速率，TAN去除和能量输入证明了有希望的新电池配置用于规模扩大。
更新日期：2020-12-01
中文翻译：
用于扩大铵回收率的最小双极膜细胞配置
与传统的脱氮技术相比，用于总铵氮（TAN）回收的电化学系统是一种很有前途的替代方案。为了使它们具有竞争力，我们提出了一种新的最小可堆叠配置，该配置使用仅具有双极膜和阳离子交换膜的细胞对。经过测试的双极电渗析（BP-ED）堆栈包括六对电池的进料室和浓缩室。改变了关键的运行参数，例如电流密度和施加的电流与氮负荷之间的比率（负荷比率），以研究使用含氮量高的合成废水作为进水（NH 4 + ≈1.75 g L）的系统的性能。–1）。负载比大于1时，TAN去除率高（> 70％）。在电流密度为150 A m –2且负载比为1.2时，TAN传输速率为1145.1±14.1 g N m –2 d –1观察到TAN去除率为80％。由于在不同的电流密度下TAN的去除几乎恒定，因此BP-ED堆以较高的TAN传输速率（819.1 g N m –2 d –1）进行工作，而在最低的能量消耗下（18.3 kJ g N –1）。负载比为1.2和100 A m –2。最小的BP-ED堆实现的TAN传输速率，TAN去除和能量输入证明了有希望的新电池配置用于规模扩大。
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