“细菌燃料电池海水淡化”不仅降低能源消耗且可发电
2014-05-11 19:21:23
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据资源网2009年12月17日讯 一种装置能够净化污水，同时能够产生电能，并且会将海水或者咸水中的盐份除去90%，这是来自美国和中国合作研究小组的*新成果。
用于饮用、清洗和工业用途的清洁水，在世界上的一些地区越来越成为稀缺资源。未来清洁水的获得将会更加困难。世界上很多地区正在使用反渗透膜技术，或者电渗析技术来进行海水或者咸水的淡化，以生成清洁饮用水。反渗透膜技术是一种在高压下，使水分子通过一种极细的薄膜，而盐份却被薄膜滤除的技术。电渗析技术是用电将水中的盐离子从水中除去，该方法也使用一种薄膜技术。目前，这两种方法都需要消耗很大的能量。
“海水淡化，不需要利用高压或者电能也能实现，主要是使用一种有机物作为燃料，来对海水进行淡化。”该研究报告在美国的《环境科学和技术》杂志上可以看到。“该项技术*大的成功之处在于，目前的海水淡化技术需要要消耗很多的电能，而使用微生物电池来淡化海水，我们不仅能够得到淡化的海水，同时，在将有机物从污物中去除的过程中，我们能够得到电能。”美国宾西法尼亚大学的布鲁斯·龙格（Bruce Logan）教授说。
研究小组改进了一种细菌燃料电池，这是一种使用自然发生的细菌，将污水净化为清洁水，并且产生电能的装置，该装置也能够淡化海水或者咸水。
“我们的主要目的是为了展示，使用细菌我们能够产生足够的电流来进行海水或者咸水的淡化”龙格说：“然而，大约需要200毫升的人造污水，主要是乙酸水溶液，才能淡化3毫升的咸水或者海水，目前该系统还不能够进行推广，因为这种效率太低了，然而，这却是人们在海水或者咸水淡化方面理念或者观念方面的更新。”
一个典型的细菌燃料电池由两个极区组成，一个极区充满了污水或者其它营养物质，另一个极区则充满了水，每一个极区都有一个电极，污水中自然产生的细菌会吞噬和消耗掉那些有机物，同时产生电能。
研究人员通过增加第三个极区，来对传统的细菌燃料电池进行改造，就是在已经存在的两极区之间加入一个极区，并且放置一种具有离子选择功能的过滤膜，这种薄膜要么只允许阳离子通过，或者只允许阴离子通过，而不能让两种离子同时通过。这种薄膜置于中间那个极区的正负极之间，将要被淡化的海水或者咸水被置于中间那个极区。
海水中每升含有35克的盐，而咸水每升中的含盐量为5克，盐不仅能够溶解在水中，而且还能离解为阴离子和阳离子，当电池中的细菌从污水中呑噬和消耗有机废物的时候，它会向水中释放一种带电离子，这是一种质子（即正电荷），这种正电荷不能通过选择性过滤膜，所以阴离子必须从咸水海水极区向污水极区移动。在另一个电极，正电荷被消耗，所以带正电荷的离子从咸水或者海水区域向电极区移动。在这个过程中，中间那个极区的海水或者咸水被逐渐淡化。
与传统的细菌燃料电池相比，海水淡化电池释放离子进入外层极区，这样提高了电能产生的效率。
“当我们试图使用细菌燃料电池也产生电能的时候，污水的传导性能非常低”龙格说：“如果我们能够进入盐，情况就会大为改观，其实我们根本不用去特意加盐，因为海水或者咸水到处都有，我们可以利用这个过程来额外地淡化海水，净化污水，并且将污水中的污物去除，将所得到的盐份归还到大海。”
由于水中的盐份有助于电池产生电能，当中间极区的盐份变得越来越小，溶液的电导度也会降低，海水淡化速度和电能的产生速度都会变小，这是为什么只能去除海水或者咸水中90%的盐份，而不是全部去除的原因。然而，如果海水的盐份去除90%，那么我们可以得到每升含盐度为3.5克的咸水，这种水的咸度已经相当淡了，而人们可以接受的有咸味的水的含盐度为每升0.5克。
目前，这种电池设计的一个问题在于，随着一个电极正电荷的发生，和在另一极负电的消耗，极区逐渐变得越来越酸化或者碱化。当电池的水被释放的时候，两个极区的溶液如果能够充分混合，将会产生中性的、带有咸味的水，所以，当被净化后的污水再被倾倒入咸水或者海水中的时候，电极区内产生的酸性或者碱性不会对环境产生影响。
在这个试验中，研究者在某一时间段使用了pH缓冲来避免酸碱性问题，但是如果要生产很大数量的淡化水，这个问题还是需要考虑的。
沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王大学（King Abdullah University of Science and Technology, Saudi Arabia）和中国科学技术部也参加和支持了这项研究。