申请日2009.10.15
公开(公告)日2013.09.18
IPC分类号C02F1/46
摘要
一种处理包含有机物质或无机物质的废水流的方法，其包含将废水流通向生物电化学系统的阳极或阴极从而改变废水流的pH使得：a)降低通向阳极的流的pH来最小化或抑制溶解的阳离子的沉淀;或b)提高通向阴极的流的pH以产生碱性流;或c)降低通向阳极的流的pH以产生含酸的流。在一个实施方案中，在阴极处制备苛性钠溶液并将其回收用于储存和随后的利用。
翻译权利要求书
1.一种处理包含有机物质或无机物质的废水流的方法，其包括将 废水流通向生物电化学系统的阳极或阴极，所述生物电化学系统具有 在阳极处通过微生物来生物催化一种或多种反应的阳极，或者在阴极 处通过微生物来生物催化一种或多种反应的阴极，或者在阳极和阴极 处均通过微生物来生物催化一种或多种反应的阳极和阴极，从而改变 废水流的pH使得：
a)降低通向阳极的流的pH来最小化或抑制溶解的阳离子的沉淀;或
b)提高通向阴极的流的pH以产生碱性流;或
c)降低通向阳极的流的pH以产生含酸的流。
2.一种形成酸性溶液或碱性溶液的方法，包括步骤：提供具有阳 极和阴极的生物电化学系统，所述生物电化学系统具有在阳极处通过 微生物来生物催化一种或多种反应的阳极，或者在阴极处通过微生物 来生物催化一种或多种反应的阴极，或者在阳极和阴极处均通过微生 物来生物催化一种或多种反应的阳极和阴极，向阳极供给含水的流， 向阴极供给含水的流，在阳极处产生酸性溶液或在阴极处产生碱性溶 液，并且回收酸性溶液或碱性溶液。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中利用如下的进 料流：
i)向阳极供给废水流，并向阴极供给废水流;
ii)向阳极供给废水流，并向阴极供给水或含水的流
iii)向阴极供给废水流，并向阳极供给水或水溶液;或
iv)向阳极和阴极均供给水或水溶液。
4.一种处理包含有机物质和/或无机物质的废水流的方法，其包 括将废水流通向生物电化学系统的阳极或阴极，所述生物电化学系统 具有在阳极处通过微生物来生物催化一种或多种反应的阳极，或者在 阴极处通过微生物来生物催化一种或多种反应的阴极，或者在阳极和 阴极处均通过微生物来生物催化一种或多种反应的阳极和阴极，从而：
a)降低通向阳极的流的pH来最小化或抑制溶解的阳离子的沉淀; 或
b)提高通向阴极的流的pH以产生碱性流;或
c)降低通向阳极的流的pH以产生含酸的流。
5.一种产生碱性含水的流的方法，其包括步骤：
-提供生物电化学系统，该系统包含具有生物催化的阳极的阳极室 和具有阴极的阴极室，通过离子渗透膜分隔阳极室和阴极室，阳极和 阴极彼此电连接;
-向阳极室供给废水流使得废水流中的有机物质和/或无机物质得 到氧化;
-向阴极室供给含水的流，
-其中离子渗透膜允许阳离子通过其间但是限制阴离子流过其间， 并且其中在阴极室中产生碱性流，以及
-从阴极室移除碱性含水的流。
6.根据权利要求5所述的方法，其中通过在阴极处质子的消耗产 生碱性流。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中离子渗透膜包 含离子选择性膜，其选择性地允许单价阳离子通过其间，并且从阴极 室移除的碱性含水的流包含氢氧化钠或氢氧化钾或者两者的溶液。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其中离开阴极室的碱性含水 的流的pH至少为11。
9.根据权利要求8所述的方法，其中离开阴极室的碱性含水的流 的pH大于12.5。
10.根据权利要求8所述的方法，其中离开阴极室的碱性含水的 流的pH至多14。
11.根据权利要求3、4或5所述的方法，其中将废水流通向生物 电化学系统的生物催化的阳极，使得在废水流中的有机物质发生氧化 从而减少废水流中有机物的数量或浓度，并且也形成了质子从而造成 废水流的pH降低，其中废水流的pH降低到阳离子的沉淀或沉淀反应 得到最小化或抑制的水平。
12.根据权利要求11所述的方法，其中处理废水流使得pH降低 到7以下。
13.根据权利要求1，2或4所述的方法，其中通过电化学活性的 微生物来生物催化阴极，并且在阴极处的电化学活性的微生物的生物 活性导致向阴极供给的流的pH提高。
14.根据权利要求13所述的方法，其中从阴极移除的流的pH为 8-8.5。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其中通向阴极的含水的流 包含盐溶液，所述盐溶液含有包括选自钠、钾、钙和镁中一种或多种 的溶解的阳离子。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其中降低向阳极供给的流 的pH从而产生含酸的流，该含酸的流具有低于4的pH，并且向阳极 供给的流包含水或含水的流，生物电化学系统包含对阴离子选择性透 过的膜，并且该方法还包含回收含酸的流用于储存或利用。
17.根据权利要求16的方法，其中降低向阳极供给的流的pH从 而产生含酸的流，该含酸的流具有低于2的pH。
18.根据权利要求16的方法，其中降低向阳极供给的流的pH从 而产生含酸的流，该含酸的流具有低于1的pH。
19.根据权利要求1，2或4所述的方法，其中进入阳极的含水的 流是来自纸工厂或纸回收工厂或纸和纸浆工厂的包含钙离子的废水， 并且该废水在阳极处得到酸化，在阴极处产生碱性溶液，将所述碱性 溶液加入废水来沉淀钙离子。
20.根据权利要求19所述的方法，其中废水已通过厌氧消化器， 并将厌氧消化器的流出物通向阳极。
21.根据权利要求20所述的方法，其中来自厌氧消化器的流出物 通过反应器容器，在该反应器容器中钙离子得到沉淀，反应器容器的 流出物去往阳极，在此得到酸化，部分或全部的来自阳极的流出物直 接或间接的流回厌氧消化器，并且在阴极处产生碱性流，将该碱性流 供应至其中沉淀钙离子的反应器容器中。
22.根据权利要求1，2或4所述的方法，其中采用来自酿造或酿 酒容器清洗工艺的废水作为给阳极的进料流，而在阴极处产生碱性溶 液。
23.根据权利要求1或权利要求4所述的方法，其中阳极得到生 物催化，且废水流流动通过阳极使得废水流的pH得到降低以及将包含 降低pH的处理过的废水流的阳极流出物供给到厌氧消化器，其中供给 到厌氧消化器的阳极流出物的降低的pH抑制或最小化厌氧消化器中 的沉淀。
24.根据权利要求23所述的方法，其中离开阴极的流出物流包含 碱性流，并且将该碱性流加入来自厌氧消化器的流出物流从而造成来 自厌氧消化器流出物的化合物的沉淀。
25.根据权利要求24所述的方法，其中碱性流和来自厌氧消化器 的流出物流在单独的容器中混合。
26.根据权利要求11所述的方法，其中废水流的pH降低到钙离 子或镁离子或鸟粪石的沉淀得到最小化或抑制的水平。
说明书
溶液或废水的处理方法以及形成酸性溶液或碱性溶液的方法
技术领域
一方面，本发明涉及处理废水流的方法。另一方面，本发明涉及 形成酸性溶液或碱性溶液的方法。
背景技术
许多工业需要大量的苛性钠和/或盐酸用于其操作。代表性地，苛 性钠通过氯碱工艺制得，在该工艺中NaCl盐水被电解。在这方面使用 3种主要的方法：水银电解槽工艺(也称为Castner-Kellner工艺)、 隔膜电解槽工艺和膜电池工艺。后者采用纳菲昂(Nafion)阳离子交 换膜来分隔阴极和阳极反应。只有钠离子和一些水通过所采用的膜。
盐酸在工业上通过两种方法制得。第一，在氯碱工艺过程中其在 阳极处形成，在阳极处氯化物转化为氯气，氯气与氢气重新结合为 HCl:Cl2+H2→2HCl。作为在制备例如聚四氟乙烯(Teflon)和PVC 过程中的副产品，盐酸也可通过有机地合成。苛性钠和盐酸都广泛用 于工业中，经常用于调节废物流的pH。例如，纸和纸浆工业采用大量 的盐酸来防止钙结垢，而苛性钠也被用于移除专用反应器中的钙。
生物电化学系统例如微生物燃料电池和微生物电解池，通常被认 为是从废水中存在的有机物质产生能量的有希望的未来技术。工业、 农业和生活废水代表性地包含溶解的有机物，其需要在排放至环境前 被移除。代表性地，这些有机污染物通过需氧处理而得到移除，这可 采用大量的用于充气的电能。
最近，生物电化学废水处理作为从废水产生能量的可能引起关注 的技术而涌现。生物电化学废水处理基于电化学活性微生物的使用， 当它们氧化(并因此移除)废水中的有机物质时，这种处理将电子传 输到电极(阳极)。可通过将微生物的微生物阳极与进行还原反应的 对电极(阴极)电连接来完成生物电化学的废水处理。由于在阳极和 阴极之间的这种电连接，可发生电极反应并且电子可从阳极流向阴极。 生物电化学系统可作为燃料电池(在这种情况下产生电能)或作为电 解槽(在这种情况，向生物电化学系统供应电能)来操作(Rozendal， R.A.，H.V.M.Hamelers，K.Rabaey，J.Keller，and C.J.N.Buisman. 2008.Towards practical implementation of bioelectrochemical wastewater treatment.Trends in Biotechnology 26：450-459)。
生物电化学系统中的阳极反应产生质子或消耗氢氧离子，这可酸 化围绕阳极的生物膜并且负面地影响生物电化学系统的性能。已经建 议，向电解质中添加缓冲剂或增加在生物电化学系统中使用的电解质 的缓冲强度可导致从生物电化学系统获得的电流密度的显著增长(Liu et al Environmental Science and Technology 2008)。相应地， 传统的知识试图避免在生物电化学系统阳极室中的电解质的酸化。在 一项研究中于反渗透浓缩物的背景下提到了由于酸化/碱化作用在阳 极和/或阴极处可能的抑菌效果(Clauwaert and coworkers，Applied Microbiology and Biotechnology 2008)。
在国际专利申请WO2008109962中提出了这个问题的一种可能的 解决方法，其全文通过交叉引用在此处并入本文。在这篇国际专利申 请中，描述了一种微生物燃料电池，其中向阳极室供给废水，并且随 后将废水从阳极室输送到阴极室。由于可在阳极室中已经形成的任何 酸度都被阴极室中的竞争反应所破坏，溶液的酸化得以避免。在国际 专利申请WO2008109962中描述的装置和方法提供了一种非常合适的 通过在生物电化学系统中处理废水流而产生电能的装置和方法。
另一种普遍的解决方法是省略分隔阳极和阴极的膜(Liu，H.，and B.E.Logan.2004，“Electricity generation using an air-cathode single chamber microbial fuel cell in the presence and absence of a proton exchange membrane”，Environmental Science& Technology 38：4040-4046)。这改进了流体之间的混合并导致了在阳 极和阴极之间减少的pH差别。该系统通常遭受从阳极到阴极的燃料透 过。
发明内容
本发明的一些实施方案的目的是提供处理废水流的方法，以产生 具有减少的有机物含量和其它所需的性质例如减少的盐含量或溶液中 溶解的离子下降的沉淀趋势的废水流。
本发明的一些实施方案的目的是提供通过还原方法来微生物制备 化学物和/或生物化学物的方法。
本发明的其它实施方案的目的是提供形成酸性溶液或碱性溶液的 方法。
第一方面，本发明提供了处理包含有机物质或无机物的废水流的 方法，其包含将废水流通向生物电化学系统的阳极或阴极，所述生物 电化学系统具有在阳极处通过微生物来生物催化一种或多种反应的阳 极，或者在阴极处通过微生物来生物催化一种或多种反应的阴极，或 者在阳极和阴极处均通过微生物来生物催化一种或多种反应的阳极和 阴极，从而改变废水流的pH使得：
a)降低通向阳极的流的pH以最小化或抑制溶解的阳离子的沉淀; 或
b)提高通向阴极的流的pH以产生碱性流;或
c)降低通向阳极的流的pH以产生含酸的废水流。
本领域技术人员将会理解，在本发明中所使用的生物电化学系统 将包括与阳极或与阴极相关的电化学活性的微生物。
如本领域技术人员所知，在本发明的一个实施方案中，生物电化 学系统包含通过离子渗透膜分隔的阳极室和阴极室。适合用于本发明 的离子渗透膜包括任何可用于生物电化学系统的离子渗透膜(Kim et al.，Environ.Sci.Technol.，2007，41，1004-1009;Rozendal et al.， Water Sci.Technol.，2008，57，1757-1762)。这样的离子渗透膜 可包括离子交换膜，例如阳离子交换膜和阴离子交换膜。多孔膜例如 微孔过滤膜、超滤膜和纳米过滤膜也可用于在本发明中使用的生物电 化学系统中。离子渗透膜促进了带正和/或负电荷的离子通过膜的输 送，这补偿了带负电荷的电子从阳极到阴极的流动，并且因而维持了 系统的电中性。也可使用渗透蒸发膜和用于膜蒸馏的膜。
阳极和阴极通过电路彼此连接。在一个实施方案中，电路可包含 具有非常低电阻的导体使得在一些情况下导体在阳极和阴极之间起到 电短路的作用。在另一个实施方案中，电源可包含于电路中。该电源 可用于向系统施加电压，这增加了电化学反应发生的速率。在阳极和 阴极之间用电源施加的电压可为0-10V，优选0-2V，更优选0-1.0V。 这可导致生物电化学单元的0-10,000A/m3的生物电化学单元中的体积 电流密度，优选10-5,000A/m3的生物电化学单元，更优选100-2500A/m3的生物电化学单元，和/或0-1,000A/m2膜表面积的面积比电流密度， 优选1-100A/m2膜表面积，更优选2-25A/m2膜表面积。
在本发明的不同实施方案中，可向该生物电化学系统供给以下的 流或溶液：
i)可向阳极室供给废水流，并向阴极室供给废水流。这将导致 在阳极室中酸化的废水流和阴极室中增加碱度的废水流的形成。向阴 极室供给的废水流可不同于向阳极室供给的废水流。作为替代，可将 单一的废水流分流，将一部分供给于阳极室并将一部分供给于阴极室。 在这个实施方案中，阳极和阴极都可通过电化学活性的微生物得到生 物催化。
ii)可向阳极室供给废水流，并向阴极室供给水或含水的流。向 阴极室供给的含水的流可包含阳离子例如钠、钾、镁或钙阳离子。在 这个实施方案中，离开阴极室的产物流可包含具有高pH的碱性流。在 这个实施方案中，阳极可通过电化学活性的微生物得到生物催化。阴 极可包括常规的阴极。
iii)可向阴极室供给废水流，并向阳极室供给水或含水的流。向 阳极室供给的含水的流可包含阴离子例如氯离子、硝酸根离子、磷酸 根离子、碳酸根离子或乙酸根离子。在这个实施方案中，离开阳极室 的产物流可包含具有低pH的酸化流。在这个实施方案中，阴极可通过 电化学活性的微生物得到生物催化。阳极可包括常规的阳极。
iv)可向阳极和阴极均供给水或水溶液。
在本发明的第一方面的一个实施方案中，将废水流通入生物电化 学系统的阳极。这将导致废水流中有机物质的氧化，其起到减少废水 流中有机物的数量或浓度的作用。也形成了质子(H+离子)，并且这 些质子导致废水流pH的降低。合适地，操作该实施方案使得该废水流 的pH降低到阳离子(特别是钙离子或镁离子或鸟粪石离子)的沉淀或 沉淀反应得到最小化或抑制的水平。将会理解，许多废水流包含溶解 的阳离子，并且如果废水流的pH提高，这些溶解的阳离子倾向于沉淀， 因为如果pH增加到超过阀值，许多阳离子形成碳酸盐和/或氢氧化物 沉淀。该值在一定程度上取决于液体溶液的组成。通常，如果溶液的 pH增加到超过6.5，可能形成碳酸盐和/或氢氧化物沉淀，特别是碳酸 钙。在其它情况中，如果pH增加到超过阀值时，可发生沉淀反应从而 促使更复杂的沉淀物例如鸟粪石的沉淀。沉淀，例如来自废水流的碳 酸盐和/或氢氧化物的沉淀，可导致在工艺管道和容器上大量污垢的形 成。本领域技术人员将会理解，污垢的形成可导致在工艺容器和工艺 上的许多不利结果，包括需要完全关闭工艺容器来移除污垢。事实上， 在工艺容器中污垢可能积累到充分高的程度使得工艺容器不可操作。 这可具有极严重的后果。例如，如果在水处理工艺中使用工艺容器并 且那个工艺容器必须脱机，那么有效地排放未处理的废水可变得必要。 这可具有不利的环境后果，使设备的操作者冒着违背其操作许可的风 险，并也导致了设备的操作者不得不为处置废水流而花费增多的处置 成本。
在一个实施方案中，处理废水流使得pH降低至7以下。
在本发明的这个实施方案中，可向生物电化学系统的阴极提供单 独的废水流。作为替代，可向阴极提供不同的流。例如，可向阴极提 供相对清洁的水，或者可向阴极提供盐溶液、反渗透浓缩物或盐水。
在本发明的实施方案中，其中在阳极处的电化学活性的微生物的 活性导致向阳极供给的废水流的酸化，pH不太可能降低到低于约 5-5.5，因为如果pH降低到那种水平，微生物活性终止。
在另一个实施方案中，操作本发明的方法使得通入阴极的流的pH 增加从而制得碱性流。可从阴极回收该碱性流并随后用于其它用途。 该实施方案对应上面的(b)。
在本发明的这个方面的一个实施方案中，阴极通过电化学活性的 微生物得到生物催化，并且在阴极处电化学活性的微生物的生物活性 导致向阴极供给的流的pH的提高。在这样的实施方案中，向阴极供给 的流的pH不太可能增加到超过8-8.5，这是因为如果pH超过那种水 平，微生物的生物活性可能会终止。这个特别的实施方案对于产生离 开阴极的碱性流出物是有用的，在该碱性流出物中pH得到调节从而获 得所需的下游处理性质。
在一个实施方案中，在阴极处产生的碱性流可包含苛性钠(NaOH) 或氢氧化钾(KOH)，或者事实上任何其它包含可用于其它用途的溶液 的氢氧化物。期望地，在阴极处产生的碱性流包含溶解的氢氧化物盐。 这可通过提供具有分隔阳极和阴极的离子渗透膜的生物电化学系统而 完成，该离子渗透膜选择性地允许阳离子通过其间。
在一些实施方案中，离子渗透膜可允许阳离子通过其间但是限制 其间阴离子的流动。这样，仅有一部分电荷平衡通过质子得到恢复， 因而确保了在阴极处液体的pH提高。这样的阳离子交换膜对于本领域 技术人员是熟知的，其包括膜例如CMI-7000(Membranes International)，Neosepta CMX(ASTOM Corporation)，fumasepFKB (Fumatech)和Nafion(DuPont)。在一些实施方案中，离子选择性 膜可包含选择性地允许单价阳离子通过其间的阳离子选择性膜。在这 种实施方案中，存在于阴极溶液中的氢氧化物盐可能为包含单价阳离 子的氢氧化物盐。例子可包括氢氧化钠和氢氧化钾。由于在该实施方 案中，二价阳离子向膜的通过受到限制，因此在生物电化学系统中的 阴极侧上沉淀例如碳酸钙的可能性也可得到降低。
在一个特别的实施方案中，将废水流通向阳极并将含水的流或水 通向阴极。废水流可包含溶解的钠和/或钾和/或其它阳离子，这些阳 离子通过在阳极和阴极之间的离子选择性膜从而在生物电化学系统阴 极侧上的水溶液中形成氢氧化钠和/或氢氧化钾。
在另一个实施方案中，通向阴极的含水的流可包含溶解的阳离子， 例如钠、钾、钙和镁。例如，通向阴极的含水的流可包含盐溶液或盐 水或海水。
在这种实施方案中，可操作该方法使得离开阴极的碱性流的pH 超过10，更优选大和12，甚至更优选大于13。可回收碱性流用于其 它用途的用于储存或用于输送。例如，碱性流可用于在食品加工行业 或在饮料或装瓶行业中使用的容器或管道或工艺器具的清洗。本发明 的使用的一个例子是制备用于在啤酒装瓶工厂或酿酒厂中清洗发酵槽 的碱性流。
在本发明的又一个实施方案中，操作该方法使得通向阳极的流的 pH降低从而产生含酸的流。该实施方案对应上述的(c)。合适地， 降低pH到低于4，更优选到低于2，甚至更优选到低于1。适于回收 含酸的流用于储存或者用于其它用途。
在该实施方案中，向阳极供给的流可以是水或含水的流，例如包 含溶解的盐的溶液、盐水、反渗透浓缩物或海水。在该实施方案中向 阳极供给的水或水溶液可包含阴离子，例如氯离子、硝酸根离子、磷 酸根离子、碳酸根离子、乙酸根离子或者其中两种或更多种的混合物。
在其中于阳极室内形成低pH的酸性流的本发明实施方案中，生物 电化学系统可包含对阴离子选择性地渗透的膜。这样的阴离子交换膜 对于本领域技术人员是熟知的，并包括膜例如AMI-7001(Membranes International)、Neosepta AMX(ASTOM Corporation)和fumasep FAA (fumatech)。
第二方面，本发明提供了形成酸性溶液或碱性溶液的方法，其包 括步骤：提供具有阳极和阴极的生物电化学系统，所述生物电化学系 统具有在阳极处通过微生物来生物催化一种或多种反应的阳极，或者 在阴极处通过微生物来生物催化一种或多种反应的阴极，或者在阳极 和阴极处均通过微生物来生物催化一种或多种反应的阳极和阴极，向 阳极供给含水的流，向阴极供给含水的流，在阳极处产生酸性溶液或 在阴极处产生碱性溶液，并且回收酸性溶液或碱性溶液。
可将回收的酸性溶液或碱性溶液送至储存。作为替代，可将回收 的酸性溶液或碱性溶液输送至用于另一过程。可将酸性溶液或碱性溶 液从生物电化学系统直接输送至另一过程而没有中间储存。作为替代， 可将酸性溶液或碱性溶液在用于其它用途之前输送至储存。
在一个实施方案中，进入阳极的含水的流是来自纸工厂或纸回收 工厂或纸和纸浆工厂的包含钙离子的废水。在阳极处酸化废水。在阴 极处产生碱性溶液。可将该碱性溶液添加到废水中来沉淀钙离子。
在上述方法的一个实施方案中，废水已通过厌氧消化器 (digester)。厌氧消化器的流出物通过阳极。在阴极处产生碱性流。
在一个优选的实施方案中，来自厌氧消化器的废水通过反应器容 器，在其中钙离子得到沉淀。反应器容器的流出物去往阳极，在阳极 处废水得到酸化。部分或全部的阳极的流出物直接地或间接地返回厌 氧消化器。在阴极处产生被输送至反应器容器的碱性流，在反应器容 器中钙离子得到沉淀。
在另一个实施方案中，由于氧或氢氧离子的还原，阴极的流体变 成碱性的而同时在阴极处产生氢氧化物。可将该产品输送用于别处。
在另一个实施方案中，采用来自酿造或酿酒容器清洗工艺的废水 作为用于阳极室的流入物，而在阴极处产生碱性溶液。可将阳极的流 出物送至厌氧消化器。在该实施方案的变体中，可将反渗透浓缩物、 盐溶液或盐水用作用于阴极室的流体或将其添加至阳极的流入物来提 供阳离子。
在本发明的全部方面，优选不将离开阳极的电解质流送至阴极(并 且反之亦然)。例外的是如下情形：在阳极和阴极之间放置仅允许小 于1毫米优选小于0.1mm甚至更优选小于1微米的细粒通过的膜，允 许部分或全部的流体通过膜从阳极到阴极的流动(并且反之亦然)。
在本发明的一些实施方案中，通过允许离子输送的膜分隔阳极和 阴极，该膜优选阳离子或阴离子交换膜、单价阳离子或阴离子交换膜 或者任何允许离子通过的分隔体。
在本发明的一些实施方案中，阴极材料可选自碳基材料、石墨、 碳纤维、不锈钢、钢、铁或任何允许存在于向阴极供给的流体中氧、 水或化合物还原的材料。
在本发明的一些实施方案中，阳极材料可选自碳基材料、石墨、 碳纤维、不锈钢、或任何允许存在于向阳极供给的流体中的水、有机 物质(有或无微生物存在)、氯化物或化合物氧化的材料。
在本发明的一些实施方案中，通过阳极和/或阴极的流体流动可与 膜垂直。这可通过例如将流体输送通过膜或通过在膜和阳极的和/或阴 极电极之间引入空间或间隔体来实现。这样的间隔体对于本领域技术 人员是熟知的。
在本发明的一些实施方案中，向阳极供给的流体可包含发酵液或 包含脂肪酸和/或醇的液体，例如乙酸、丙酸、丁酸、甲醇、乙醇和其 它本领域技术人员所熟知的。可将阳极的酸化流出物送至汽提塔或膜 交换单元，或者可通过流体输送气体流从而回收脂肪酸和/或醇。作为 替代，脂肪酸和/或醇通过膜从阳极到阴极，并且在碱性阴极溶液中溶 解。在一些实施方案中，膜将是渗透蒸发膜。
在上述的一个优选实施方案中，在阴极流体中脂肪酸和/或醇的浓 度高于1克每升，更优选高于5克每升，最优选高于50克每升。
在本发明的一些实施方案中，可获得0-10,000A/m3生物电化学 系统的生物电化学单元中的体积电流密度，优选10-5,000A/m3，更优 选100-2500A/m3，和/或0-1,000A/m2膜表面积的面积比电流密度， 优选1-100A/m2的膜表面积，更优选2-25A/m2的膜表面积。
在0-10千瓦每立方米的生物电化学系统的功率密度下，可从生物 电化学系统获得电能或向生物电化学系统提供电能。
在另一个实施方案中，进入阴极的流体可以是酸性矿物排水或包 含溶解的金属的酸性溶液。通过电子受主例如水、氧、硫酸盐和其它 存在于酸性溶液中的物质或本领域技术人员熟知的物质的进行电化学 或生物电化学的还原，阴极流体可提高pH。
在上述一个优选的实施方案中，阴极的pH提高到金属离子从流体 中沉淀的水平。例子是金属硫化物或金属氢氧化物。金属离子可在阴 极流体已离开阴极室之后沉淀，例如沉淀可发生于沉淀容器中。
在上述另一个实施方案中，阳极流是包含有机物质的流体或者包 含电子施主(例如水或硫化物和其它本领域技术人员熟知的)的流体。
在上述另一个实施方案中，通过太阳电池板或通过产生电能的另 外的装置来传递或增强阴极的还原能力。
在另一个实施方案中阳极没有入口，而是浸入包含电子施主的流 体中。阳极可以至少部分围绕容纳阴极的膜。
类似地，在一些实施方案中，阴极没有入口，而是浸入包含电子 受主的流体中。阴极可以至少部分围绕容纳阳极的膜。
在又一个方面，本发明提供了处理包含有机物质和/或无机物质的 废水流的方法，其包括将废水流通向生物电化学系统的阳极或阴极， 所述生物电化学系统具有在阳极处通过微生物来生物催化一种或多种 反应的阳极，或者在阴极处通过微生物来生物催化一种或多种反应的 阴极，或者在阳极和阴极处均通过微生物来生物催化一种或多种反应 的阳极和阴极，从而：
a)降低通向阳极的流的pH以最小化或抑制溶解的阳离子的沉淀; 或
b)提高通向阴极的流的pH以产生碱性流;或
c)降低通向阳极的流的pH以产生含酸的流。
在又一个方面，本发明提供了产生碱性含水的流的方法，其包括 步骤：
-提供生物电化学系统，该系统包含具有生物催化的阳极的阳极室 和具有阴极的阴极室，通过离子渗透膜分隔阳极室和阴极室，阳极和 阴极彼此电连接;
-向阳极室供给废水流使得废水流中的有机物质和/或无机物质得 到氧化;
-向阴极室供给含水的流，
-其中离子渗透膜允许阳离子通过其间但是限制阴离子流过其间， 并且其中在阴极室产生碱性流，以及
-从阴极室移除碱性含水的流。
