KR20170038758A

KR20170038758A - 혐기성 소화물로부터 암모니아 및 1가 염을 회수하기 위한 전기투석 스택, 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20170038758A
Application number: KR1020167032341A
Authority: KR
Inventors: 필립 버락
Original assignee: 뉴트리언트 리커버리 앤드 업싸이클링 엘엘씨
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2017-04-07
Also published as: US10125428B2; AU2015249375B2; AU2015249375A1; EP3134352A1; WO2015164744A1; EP3134352A4; JP6649273B2; CA2945973A1; SG11201608886UA; US20150308001A1; JP2017517387A

Abstract

일련의 전기투석 셀을 포함하는 전기투석 스택 및 상기 전기투석 스택을 포함하는 혐기성 소화 시스템이 제공된다. 또한, 상기 전기투석 스택 및 시스템을 사용하여, 분리된 혐기성 소화물로부터 질소를 암모니아의 형태로 회수하는 방법이 제공된다. 상기 전기투석 스택은 1가-선택적 양이온 교환 막을 사용하여, 암모늄 이온 및 다른 1가 이온을 다가 양이온에 대해 구별하며 농축액 스트림 중에 농축시키고, 결과적으로 상기 다가 양이온은 희석액 스트림에 보유된다. 상기 전기투석 스택은 1가-선택적 음이온 교환 막을 사용하여 다가 음이온에 대해 구별할 수 있으며, 이는 결과적으로 희석액 스트림에 선택적으로 보유된다.

Description

혐기성 소화물로부터 암모니아 및 1가 염을 회수하기 위한 전기투석 스택, 시스템 및 방법{ELECTRODIALYSIS STACKS, SYSTEMS, AND METHODS FOR RECOVERING AMMONIA AND MONOVALENT SALTS FROM ANAEROBIC DIGESTATE}

관련 출원에 대한 상호-참조

본 출원은 2014년 4월 24일에 제출된 미국 가출원 번호 61/983,618로부터의 우선권을 주장하며, 이는 전문이 본원에 참조로 포함된다.

미국에서, 방대한 양의 질소가 가정 및 산업으로부터 중앙 집중 폐수 처리장으로 보내진다. 생물학적 영양분 제거 (BNR)를 실시하는 최신 폐수 처리장을 통과하는 많은 양의 질소는 의도적으로 질화된 다음, 탈질화되고, 휘발되어 주로 소량의 N₂0를 포함하는 이질소 (N₂) 가스로서 대기 중으로 배출되어 폐기된다. 또한, 많은 양의 질소는 고체로서 수집되고, 단지 추가의 처리를 위해 보다 큰 유량으로 후속적으로 희석되도록 암모늄의 형태로 혐기성 소화된다. 역설적으로, 폐수 처리장이 질소를 희석시키고, 배출 및 폐기하는 것과 동시에, 비료 산업은 비료 제조를 위해 큰 노력과 비용으로 하버-보슈 (Haber-Bosch) 방법을 사용하여 천연 가스로 공중 질소를 고정시키고 있다.

고체 폐기물의 혐기성 소화는 폐수 산업에서 폐수로부터 분리된 고체의 양과 환경적인 영향을 감소시키기 위한 방법으로서, 그리고 보다 최근에는 에너지를 발생시키고, 동물 사육장, 낙농장 및 식품 가공 시설에서의 보다 광범위한 적용을 얻기 위한 최적화된 방법으로서 오랫동안 실시되어 왔다. 혐기성 소화 동안, 미생물은 유기 물질을 기체인 이산화탄소 및 메탄으로 전환시킨다. 가용성 영양분 이온, 이들 중에서 암모늄, 포타슘, 일수소 포스페이트 및 이수소 포스페이트는 본래 폐수보다 훨씬 큰 수준으로 혐기성 소화물 중에 농축된다. 상기 우세한 혐기성 조건의 소화 방법에 의해, 질소가 암모늄으로부터 니트레이트로 산화되는 것이 방지된다.

전기투석을 통해 원폐수로부터 질소를 회수하기 위한 시도가 이루어져왔다. 구체적으로, 전기투석은 돈분으로부터 암모니아를 회수하기 위한 접근법으로서 조사되어 왔다. 예를 들어, 몬도르(Mondor) 등 (2008, 2009)은 암모니아의 회수 및 농축을 위해 역삼투와 결부된 전기투석을 사용하였으며, 약 16 g/L의 최대 총 암모늄-N 농도에 도달할 수 있는 것으로 추정되었다. 이들은, 시간 경과에 따라 상당한 침적물, 칼슘 카보네이트 및 실리카 콜로이드성 입자가 이온-교환 막 상에 형성되었고, 이온-교환 용량은 세척 후 오직 부분적으로만 회복될 수 있었으며, 이것이 전기투석 시스템의 장기 사용을 실행 불가능하게 하는 것을 발견하였다. 문헌 [Mondor, M., Masse, L., Ippersiel, D., Lamarche, F. and Masse, D. I., 2008, Use of electrodialysis and reverse osmosis for the recovery and concentration of ammonia from swine manure, Bioresource Technology 99, pg: 7363-7368]; 및 문헌 [Fouling characterization of electrodialysis membranes used for the recovery and concentration of ammonia from swine manure, M. Mondor, D. Ippersiel, F. Lamarche, L. Masse, Bioresource Technology 100 (2009) 566-571].

일련의 전기투석 셀을 포함하는 전기투석 스택(stack)이 제공된다. 또한, 상기 전기투석 스택을 포함하는 혐기성 소화 시스템, 및 상기 전기투석 스택을 사용하여 암모늄을 혐기성 소화물의 분리액 중에 농축시키는 방법이 제공된다. 최종적으로, 상기 전기투석 스택의 농축 유출물로부터 암모니아 및 1가 염을 회수하여 상업적 비료 제품을 제조하는 방법이 제공된다.

전기투석 스택의 하나의 구현예는 애노드; 캐소드; 하나 이상의 1가-선택적 양이온 교환 막; 및 1가-선택적 음이온 교환 막일 수 있는 하나 이상의 음이온 교환 막을 포함한다.

상기 1가-선택적 양이온 교환 막 및 음이온 교환 막은 상기 애노드 및 상기 캐소드 사이에 교대의 배열로 배치되어, 복수의 셀 구획이 상기 스택 내에 규정되도록 한다. 상기 셀 구획은 상기 캐소드 및 음이온 교환 막 사이에 규정된 캐소드 셀 구획; 상기 애노드 및 1가-선택적 양이온 교환 막 사이에 규정된 애노드 셀 구획; 각각이 1가-선택적 양이온 교환 막 및 그의 인접 음이온 교환 막 사이에 규정된 복수의 희석액 셀 구획; 및 각각이 음이온 교환 막 및 그의 인접 1가-선택적 양이온 교환 막 사이에 규정된 복수의 농축액 셀 구획을 포함한다.

상기 전기투석 스택을 사용하여, 암모늄 이온, 다른 양이온 및 음이온을 포함하는 혐기성 소화물의 분리액으로부터 암모늄을 농축시키는 방법의 하나의 구현예는, 분리된 혐기성 소화물 유입물을 상기 희석액 셀 구획에 공급하는 단계로서, 1가 양이온이 선택적으로 상기 양이온 교환 막을 통해 상기 인접 농축액 셀 구획으로 통과하여 암모늄 이온 및 다른 1가 양이온으로 농축된 농축액 스트림을 제공하며, 다가 양이온은 선택적으로 상기 희석액 셀 구획에 보유되어 희석액 스트림을 제공하는 단계; 상기 희석액 스트림을 희석액 유출물로서 상기 전기투석 스택의 외부로 통과시키는 단계; 상기 농축액 스트림의 제1 부분을 상기 농축액 셀 구획으로 다시 공급하는 단계; 상기 농축액 스트림의 제2 부분을 상기 캐소드 셀 구획으로 공급하는 단계로서, 암모늄 이온이 상기 캐소드에서 생성된 수산화물과 반응하여 캐소드 스트림에서 암모니아를 형성하는 단계; 상기 캐소드 스트림으로부터 암모니아를 회수하는 단계; 및 상기 농축액 스트림을 농축액 유출물로서 상기 전기투석 스택의 외부로 통과시키고, 상기 농축액 유출물을 암모니아 분리 방법 및 1가 염의 회수 방법에 의해 추가로 처리하는 단계를 포함한다. 상기 농축액 스트림 중 회수되는 염의 농축 정도는 암모늄, 포타슘 및 소듐의 비카보네이트 염의 용해도에 의해 제한된다.

암모늄 이온, 다른 양이온 및 음이온을 포함하는 혐기성 소화물의 분리액으로부터 암모니아를 회수하기 위한 시스템의 하나의 구현예는 상기 기재된 바와 같은 전기투석 스택; 분리된 혐기성 소화물 유입물을 상기 희석액 셀 구획으로 공급하도록 구성된 혐기성 소화물 공급원; 상기 농축액 스트림의 일부의 상기 캐소드 셀 구획으로의 공급; 및 상기 캐소드 셀 구획으로부터의 유출물을 수용하고, 상기 유출물로부터 암모니아를 분리하도록 구성된 암모니아 분리기를 포함한다. 상기 암모니아 분리는 상기 농축액 유출물의 공기 또는 증기 스파징(sparging)을 포함할 수 있으며, 냉장에 의해 암모니아가 회수되거나 또는 상기 암모니아 스트림을 적절한 산: 각각 황산, 질산 또는 인산 용액을 통해 통과시킴으로써 암모늄 술페이트, 암모늄 니트레이트 또는 암모늄 포스페이트가 회수된다.

암모늄 염을 회수하기 위한 시스템의 하나의 구현예는 암모늄 및 비카보네이트 이온 둘 모두로 농축된 상기 전기투석 스택의 농축 유출물을 냉장시켜 고체 암모늄 비카보네이트 침전물을 생성하는 것을 포함한다.

또 다른 구현예는 암모늄 및 카보네이트 이온 둘 모두로 농축된 상기 전기투석 스택의 농축 유출물을 50 내지 80℃에서 저온 증류시켜 암모늄 비카보네이트를 휘발시키는 단계를 포함하며, 이는 주위 온도로의 냉각 시 순수한 형태로 회수된다.

또 다른 구현예는 암모늄 및 암모니아가 스트리핑(stripping)된 상기 농축액 스트림의 제1 부분을 상기 농축액 스트림으로 다시 재순환시키는 단계, 및 상기 전기투석 시스템에 의해 농축된, 분리된 혐기성 소화물 중의 포타슘, 포스페이트 및 다른 목적하는 이온을 회수하기 위해 상기 스트리핑된 스트림의 제2 부분을 처리하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 주요한 특징 및 이점은 하기 도면, 상세한 설명 및 첨부되는 청구범위의 검토 시 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.

본 발명의 예시적인 구현예는 이후 첨부하는 도면을 참조로 기재될 것이며, 여기서 유사 번호는 유사 요소를 나타낸다.
도 1은 상기 전기투석 스택에서 처리될 수 있는 혐기성 소화물 유입물의 예를 열거하는 표이다.
도 2a는 단일-단계(single-phase) 혐기성 소화 시스템의 도식적 다이어그램이다.
도 2b는 다중단계(multiphase) 혐기성 소화 시스템의 도식적 다이어그램이다.
도 3은 일련의 1가-선택적 양이온 교환 막 및 1가-선택적 음이온 교환 막을 포함하는 전기투석 스택의 도식적 다이어그램이다.
도 4는 전기투석 스택에 사용된 처리 흐름을 예시하는 공정 흐름도이다.
도 5는 상이한 초기 암모늄 비카보네이트 농도를 갖는 혐기성 소화물 유입물에 대한 시간의 함수로서의, 재순환 농축액 스트림 중의 암모늄 비카보네이트 농도를 나타내는 그래프이다.

일련의 전기투석 셀을 포함하는 전기투석 스택이 제공된다. 또한, 상기 전기투석 스택을 포함하는 혐기성 소화 시스템, 및 상기 전기투석 스택을 사용하여 암모늄을 혐기성 소화물의 분리액 중에 농축시키는 방법이 제공된다. 최종적으로, 암모니아 및 1가 염을 상기 전기투석 스택의 농축 유출물로부터 회수하여 상업적 제품, 예컨대 비료를 제조하는 방법이 제공된다.

상기 전기투석 스택은 혐기성 소화물로부터 질소를 회수하기 위한 시스템 및 방법에 사용된다. 상기 전기투석 시스템에서, 혐기성 소화물 공급원은 분리된 혐기성 소화물 유입물을 상기 희석액 셀 구획으로 공급하도록 구성된다. 이러한 분리된 혐기성 소화물은 여과액, 예컨대 중력 벨트 농축기(gravity belt thickener) 또는 벨트 프레스(belt press)로부터의 여과액, 또는 연속 원심분리기에 의해 제조된 농축액일 수 있다. 상기 혐기성 소화물은 다양한 공급원, 예컨대 하수 폐기물, 식품 및 음료 가공 폐기물, 산업 가공 폐기물, 거름 폐기물 및 도축장 폐기물로부터 생성될 수 있다. 따라서, 오직 예시로서, 상기 분리된 혐기성 소화물 유입물은 도시 하수(municipal sewage) 처리 시설, 거름 혐기성 소화조 또는 식품 가공 부산물 혐기성 소화조에 사용된 혐기성 소화 시스템으로부터의 혐기성 소화물을 포함할 수 있다. 거름 라군(manure lagoon)은 거름 고체가 혐기성 조건 하에 분해되는 본질적으로 천연의 혐기성 소화조이며, 거름 라군의 상청액 또는 여과액이 상기 목적을 위한 혐기성 소화물로서 고려될 수 있다. 열 또는 압력을 가하며 산 또는 염기를 적용하여, 실질적으로 유사한 소화물이 유기 고체로부터 생성될 수 있다. 도 1은 본 발명의 전기투석 스택 및 방법을 사용하여 암모니아 및 1가 염이 회수될 수 있는 혐기성 소화물 공급원의 5가지 예를 열거한다. 각각의 공급원으로부터의 소화물의 pH, 알칼리도 및 그 중에 존재하는 이온이 제공된다. 용해된 이온 농도는, 제공되는 경우, mg/L (ppm)의 단위를 갖는다.

본 발명의 시스템에 폐수보다는 소화물을 사용하는 것이 유리한데, 이는 원폐수 (기원에 관계없이)로부터의 영양분의 회수는 고체 상으로 존재하는 큰 농도의 N, P 및 다른 영양소로 인해 실행가능하지 않기 때문이다. 따라서, 폐수 스트림을 소화물 (생물학적, 물리학적 또는 화학적 소화; 또는 이들의 조합으로부터의 소화물)로 변환시키기 위한 이의 예비처리 및 조건화가 행해지며, 이는 상기 소화물을 본 발명의 시스템 및 방법에 의한 영양분 회수에 적합하게 한다.

도 2a 및 2b는 상기 전기투석 셀에 사용하기 위한 혐기성 소화물을 생성하는 데 사용될 수 있는 1개 이상의 소화 챔버를 포함하는 혐기성 소화 시스템의 도식적 다이어그램이다. 도 2a는 1차 슬러지, 잉여 활성 슬러지(waste activated sludge) 또는 둘 모두가 도입되며, 그로부터 혐기성 소화물이 배출되는 중온성 혐기성 소화조를 포함하는 단일-단계 중온성 혐기성 소화 시스템을 나타낸다. 이러한 혐기성 소화물은 적절한 분리기, 예컨대 원심분리기 또는 중력 벨트 농축기를 사용하여 주로 고체인 부분 (바이오고체(biosolid)) 및 주로 액체인 부분 (예를 들어, 농축액 또는 여과액)으로 분리될 수 있다. 이어서, 상기 소화물의 액체인 부분은 전기투석 스택을 위한 유입물로서 사용될 수 있다. 도 2b는 유기산 소화조, 호열성 소화조 및 중온성 혐기성 소화조를 이 순서로 포함하는 다중단계 혐기성 소화 시스템을 나타낸다. 이러한 유형의 소화 시스템을 사용하여, 혐기성 소화에 수반되는 여러 미생물 처리를 위한 환경적 조건을 최적화하고, 이에 따라 호열성 단계에서의 메탄 생성을 증진시키고, 감소된 병원체 함량을 갖는 바이오고체를 생성한다. 상기 다중-단계 공정에 대한 요점은 유기산 소화조이며, 이는 수일의 체류 시간으로 산 생성(acidogenesis) 및 아세트산 생성(acetogenesis) 처리에 의해 중온성 온도에서 소화성 탄수화물로부터 저분자량 유기산을 생성한다. 이어서, 상기 유기산 소화물은 호열성 소화조로 통과하며, 여기서 보다 높은 온도 및 보다 높은 pH에서, 메탄 생성(methanogenesis)의 미생물 처리가 바이오가스(biogas) 형태의 메탄을 생성한다. 도 2a의 상기 단일-단계 혐기성 소화 시스템에 의해 생성된 소화물과 같이, 도 2b의 상기 다중단계 소화 시스템의 소화물은 주로 고체인 부분 (바이오고체) 및 주로 액체인 부분으로 분리될 수 있으며, 상기 소화물의 액체인 부분은 전기투석 스택을 위한 유입물로서 사용될 수 있다. 별법으로, 상기 다중단계 시스템에서의 상류 소화조 중 하나로부터의 소화물의 액체 부분을 사이펀(siphon)으로 빼내어 전기투석 스택을 위한 유입물로서 사용할 수 있다.

상기 전기투석 스택은 1가-선택적 양이온 교환 막을 사용하여 다가 양이온에 대해 구별하며 암모늄 이온 및 다른 1가 양이온을 농축액 스트림 중에 농축시키고, 결과적으로 상기 다가 양이온은 희석액 스트림에 보유된다. 1가-선택적 양이온 교환 막의 사용은 낮은 가치의 다가 양이온, 예컨대 칼슘 및 마그네슘의 상기 농축액 스트림으로의 이동을 감소시키거나 또는 실질적으로 제거하기 때문에 유리하다. 공정 스트림에서 침전물을 형성할 다가 양이온을 함유하는 혐기성 소화물 유입물에 대해, 본 발명의 스택은, 희석액 스트림 중의 상기 용해된 이온이 농축액 스트림으로 통과하여 상기 막 상에 그리고 상기 전기투석 스택에서 칼슘 카보네이트, 칼슘 술페이트, 칼슘 포스페이트, 마그네슘 암모늄 포스페이트의 침전물 및 다른 목적하지 않은 광물 침적물을 형성하도록 하기보다는, 이들을 보유한다. 또한, 상기 희석액 스트림에 칼슘 및 마그네슘을 보유하는 것은 이들의 전기투석을 수행하는 데 필요한 전류를 감소시키고, 이에 따라 상기 스택이 이온가(ionic valence)에 기초하여 구별되지 않은 양이온 교환 막을 사용하는 스택보다 더 에너지 효율적이 되도록 한다. 또한, 고농도의 다가 양이온 및 이들의 반대 이온을 상기 희석액 스트림 중에 보존함으로써, 상기 전기투석 스택은 이온가에 기초하여 구별되지 않은 양이온 교환 막을 사용하는 스택에 비해 전기투석 과정 동안의 이온 고갈을 감소시킨다. 결과적으로, 본 발명의 스택은 보다 낮은 구동 전압을 필요로 하며, 이에 따라 감소된 소비전력을 갖는다.

상기 전기투석 스택의 일부 구현예는 또한 1가-선택적 음이온 교환 막을 사용한다. 이러한 구현예는 낮은 가치의 다가 음이온, 예컨대 술페이트 이온 및 휴메이트(humate)- 또는 풀베이트(fulvate)-유사 다가 음이온의 상기 농축액 스트림으로의 이동을 감소시키거나 또는 심지어 실질적으로 제거함으로써 상기 스택의 에너지 효율을 추가로 증진시킬 수 있다. 더욱이, 상기 1가-선택적 음이온 교환 막은 이러한 다가 음이온에 대해 구별하기 때문에, 이러한 음이온 (존재하는 경우)에 의한 막 오염을 상당히 감소시킨다.

1가-선택적 이온 교환 막은 상업적으로 입수가능하며, 예를 들어 네오셉타(Neosepta) (일본 소재 아스톰 코포레이션(Astom Corp.); 셀레미온(Selemion) (일본 소재 AGC 엔지니어링 컴파니(AGC Engineering Co.);-PC 셀 (독일 소재 폴리머케미 알트마이어 게엠베하(Polymerchemie Altmeier GmbH); 아이오닉스, 인코포레이티드(Ionics, Inc.) GE 인프라스트럭쳐(Infrastructure) - 워터 앤드 프로세스 테크놀로지스(Water & Process Technologies) (미국 소재); 울트렉스(Ultrex) (미국 소재 멤브레인스 인터내셔날, 인코포레이티드(Membranes International, Inc.))로부터 구입할 수 있다.

도 3은 1가-선택적 양이온 교환 막 및 음이온 교환 막을 포함하는 전기투석 스택의 하나의 구현예의 도식적 예시이다. 상기 도면에 예시된 바와 같이, 상기 전기투석 스택은 캐소드(102), 애노드(104), 하나 이상의 1가-선택적 양이온 교환 막(106), 및 하나 이상의 음이온 교환 막(108)을 포함한다. 예시의 목적으로, 이러한 구현예에서의 음이온 막(108)은 1가-선택적 음이온 교환 막이다. 그러나, 비-선택적 음이온 교환 막이 또한 사용될 수 있다. 1가-선택적 양이온 교환 막(106) 및 1가-선택적 음이온 교환 막(108)은 캐소드(102) 및 애노드(104) 사이에 교대의 관계로 배치된다. 상기 애노드, 캐소드 및 이온 교환 막은 스페이서 (도시되지 않음)를 갖는 하우징 내에 함유된다. 상기 스택 내에, 캐소드 셀 구획(110)이 캐소드(102) 및 그의 인접 음이온 교환 막(108) 사이에 규정되고, 애노드 셀 구획(114)이 애노드(104) 및 그의 인접 양이온 교환 막(106) 사이에 규정된다. 복수의 전기투석 셀 구획(112a 및 112b)가 상기 스택 내 인접 양이온 및 음이온 교환 막 사이에 규정된다.

전기투석 동안, 이온 유입물에 침지된 상기 애노드 및 캐소드를 가로질러 전위가 가해진다. 이는 하전 양이온 및 음이온이 각각 상기 캐소드 및 애노드 쪽으로 이동하도록 유발한다. 상기 이온의 이동은, 각각이 오직 (또는 실질적으로 오직) 각각 1가 양이온 또는 1가 음이온만이 통과하도록 하는 상기 1가-선택적 양이온 교환 막 및 1가-선택적 음이온 교환 막에 의해 추가로 제어된다. 전기투석은 일반적으로 낮은 전압 (예를 들어, 25 VDC 이하의 전압)을 사용하여 전류가 유입물 및 생성물 용액에 의해 제공되는 전기 저항에 대항하여 흐르도록 한다. 전기투석을 실행하는 데 요구되는 전력은 종래의 공급원에 의해 제공되거나 또는 광전지, 메탄-전력공급 발전기 또는 다른 공급원으로부터 제공될 수 있다.

전기투석 스택을 사용하여 혐기성 소화물의 분리액으로부터 질소를 암모니아 및 1가 염의 형태로 회수하는 방법을 위한 처리 흐름은 도 3 및 도 4의 공정 흐름도에 화살표로 표시되어 있다. 분리된 혐기성 소화물 유입물(116)은 제1 하위세트의 전기투석 셀 구획(112a)로 공급되고, 여기서 이온 막(106 및 108)과의 양이온 교환 및 음이온 교환을 겪는다. 결과적으로, 다가 양이온 및 다가 음이온은 상기 제1 세트의 전기투석 셀 구획 (희석액 셀 구획)(112a) 내 생성물 스트림에 선택적으로 보유되는 반면, 암모늄 이온을 포함하는 1가 양이온 및 1가 음이온은 상기 막을 통과하여 제2 세트의 전기투석 셀 구획 (농축액 셀 구획)(112b)의 생성물 스트림에 농축된다. 희석액 셀 구획(112a)로부터의 희석액 유출물(118)은 추가의 처리 및/또는 폐기를 위해 상기 스택의 외부로 통과한다. 농축액 셀 구획(112b)로부터의 농축액 유출물(120)을 제1 부분(120a) 및 제2 부분(120b)로 분리하기 위해 파이프 또는 배관과 같은 채널이 제공된다. 부분(120a)는 농축액 셀 구획(112b)로 다시 공급되고, 여기서 이는 이의 1가 양이온 및 1가 음이온 농도를 추가로 증진하기 위해 추가의 전기투석을 겪는다. 임의로, 유출물(120)의 제2 부분(120b)는 캐소드 셀 구획(110)으로 공급되고, 여기서 암모늄 이온은 캐소드(102)에서 생성된 수산화 이온과의 반응을 통해 부분적으로 또는 완전히 암모니아로 전환된다. 이어서, 캐소드 셀 구획(110)으로부터의 유출물(122) (캐소드 유출물)는 상기 스택의 외부로 통과하고, 암모니아가 회수된다.

상기 농축액 셀 구획에서의 충분한 재순환 후에 1가 염이 (120a)로부터 회수될 수 있다.

상기 농축액 셀 구획으로부터의 농축액 유출물은 목적하는 1가 이온 농도가 달성될 때까지 다수의 횟수로 상기 농축액 셀 구획을 통해 다시 순환될 수 있고, 상기 시점에 상기 농축액 유출물은 암모니아 및 암모늄 회수를 위해 상기 스택의 외부로 통과하여, 추가로 처리 및/또는 폐기될 수 있다. 다수-주기 농축액 유출물 생성과 함께 단일-주기 희석액 유출물 생성을 이용하는 상기 방법의 구현예는 이온이 연속적으로 제거될 수 있는, 매우 높은 이온 농도를 갖는 생성물 스트림의 연속적인 생성을 허용한다. 오직 예시로서, 상기 전기투석 방법의 일부 구현예는 초기 분리된 혐기성 소화물 유입물보다 적어도 1400% 큰 암모늄 이온 농도를 갖는 농축액 유출물을 생성하고, 실온에서 암모늄 비카보네이트의 용해도에 제한된, 리터당 약 28,000 mg의 암모늄-N 농도에 도달한다.

상기 방법의 일부 구현예는 상기 생성물 스트림 내 pH를 상승시키거나 또는 유지하기 위해 상기 농축액 스트림(120b)의 일부를 상기 캐소드 셀 구획(110) (상기 캐소드 스트림)을 통해 통과시키는 추가적인 단계를 포함한다. 알칼리성 조건이 암모니아로의 암모늄의 전환을 용이하게 하기 때문에 상기 생성물 스트림의 pH는 바람직하게는 9 내지 10이다. 그러나, 본 발명의 방법의 이점은 암모늄 이온을 암모니아로 전환하기 위해 물의 전기분해를 통해 상기 캐소드에서 생성된 수산화물을 이용함으로써, 달리 요구되는 화학적 염기의 양이 감소되는 것이다. 임의로, 암모니아로의 암모늄의 전환을 완료하기 위해 추가의 화학적 염기가 상기 생성물 스트림(122)에 첨가될 수 있다.

도 3에 도시된 상기 공정의 구현예에서, 분리된 혐기성 소화물 유입물(116)은 암모늄 이온, 포타슘 이온, 소듐 이온, 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 비카보네이트 이온, 클로라이드 이온, 일수소 및 이수소 포스페이트 이온, 및 술페이트 이온을 포함한다. 결과적으로, 희석액 유출물은 대략 변하지 않는 칼슘 이온, 마그네슘 이온 및 술페이트 이온 농도를 갖고; 농축액 유출물(120)은 암모늄 이온, 포타슘 이온, 비카보네이트 이온 및 클로라이드 이온으로 농축되고; 캐소드 유출물(122)는 암모니아를 함유하며, 암모늄 이온, 포타슘 이온, 비카보네이트 이온 및 클로라이드 이온으로 농축된다. 그러나, 상기 분리된 혐기성 소화물 유입물의 이온 함량, 및 이에 따라 각각의 유출물의 이온 함량은 처리되는 상기 혐기성 소화물의 공급원 및 성질에 의존적일 것이다. 특히, 일수소 포스페이트 (2가) 및 이수소 포스페이트 (1가) 형태의 포스페이트 이온은 물의 pH를 반영하는 비로 또한 존재할 수 있다.

비-선택적 음이온 교환 막 (즉, 다가 음이온에 대해 선택적으로 구별하지 않는 음이온 교환 막)을 사용하는 상기 전기투석 스택의 구현예에서, 상기 유입물 중 다가 음이온은 상기 음이온 교환 막을 통해 통과하고, 1가 음이온과 함께 상기 농축액 스트림 중에 농축될 것이다. 이러한 구현예는 목적하는 경우 상기 농축액 스트림 중의 포스페이트 이온, 일수소 포스페이트 및 이수소 포스페이트 둘 모두의 농축을 허용한다.

상기 알칼리성 캐소드 유출물 중의 암모니아 및 1가 염은 다양한 암모니아 분리기 및 분리 기술을 사용하여 상기 유출물의 다른 성분으로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 상기 캐소드 유출물은 암모니아 스트리핑 칼럼을 통해 통과할 수 있으며, 여기서 이는 진공, 또는 공기 또는 증기로의 스파징을 겪어 암모니아를 액상으로부터 기상으로 전환시킨다. 이어서, 증발된 암모니아는 냉장 시의 응축에 의해 회수되거나, 또는 강산, 예컨대 황산, 질산 또는 인산을 함유하는 산 트랩(trap)에서의 중화에 의해 암모늄 술페이트, 암모늄 니트레이트 또는 암모늄 포스페이트로 생성되어 회수될 수 있다. 암모니아 스트리핑의 설명은 문헌 [Mondor, M., Masse, L., Ippersiel, D., Lamarche, F. and Masse, D. I., 2008, Use of electrodialysis and reverse osmosis for the recovery and concentration of ammonia from swine manure, Bioresource Technology 99, pg: 7363-7368]; 및 미국 특허 번호 2,519,451에서 찾아볼 수 있다.

상기 캐소드 및 농축액 유출물로부터의 암모늄 비카보네이트 및 암모늄 카보네이트는 또한 진공 증류 칼럼을 사용한 상기 유출물의 열분해 증류 (예를 들어, 50 내지 80℃에서)를 통해 암모니아 및 이산화탄소를 분리하여 회수될 수 있고, 상기 암모니아의 응축이 이어진다. 이러한 공정은 문헌 [McGinnis, R. L., Hancock, N. T., Nowosielski-Slepowron, and M. S., McGurgan, G. D. 2013, Pilot demonstration of the NH₃/C0₂ forward osmosis desalination process on high salinity brines, Desalination 312:67-74]에 보다 상세히 기재되어 있다.

상기 농축액 유출물로부터의 암모니아 및 암모늄 염의 제거 후, 다른 이온, 예컨대 포타슘 이온 및 포스페이트 이온이 상기 농축액 유출물 및/또는 캐소드 유출물로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 포스페이트 이온은 비선택적 음이온 교환 막이 이용되는 경우 전장(electrical field)에 반응하여 상기 음이온 교환 막을 통해 횡단할 것이다. 이어서, 다수의 공지된 기술에 의해 상기 농축액 스트림으로부터 포스페이트가 회수될 수 있다.

본원에 기재된 상기 전기투석 스택은 단독으로 배치될 수 있거나, 또는 단일 공급원에서 생성될 수 있는 혐기성 소화물의 부피를 처리하도록 하는 스케일로 다수의 스택과 함께 병렬로 배열될 수 있고, 직렬로, 즉 연속적인 단계로 배열되어 분리된 혐기성 소화물로부터 각각의 단계에서 훨씬 더 많은 암모늄, 포타슘 및 포스페이트를 추출할 수 있다.

상기 논의된 전기투석 스택이 모두 1가-선택적 양이온 교환 막을 포함하지만, 상기 전기투석 스택은 1가-선택적 음이온 교환 막과 함께 무가(non-valent)-선택적 양이온 교환 막을 또한 포함할 수 있다. 이러한 스택은, 막(106)이 무가-선택적 양이온 교환 막이고, 막(108)이 1가-선택적 음이온 교환 막일 것이라는 것을 제외하고는 도 3에 도시된 전기투석 스택과 동일한 기본 레이아웃을 가질 수 있다. 상기 1가 음이온 막은 오직 (또는 실질적으로 오직) 1가 음이온만을 상기 농축액 스트림으로 통과하도록 할 것이다. 이어서, 상기 시스템으로부터 비카보네이트를 제거하고, 이에 따라 카보네이트를 함유하지 않지만 클로라이드, 1가 포스페이트, 니트레이트 및 다른 1가 이온과 같은 1가 음이온과의 다양한 양이온의 염이 로딩된 농축액 스트림을 제조하기 위해, 상기 농축액 스트림의 산성화 (예를 들어, 상기 애노드 셀 구획을 통한 경로배정(routing)에 의함)가 수행될 수 있다. 이들 이온은 이후에 침전, 증류 또는 다른 수단에 의해 이들의 다양한 염을 분리하도록 제어된 방식으로 조작될 수 있다.

실시예

실험실 전기투석 스택은 10개의 네오셉타 CMS 1가 양이온 교환 막, 10개의 네오셉타 ACS 1가 음이온 교환 막, 및 교대의 슬릿을 갖는 22개의 유동 스페이서(flow spacer)로 구성되었다. 상기 막 근처의 난류 및 대류성 이동을 증가시키기 위해 메쉬 스크린(Mesh screen)을 각각의 유동 스페이서의 공극에 두었다. 각각 232 제곱 센티미터의 활성 면적을 갖는 2개의 백금-도금된 티타늄 전극에 부착된 BK 프리시젼(Precision) 1788 DC 전원 공급기구에 의해 전위를 가하였다. 콜 파머(Cole Parmer) 7536-04 4-채널 펌프 헤드를 구비한 콜-파머 마스터플렉스(Masterflex) 7523-20 연동 펌프를 사용하여 용액을 100 내지 1200 mL/min의 시험된 유속으로 희석액, 농축액 및 전극 세정액 스트림으로 펌핑하였다. 상기 시스템은 단일 통과, 농축액 스트림의 재순환, 및 용액을 보존하기 위한 재순환/재혼합을 포함하는 여러 상이한 흐름-패턴을 수용하도록 설계되었다.

2000 ppm N의 암모늄 비카보네이트 용액을 한계 전류 밀도 근접의 1.5 또는 2 A의 전류를 가하며 300 mL/min의 유속으로 단일-통과 모드로 상기 전기투석 스택을 통해 유동시켰다. 재순환된 농축액 스트림 (도 5) 농도에서의 증가는 인-라인(in-line) 전기 전도도 판독으로부터 계산되었고, 그랩 샘플(grab sample)의 비색 암모니아 분석으로 확인되었다. 리터당 ~2몰의 최대 목적 용액 농도가 25℃에서 암모늄 비카보네이트의 용해도에 의해 설정되었다.

143 mM 암모늄 비카보네이트, 1.9 mM 마그네슘 클로라이드, 1.3 mM 포타슘 포스페이트, 0.6 mM 포타슘 술페이트, 5 mM 포타슘 비카보네이트 및 5 mM 소듐 비카보네이트를 함유하는 합성 용액을 제조하고, 143 mM 암모늄 비카보네이트의 농축액 스트림 및 143 mM 포타슘 니트레이트의 전극 세정 용액에 대한 상기 전기투석 스택의 1가 선택적 능력을 조사하기 위해 상기 희석액 스트림으로 공급하였다. 상기 전기투석 스택의 작동 조건은 300 mL/min의 유속 및 8 내지 14 V의 전압 스윕(sweep)이었으며, 1.2 내지 1.5 A의 전류를 제공하였다. 그랩 샘플을 ICP-OES에 의해 분석하였고, 마그네슘은 상기 농축액 스트림에서 검출 한계 미만이었다. 포타슘은 암모늄에 대해 1.81의 이동 비로 우선적으로 이동가능한 것으로 확인되었으며, 소듐은 암모늄에 대해 0.57의 이동 비로 가장 적게 이동가능한 것으로 확인되었다. 또한, 식별가능한 술페이트는 상기 농축액 스트림에서 검출되지 않았다. 클로라이드는 비카보네이트에 대해 1.79의 이동 비로 우선적으로 이동가능한 것으로 확인되었으며, 이 pH에서 포스페이트는 비카보네이트에 대해 0.29의 이동 비로 낮은 이동도를 갖는 것으로 결정되었다. 병행 실험에서, 칼슘의 투과성은 유사하게 검출 한계 미만이었다. 이러한 데이터는 상기 1가 선택적 이온 교환 막이 상기 농축액 스트림에서의 칼슘 및 마그네슘 스케일의 형성을 방지하는 데 적합함을 입증한다.

비완충 포타슘 니트레이트를 전극 세정 용액으로서, 상기 기재된 전기투석 스택의 상기 캐소드 및 애노드 셀을 통해 300 mL/min으로 펌핑하였다. 상기 캐소드 셀의 정상 상태 pH는 pH 11이었고, 상기 애노드의 정상 상태 pH는 3이었다. 상기 캐소드에서 생성된 염기는 232 제곱 센티미터 캐소드 셀에서 시간당 250 mg의 암모늄을 암모니아로 적정하기에 충분하였다.

단어 "예시적"은 본원에서 예시(example, instance 또는 illustration)의 역할을 의미하도록 사용된다. 본원에 "예시적"으로서 기재된 측면 또는 설계는 반드시 다른 측면 또는 설계보다 우선되거나 또는 유리한 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 개시내용의 목적 상, 그리고 달리 명시되지 않는 한, 단수("a" 또는 "an")는 "하나 이상"을 의미한다. 또한, "및" 또는 "또는"의 사용은 구체적으로 달리 나타내지 않는 한, "및/또는"을 포함하도록 의도된다.

본 발명의 예시적인 구현예의 상기 기재는 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 본 발명을 개시된 정확한 형태로 철저히 하거나 또는 제한하는 것으로 의도되지 않고, 변형 및 변화가 상기 교시를 고려하여 가능하거나 또는 본 발명의 실시로부터 획득될 수 있다. 상기 구현예는 본 발명의 원리를 설명하기 위해, 그리고 통상의 기술자가 본 발명을 다양한 구현예로 그리고 고려되는 특정한 용도에 적합화된 다양한 변형과 함께 이용할 수 있도록 하기 위한 본 발명의 실제적 적용으로서 선택 및 기재되었다. 본 발명의 범주는 여기에 첨부되는 청구범위 및 그의 등가물에 의해 정의되는 것으로 의도된다.

Claims

전기투석 스택(stack)을 사용하여, 암모늄 이온, 다른 양이온 및 음이온을 포함하는 분리된 혐기성 소화물로부터 암모니아, 1가 염 또는 둘 모두를 회수하는 방법으로서, 상기 전기투석 스택은
애노드;
캐소드;
하나 이상의 1가-선택적 양이온 교환 막; 및
하나 이상의 음이온 교환 막
을 포함하며, 상기 1가-선택적 양이온 교환 막 및 상기 음이온 교환 막이 상기 애노드 및 상기 캐소드 사이에 교대의 배열로 배치되어, 복수의 셀 구획이 상기 스택 내에 규정되도록 하고, 상기 셀 구획은 상기 캐소드 및 음이온 교환 막 사이에 규정된 캐소드 셀 구획; 상기 애노드 및 1가-선택적 양이온 교환 막 사이에 규정된 애노드 셀 구획; 각각이 1가-선택적 양이온 교환 막 및 그의 인접 음이온 교환 막 사이에 규정된 복수의 희석액 셀 구획; 및 각각이 음이온 교환 막 및 그의 인접 1가-선택적 양이온 교환 막 사이에 규정된 복수의 농축액 셀 구획을 포함하고;
상기 방법은
(a) 분리된 혐기성 소화물 유입물을 상기 희석액 셀 구획으로 공급하는 단계로서, 1가 양이온이 선택적으로 상기 양이온 교환 막을 통해 상기 농축액 셀 구획으로 통과하여 암모늄 이온 및 다른 1가 양이온으로 농축된 농축액 스트림을 제공하며, 다가 양이온은 선택적으로 상기 희석액 셀 구획에 보유되어 희석액 스트림을 제공하는 단계;
(b) 상기 희석액 스트림을 희석액 유출물로서 상기 전기투석 스택의 외부로 통과시켜, 상기 전기투석 스택에서의 상기 다가 양이온 염의 침전이 방지되도록 하는 단계;
(c) 상기 농축액 스트림을 상기 농축액 셀 구획으로 다시 재순환시켜 상기 농축액 유출물 중 암모늄 이온 및 다른 1가 양이온의 농도를 추가로 증가시키는 단계;
(d) 상기 농축액 스트림을 농축액 유출물로서 상기 전기투석 스택의 외부로 통과시키는 단계; 및
(e) 상기 농축액 유출물로부터 상기 1가 양이온의 1종 이상의 염을 회수하는 단계
를 포함하는, 전기투석 스택을 사용하여, 암모늄 이온, 다른 양이온 및 음이온을 포함하는 분리된 혐기성 소화물로부터 암모니아, 1가 염 또는 둘 모두를 회수하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 농축액 유출물로부터 암모니아를 회수하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 농축액 스트림이 1가 양이온 및 1가 음이온으로 농축되도록, 상기 하나 이상의 음이온 교환 막이 1가-선택적 음이온 교환 막인 방법.
제1항에 있어서, 상기 농축액 스트림의 일부를 상기 캐소드 셀 구획으로 공급하며, 암모늄 이온이 상기 캐소드에서 생성된 수산화물과 반응하여 캐소드 스트림에서 암모니아를 형성하는 단계, 및 상기 캐소드 스트림으로부터 상기 암모니아를 회수하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 캐소드 스트림에 염기를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 분리된 혐기성 소화물 유입물이 포타슘 이온, 소듐 이온, 클로라이드 이온, 비카보네이트 이온, 칼슘 이온, 마그네슘 이온 및 술페이트 이온을 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 분리된 혐기성 소화물 유입물 및 상기 농축액 유출물이 포타슘 이온을 포함하며, 상기 방법이 상기 포타슘 이온을 상기 농축액 유출물으로부터 회수하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 분리된 혐기성 소화물 유입물 및 상기 농축액 유출물이 포스페이트 이온을 포함하며, 상기 방법이 상기 농축액 유출물로부터 상기 포스페이트 이온을 회수하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 분리된 혐기성 소화물 유입물 및 상기 농축액 유출물이 암모늄 및 비카보네이트 이온을 포함하며, 상기 방법이 상기 농축액 유출물로부터 암모늄 비카보네이트를 회수하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
제9항에 있어서, 암모늄 비카보네이트를 회수하는 단계가 상기 농축액 유출물을 냉각하여 고체 암모늄 비카보네이트 침전물을 생성하는 단계를 포함하는 것인 방법.
제9항에 있어서, 암모늄 비카보네이트를 회수하는 단계가 상기 농축액 유출물을 증류하여 암모늄 비카보네이트를 증발시키는 단계, 상기 증발된 암모늄 비카보네이트를 포획하는 단계, 및 상기 포획된 암모늄 비카보네이트를 응축시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 농축액 유출물로부터 암모늄 염 및 암모니아를 회수하는 단계; 후속적으로 상기 농축액 유출물을 상기 농축액 셀 구획으로 다시 재순환시키는 단계; 및 후속적으로 상기 농축액 유출물로부터 이온을 회수하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 회수된 이온이 포타슘 이온 및 포스페이트 이온을 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 분리된 혐기성 소화물 유입물이 도시 혐기성 생물소화조(municipal anaerobic biodigester)로부터의 소화물을 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 분리된 혐기성 소화물 유입물이 거름 라군(manure lagoon)으로부터의 혐기성 소화물을 포함하는 것인 방법.
암모늄 이온, 다른 양이온 및 음이온을 포함하는 혐기성 소화물로부터 암모니아를 회수하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은
(a) 애노드;
캐소드;
하나 이상의 1가-선택적 양이온 교환 막; 및
하나 이상의 음이온 교환 막
을 포함하는 전기투석 스택으로서, 상기 1가-선택적 양이온 교환 막 및 상기 음이온 교환 막이 상기 애노드 및 상기 캐소드 사이에 교대의 배열로 배치되어, 복수의 셀 구획이 상기 스택 내에 규정되도록 하며, 상기 셀 구획은 상기 캐소드 및 음이온 교환 막 사이에 규정된 캐소드 셀 구획; 상기 애노드 및 1가-선택적 양이온 교환 막 사이에 규정된 애노드 셀 구획; 각각이 1가-선택적 양이온 교환 막 및 그의 인접 음이온 교환 막 사이에 규정된 복수의 희석액 셀 구획; 및 각각이 음이온 교환 막 및 그의 인접 1가-선택적 양이온 교환 막 사이에 규정된 복수의 농축액 셀 구획을 포함하는, 전기투석 스택;
(b) 분리된 혐기성 소화물 유입물을 상기 희석액 셀 구획으로 공급하도록 구성된 혐기성 소화물 공급원; 및
(c) 상기 캐소드 셀 구획으로부터의 유출물을 수용하고, 상기 유출물로부터 암모니아를 분리하도록 구성된 암모니아 분리기
를 포함하는, 암모늄 이온, 다른 양이온 및 음이온을 포함하는 혐기성 소화물로부터 암모니아를 회수하기 위한 시스템.
제16항에 있어서, 상기 암모니아 분리기가 암모니아 스트리핑(stripping) 칼럼을 포함하는 것인 시스템.
제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 음이온 교환 막이 1가-선택적 음이온 교환 막을 포함하는 것인 시스템.
제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 음이온 교환 막이 무가(non-valent)-선택적 음이온 교환 막을 포함하는 것인 시스템.
전기투석 스택을 사용하여, 양이온, 비카보네이트 음이온, 다른 1가 음이온 및 다가 음이온을 포함하는 분리된 혐기성 소화물로부터 양이온 염, 1가 음이온 염 또는 둘 모두를 회수하는 방법으로서, 상기 전기투석 스택은
애노드;
캐소드;
하나 이상의 1가-선택적 음이온 교환 막; 및
하나 이상의 양이온 교환 막
을 포함하며, 상기 1가-선택적 음이온 교환 막 및 상기 양이온 교환 막이 상기 애노드 및 상기 캐소드 사이에 교대의 배열로 배치되어, 복수의 셀 구획이 상기 스택 내에 규정되도록 하고, 상기 셀 구획은 상기 캐소드 및 1가-선택적 음이온 교환 막 사이에 규정된 캐소드 셀 구획; 상기 애노드 및 양이온 교환 막 사이에 규정된 애노드 셀 구획; 각각이 1가-선택적 음이온 교환 막 및 그의 인접 양이온 교환 막 사이에 규정된 복수의 희석액 셀 구획; 및 각각이 양이온 교환 막 및 그의 인접 1가-선택적 음이온 교환 막 사이에 규정된 복수의 농축액 셀 구획을 포함하고;
상기 방법은
(a) 분리된 혐기성 소화물 유입물을 상기 희석액 셀 구획으로 공급하는 단계로서, 비카보네이트 이온 및 다른 1가 음이온을 선택적으로 상기 1가-선택적 음이온 교환 막을 통해 상기 농축액 셀 구획으로 통과시켜 비카보네이트 이온 및 다른 1가 음이온으로 농축된 농축액 스트림을 제공하며, 다가 음이온은 선택적으로 상기 희석액 셀 구획에 보유되어 희석액 스트림을 제공하는 단계;
(b) 상기 희석액 스트림을 희석액 유출물로서 상기 전기투석 스택의 외부로 통과시키는 단계;
(c) 상기 농축액 스트림의 적어도 일부를 상기 애노드 셀 구획으로 공급하며, 상기 비카보네이트 이온 농도를 산성화를 통해 감소시켜 감소된 비카보네이트 이온 농도를 갖는 애노드 셀 유출물을 제공하는 단계;
(d) 상기 애노드 셀 유출물을 상기 전기투석 스택의 외부로 통과시키는 단계; 및
(e) 상기 애노드 셀 유출물로부터 상기 양이온 및 다른 1가 음이온의 1종 이상의 염을 회수하는 단계
를 포함하는, 전기투석 스택을 사용하여, 양이온, 비카보네이트 음이온, 다른 1가 음이온 및 다가 음이온을 포함하는 분리된 혐기성 소화물로부터 양이온 염, 1가 음이온 염 또는 둘 모두를 회수하는 방법.