WO2013071401A1 - Methode et systeme de traitement bioelectrochimique d'effluents organiques - Google Patents

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effluent
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biopile
bacterial
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Daniel Yves MARTIN
Patrick DUBÉ
Richard HOGUE
Thomas JEANNE
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Institut De Recherche En Agroenvironnement Inc. (Irda)
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for biological treatment of liquid effluents and / or electricity production.
  • the present invention relates to the production of a biopile applicable to organic effluents, particularly pig manure.
  • a biopile converts the available energy in a biodegradable substrate directly into electricity while decreasing its chemical oxygen demand (COD). Its functioning is dependent on the mechanisms of energy transfer in a bacterium.
  • Figure 1 shows a simplified form of the mechanisms of electron transfer and energy transformation within an aerobic bacterium.
  • the fuel is the electron donor and it contains the energy that will be transferred to the bacteria.
  • the electron donor may take more or less complex forms ranging from, for example, the glucose molecule (C 6 H 12 O 6 ) to more complex forms. such as acetate (C 2 H 3 O 2 ) or formate (CHO 2 ).
  • NAD + nicotinamide adenine dinucleotide
  • dehydrogenases These enzymes remove a pair of hydrogen atoms from the substrate, the equivalent of 2 protons and 2 electrons.
  • the dehydrogenase provides two electrons and one H + proton to the NAD + , the other proton being released into the medium.
  • the reduced form of NAD + will be called NADH + H + (Kleinsmith and Kish, 1988).
  • NADH + H + will progress through a series of redox systems (S1 to Sn in FIG. 1) called the respiratory chain.
  • ADP adenosine diphosphate
  • ATP adenosine triphosphate
  • the respiratory chain will be more or less short depending on the respiratory mode of the bacterium (aerobic or anaerobic). Similarly, the final electron acceptor at the end of this chain may be different. In the case of aerobic respiration, oxygen plays this role ( Figure 1) whereas nitrate or sulphate could be used by anaerobic bacteria.
  • Figure 2 schematizes how a biopile can be introduced into the continuum of the respiratory chain and provide the bacterium an electrode as a final acceptor of electrons instead of an oxidizing molecule.
  • the anode of the biopile serves as acceptor of electrons from the bacteria, while at the cathode an oxidizing agent is reduced by the contribution of these electrons using an external electrical circuit.
  • protons H * migrate from the anode to the cathode using an electrolytic bridge (such as a cation exchange membrane) to restore the electrical balance of the solutions.
  • oxygen is used at the cathode as an oxidizing agent, at this electrode, water will be produced by the combination of reduced oxygen and hydrogen protons.
  • the biopile thus offers a means of channeling and concentrating in an external electrical circuit all the production of electrons of bacterial genera capable of adopting an anode as final acceptor of electrons.
  • a bacterium whose respiratory chain is effective will not be able to produce a significant external current because most of the energy has been converted into ATP.
  • strictly aerobic bacteria are not good candidates for biofuel production.
  • the latter therefore rely on the existence of facultative anaerobic strict or aerobic-anaerobic bacteria with respiratory mechanisms much less effective to generate usable power outputs.
  • this lack of efficiency dependent on a less complex or shorter respiratory chain, leaves a large amount of energy still available at the end of the chain.
  • the maximum theoretical open circuit voltage of a biopile using oxygen in the air as oxidant will never be greater than 1.14 V, this being governed by the difference between the oxidation-reduction potentials of the pair NAD / NADH + ⁇ + (-0.32V), the cellular substance involved in the transfer of electrons, and the couple O 2 / H 2 O (+ 0.82V) . In fact, because of the energy needs of the bacteria and the load of the internal resistance of the system, the maximum voltage will be lower than this value.
  • cathode is a strategic element of prime importance to optimize to obtain efficient biopiles. It must be overcome that the reduction of oxygen has slow kinetics. For this reason, there are cathodes containing a noble metal as a catalyst for the operation of biopiles.
  • Commercial cathodes generally platinum-based, are derived from the same type as those developed for proton exchange membrane fuel cells. However, commercial cathodes have become very expensive to buy, especially in recent years. In addition, based on the principle of a catalytic ink applied to a support based on carbon fiber, these commercial cathodes are fragile to handling.
  • Figure 3 illustrates the possible mechanisms of electron transfer.
  • Each of these mechanisms involves a specific bacterial genus. From the left to the right, there are two mechanisms involving a direct physical contact between the bacteria and the anode and a third involving an intermediate molecule of transfer between the bacterium and the electrode.
  • Biopiles and Wastewater Treatment [0011] For industrialized countries, the commercial future of biopiles is likely to be in the treatment of domestic wastewater (reduction of biochemical oxygen demand (DB0 5 ) and COD) or highly loaded effluents such as slurry or slaughterhouse effluent. Biopiles have some advantages over a conventional aerobic activated sludge treatment system. On the one hand, construction and operating costs can be offset by the potential revenue from the sale of electricity. Given that the systems are much less energy intensive, the environmental footprint will be reduced, particularly in the production of greenhouse gases (Oh et al, 2010).
  • biofuels have advantages even compared to systems promoting anaerobic digestion and its production of methane as an energy by-product.
  • biofuels allow a high conversion efficiency by directly creating an electric current whereas in the case of anaerobic digestion, it is necessary to use the biogas produced as fuel in a generator to produce electricity.
  • biofuels produce excellent yields at room temperature, unlike all common "bioenergy" processes that typically require high temperatures to be effective.
  • a biopile does not require gas treatment
  • the present invention relates to a biopile comprising an external electrical circuit that can channel the production of electrons of bacterial genera comprising an anode as an electron acceptor.
  • the present invention relates to a method for producing a biopile comprising the development of a bacterial consortium.
  • the bacterial consortium allows the transfer of electrons, by direct contact with the cytoplasmic membrane, or by the use of native redox intermediates.
  • the present invention relates to a production method and a biopile based on the anaerobic bioelectrochemical treatment of an organic effluent, by contacting an anode and a bacterial carrier coupled to a specific bacterial consortium of which the metabolism is based, in particular, on the fixation of sulfur (S).
  • the present invention also relates to a method for producing a biopile based on the anaerobic bioelectrochemical treatment of an organic effluent, by the immersion of an anode juxtaposed with a bacterial support, coupled to a specific bacterial consortium and the fixation of one or more essential chemical elements for the life cycle of the chosen bacterial consortium.
  • a first aspect of the invention relates to a method of anaerobic bioelectrochemical treatment of an organic effluent, by contacting an anode and a support for fixing a specific bacterial consortium and fixation.
  • one or more chemical elements for example sulfur (S), essential for the life cycle of the chosen bacterial consortium.
  • S sulfur
  • the transfer of the cations to the cathode is carried out through a cation exchange membrane which separates the anode compartment from the cathode compartment which houses a circulating oxidizing electrolyte.
  • the present invention relates to a method of
  • bioerochemical method for the anaerobic treatment of an organic effluent comprising: a) contacting an anode with said effluent in order to bring it into contact with at least one strain of microorganisms having a microbial metabolism based on sulfur, generating molecules that can produce oxidize at the anode thus producing cations; and b) contacting a cathode compartment comprising a cathode, and possibly containing a circulating oxidizing electrolyte, said cathode compartment being in electrical connection with the anode by means of an external circuit, and separated from the anode by an membrane permeable to cations; wherein a transfer of cations from the anode to said cathode compartment via said membrane, and said electrons then generated at the anode flow to the cathode via said external circuit thereby causing a decrease in the biological and chemical oxygen demands (DB05 and COD) of the outlet effluent when compared to inlet effluent.
  • the present invention relates to a method of
  • bioerochemical method for anaerobic treatment of an organic effluent comprising: a) contacting an anode juxtaposed with a bacterial support in said effluent, said effluent comprising at least one strain of microorganisms having a microbial metabolism based on sulfur generating molecules that can oxidize at the anode thereby producing cations; and b) contacting a cathode compartment in said effluent, said cathode compartment comprising a cathode, and capable of containing an oxidizing electrolyte in circulation, said compartment being in electrical connection with the anode by means of an external circuit, and separated from the anode by a cation-permeable membrane; wherein cation transfer from the anode is to said cathode compartment via said membrane, and said electrons then generated at the anode flow to the cathode via said external circuit thereby causing a decrease in biological and chemical oxygen demands (BOD) 5 and COD) flush out when B
  • the present invention relates to a bioelectrochemical method of anaerobic treatment of an organic effluent, comprising: a) the immersion of an anode in said organic effluent, said anode juxtaposed to a support for fixing said microorganisms where said Microbial metabolism particularly uses sulfur as an electron acceptor generating hydrogen sulfide molecules that will oxidize at the anode thus producing cations; b) contacting said microorganisms with said bacterial carrier juxtaposed with said anode; and c) immersing a cathode compartment in said organic effluent, said cathode compartment comprising a cathode, and capable of housing a circulating oxidizing electrolyte, said compartment being in electrical connection with the anode by means of an external circuit, and separate anode by a cation-permeable membrane; wherein a cation transfer from the anode is effected to said cathode compartment via said membrane, and said electron
  • a second aspect of the invention relates to a bioelectrochemical process for generating an electric current based on the anaerobic biological degradation of an organic effluent brought into contact with microorganisms having complementary microbial metabolisms, one of which is based on sulfur.
  • the method comprising the steps of: a) contacting an anode and a support for attachment of the microorganisms with the effluent, wherein the microbial metabolism particularly uses sulfur as an electron acceptor thereby generating sulfide molecules hydrogen which will oxidize at the anode thus producing cations; b) contacting the anode and the support with the microorganisms; and (c) the bringing into contact of a cathodic compartment with the effluent, the cathode compartment comprising a cathode, and containing a circulating oxidizing electrolyte, the cathode compartment being in electrical connection with the anode through an external circuit, and separated from the anode by a membrane permeable to cations; where cation transfer from the anode is effected to the cathode compartment via the membrane, and the electrons then generated at the anode flow to the cathode via the external circuit thereby generating the electric current.
  • the invention is in the form of a biopile comprising: a) an anode comprising an electron acceptor element, b) a bacterial carrier that can be colonized with at least one bacterial strain; c) a cathode chamber hermetically closed and separated from the anode by a cation-permeable membrane, the cathode compartment comprising a cathode made of a stainless element plated with a noble metal, the cathode compartment comprising an inlet and an outlet serving to circulation of an oxidizing electrolyte, and finally, the cathode being in electrical connection with the anode through an external circuit.
  • Another aspect of the invention has an anode in the form of a permeable receptacle, the receptacle may contain the bacterial carrier, particularly in the form of a basket.
  • the invention is in the form of a cathode comprising a stainless steel element plated with a noble metal,
  • the invention is in the form of a bioelectrochemical system comprising: (a) an anode as defined herein; (b) a cathode compartment comprising a cathode as defined herein, closed by a cation-permeable membrane, the compartment being able to house an oxidizing electrolyte; (c) a system for circulating the electrolyte; and (d) an external circuit electrically connecting the anode and the cathode compartment.
  • the invention is in the form of a consortium of various bacterial strains used in a biopile to generate an electric current, the consortium comprising at least one strain of the genus Desulfuromonas.
  • the invention is in the form of the use of at least one strain of the genus Desulfummonas to generate an electric current in a biopile contacted with, or immersed in, an organic effluent.
  • the invention is in the form of the use of the biopile as defined herein, for the generation of electricity.
  • the invention is in the form of the use of the biopile for the treatment or bioremediation of an effluent loaded with organic material.
  • Figure 1 shows the mechanisms of energy production and respiratory chain of an aerobic bacterium.
  • Figure 2 shows a schematization of a possible mechanism for the transfer of electrons and protons between a bacterium and a biopile.
  • Figure 3 shows a schematization of another possible mechanism for the transfer of electrons and protons between a bacterium and a biopile
  • Figure 4 shows a circuit diagram of a biocell submerged single compartment.
  • Figure 5 shows a diagram of the elements of a biopile according to the present invention.
  • Figure 6 shows performance curves of a biopile with 75 g of activated charcoal; pH of the electrolyte 2.7.
  • Figure 7 shows performance curves of a biopile with 150 g of activated charcoal; pH of the electrolyte: 2.7.
  • Figure 8 shows performance curves of a biopile with 150 g activated carbon; pH of the electrolyte: 2.2.
  • Figure 9 shows an exploded view of a particular embodiment of a biopile according to the present invention.
  • Figure 10 shows a series connection of several biopiles as shown in Figure 9 and immersed in a tank that can be filled with effluent.
  • ADP adenosine diphosphate
  • ATP adenosine triphosphate
  • BOD adenosine triphosphate
  • Biopile fuel cell with microbial flora.
  • a particular embodiment of the invention relates to the development of a simple and economical method of producing a biopile based on the anaerobic biological degradation of an effluent, by immersion or contacting a stainless anode, particularly juxtaposed with a granular material, particularly of activated carbon type, which constitutes on the one hand the support for the fixation of a specific bacterial consortium and on the other hand the support for the fixation of a chemical element, such as sulfur (S), essential for the life cycle of the selected bacterial consortium.
  • a chemical element such as sulfur (S)
  • S sulfur
  • the electrolyte compartment cathode will become a consumable that will follow and regenerate if necessary.
  • the pH of this electrolyte will also be controlled and adjusted if necessary with an acid, particularly sulfuric acid (H 2 SO 4 ).
  • the method comprises the following steps:
  • the process is carried out when the cathode compartment is separated from the anode by means of a cation exchange membrane.
  • the process is carried out when the reaction at the cathode according to step b) is maintained with the addition of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).
  • Another aspect of the present invention is the development of a bacterial consortium from the effluent to be treated (native inoculation) by creating favorable conditions for starting the biopile.
  • organic effluents are preferred, particularly pig slurry, which contains a vast bacterial flora but also the nutrients necessary for the development of this consortium and the operation of the biopile.
  • bioelectrochemistry resulting from the anaerobic biological degradation activity at the anode is ensured by the choice of a bacterial consortium which favors sulfur-reducing bacteria, more particularly the bacteria of the genus
  • the microorganisms constituting the bacterial consortium are present in the latent state in the effluent.
  • the microorganisms are inoculated directly into the effluent, or indirectly onto the bacterial carrier before it comes into contact with the effluent.
  • the effluent is an organic effluent, particularly slurry, more particularly pig manure.
  • the organic effluent is a municipal wastewater or any other industrial or agricultural treatment effluent loaded with organic matter that can be inoculated and treated by the bacterial consortium.
  • this electrode It is nevertheless advantageous to build this electrode from a material that offers the least resistance to the passage of electrons to minimize the ohmic losses of the biopile.
  • a bacterial carrier that ensures maximum growth of "electrophilic" bacterial species, such as activated carbon granules.
  • the anode is in the form of a grid or a plate with orifices having a shape that can serve as a receptacle for the bacterial support.
  • the grid or plate with holes is in the form of a basket that can be filled with the bacterial carrier.
  • the electron acceptor element is made of carbon fiber, or particularly stainless steel.
  • the bacterial carrier is a bacterial adsorbent, more particularly, the bacterial adsorbent is constituted by activated charcoal.
  • activated charcoal Microbiological and chemical analyzes performed on activated charcoal from a mature biopile reveal that sulfur is involved in the respiratory mechanism of bacteria.
  • the microbiological analyzes indicate a strong presence of bacteria of the genus Desulfuromonas in activated charcoal. The latter are bacteria characterized by a metabolism using acetate as a source of energy and sulfur as an electron acceptor (Euzéby, 2010).
  • the production of the cathode is ensured by the use of a cathodic surface made of stainless steel electroplated with a noble metal catalyst (particularly platinum) and by recirculatton.
  • the Applicant has therefore decided to manufacture its own cathodes in order to reduce manufacturing costs.
  • electroplating is one of the most promising routes. This method makes it possible to deposit a given quantity of noble metal by passing a current of known intensity into an electrode bathed in a solution containing this metal. By providing a plated electrode with noble metal strongly bonded to support, the risk of deterioration of catalytic sites by friction is reduced.
  • cathodes made from a stainless steel grid and electroplated with a noble metal, in particular platinum and / or ruthenium, have proved to be very efficient.
  • the high performance at the cathode is ensured by the use of a cathode surface made from a stainless steel grid covered by electro-plating Ruthenium and by recirculation in the cathode chamber.
  • an oxidizing electrolyte by the controlled addition of hydrogen peroxide (H 2 0 2 ) and / or an acid in order to maintain a control pH around 2.
  • Figure 4 schematizes a biopile (10) immersed in a container (20) filled with organic effluent (21) connected to a pumping system of the effluent (30).
  • the anode (40) is recessed to provide a volume that may contain a bacterial carrier (50).
  • the cathode chamber (70) is formed by a recessed structure which houses the cathode (80), one side of which is closed by a cation-permeable membrane (60), separating it from the anode (40). ). This cathode chamber (70) is sealed on the other side by a cover (75).
  • the electrolyte of the cathode chamber (70) is an aqueous solution (100) at circulating acid pH through a recirculation circuit (110).
  • the electric circuit (90) of the biopile is closed by a resistor.
  • the anode compartment takes the form of a stainless steel basket which is attached to the cathode compartment.
  • the basket formed of a grid contains the bacterial support and puts in contact at the same time the anodic element, the bacterial support and the effluent.
  • the use of a basket anode immersed in the organic effluent to be treated is motivated by the observation that the bacterial consortium develops particularly well in this condition.
  • the two elements (anode-basket and cathode chamber) are therefore immersed in a tank containing the manure (or the effluent to be treated).
  • the biopile as defined herein may be in a form in which the anode and the cathode chamber are immersed in the organic effluent contained in a reservoir.
  • the biopile operates according to the method as defined herein.
  • the substrate used during these tests comes from a raw pork slurry separated by an industrial decanter-centrifuge separator located on a farm of pigs for fattening. Slurry comes from the pre-pit (fresh slurry) and the liquid fraction collected at the separator has been refrigerated during storage. This liquid fraction can be characterized by its dry matter content, ie below 15%, particularly less than 10%.
  • FIG. 5 shows a biopile (10) with a single compartment (20) connected to its pumping devices (30).
  • the anode (40) of the biopile is made from a stainless steel grid of 960 meshes cm “2 (SS304, Grillage Major inc) shaped as a basket of 80 X 80 X 40 mm, providing a useful volume 260 mL that will contain 75 g activated carbon (50) (C2764, Sigma-Aldrich)
  • a cation exchange membrane (60) (CMI-7000, Membranes International Inc.) separates the anode (40) from the chamber cathode (70)
  • This compartment consists of a square and recessed polypropylene structure of 125 X 125 X 25 mm, which is closed hermetically on one side by the cation exchange membrane (60) and on the other side by a lid (75).
  • the cathode chamber (70) houses a cathode (80) 100 X 100 mm, which is made from the same grid as the anode but, in this case, plated electroplating with ruthenium.
  • the stainless steel grids were immersed for 1 hour in hexane and another hour in a solution of hydrogen peroxide (10%) to remove fats and impurities.
  • the stainless steel grate Prior to ruthenium plating, the stainless steel grate is prepared by electroplating for one minute using a stainless steel activator for gold (Caswell) usually used to prepare gold plating on stainless steel parts.
  • the ruthenium deposit is made from a solution of RuC. A current of 0.2 A for 7 minutes was applied to obtain a theoretical coverage of 0.29 mg-cm- 2 of ruthenium.
  • the pH and the oxidation-reduction potential are the physicochemical parameters to be controlled in order to favor the development of the bacterial consortium of interest. It has been defined that the optimum operating conditions are, for pH, between 6.5 and 8 and for the redox potential, less than -150 mV, referenced from an Ag / AgCl probe. In addition, the operating temperature must be between 15 and 35 ° C.
  • Activated charcoal supporting the bacterial consortium of a biopile can be used to inoculate activated charcoal or effluent from a subsequent biocell.
  • the biopiles (10) were immersed in a 5 L tank containing 3 L of liquid fraction and followed with the operating parameters described above.
  • the electrolyte of the cathode chamber is an aqueous solution of a concentration of 0.03 M H2O2 (100) circulated by a recirculation circuit (110) and maintained at a pH of 2.7 with H 2 SO 4. .
  • the electric circuit (90) of the two biopiles is closed by a 100 ohm resistor and the voltage progression across the batteries is recorded by a data acquisition system (CR10X, Campbell Scientific).
  • the first 10 days made it possible to observe the voltage increase of the two biopiles during the development of the bacterial consortium and to calculate the maximum power output at the end of this cycle.
  • the bacterial populations of an inoculated biopile are fully developed after 10 days.
  • the two basket anodes were assembled on either side of the same cathode compartment (single cathode), thus simulating the behavior of a biopile with a charge of 150 g (2x75) of activated charcoal.
  • the pH of the electrolyte at the cathode was also reduced to 2.2 to observe the effect on the power output of the biopile.
  • Figure 6 shows the performance curves of the two biopiles with 75 g of activated charcoal.
  • the closed circuit voltage when no electric charge is applied to the batteries, reaches a voltage of more than one volt.
  • the decay of the voltage is linear and a maximum current density of 8000 mA m- 2 is reached.
  • the current density and the power density are given relative to each other.
  • the maximum power density is close to 2,000 mW m- 2 at an operating voltage of 500 mV.
  • the maximum power density the ratio between the maximum power output and the anode-basket volume, is 81 W m ⁇ 3 .
  • Figure 7 shows the performance curves after the fusion of the 2 anode-baskets to the same cathode compartment.
  • the pH of the electrolyte at the cathode is 2.7.
  • the closed circuit voltage also reaches a voltage of more than one volt.
  • the maximum current density is close to 15 000 mA m "2.
  • the maximum power density is close to 4000 mW-rn 2 at an operating voltage of 500 mV
  • the maximum power density is 65 Wm "3 .
  • Figure 8 also shows the performance curves of the biopiles with 2 anodes-baskets while the pH of the electrolyte at the cathode is 2.2.
  • the closed circuit voltage reaches almost 1, 1 volt.
  • the maximum current density is close to 19 000 mA m "2.
  • the maximum power density is nearly 5,100 mW-m -2 at an operating voltage of 550 mV.
  • the maximum power density is 100 Wm -3 .
  • the biopile of the present invention containing 150 g of activated carbon with an electrolyte at the cathode having hydrogen peroxide and a pH of 2.2 has a power density of more than 5,000 Wm . 2 and a power density of 100 Wm -3 .
  • the pH control is a strategic control parameter for the electrolyte contained in the cathode chamber, since as illustrated by Figures 7 and 8, a decrease of this parameter by 0.5 units (2.7 to 2.2 ) increases the power output of a biopile by about 25%.
  • Figure 9 shows an exploded view of a biopile following a particular embodiment where the unit biopile takes the form of a box that can be stacked to form a battery following a series assembly.
  • the anode (40) formed by a rectangular and flat basket, made of a stainless grid and having a vacuum (41) serving as space to pile the activated carbon (not shown) .
  • This anode (40) is then supported by an anode carrier (42) which is then coupled to the cation exchange membrane (60) via a seal (43).
  • the cathode (80) On the other side of this unit, the cathode (80) consists of a stainless steel mesh electroplated with ruthenium and sheltered in the cathode chamber (70).
  • the cathode chamber (70) is rectangular in shape and plate, and is sealed on one side by the cation exchange membrane (60) via a seal (61).
  • the cathode chamber comprises an inlet of the oxidizing liquid (111) and an outlet of the oxidizing liquid (112).
  • the cathode (80) is thus inserted inside the cathode chamber (70) on the other side of the cation exchange membrane (60) with respect to the anode (40).
  • FIG 10 shows a unitary biopile once all the elements of Figure 9 have been assembled tightly. It is also shown that a plurality of biopile units can be assembled to form a battery (120). This can be placed in a receptacle (130) (eg a plastic tub) that can receive different volumes of organic effluents. In particular, the effluent may be contained in the receptacle and the submerged battery or the battery may be placed in the receptacle and the effluent circulated inside the units of the battery.
  • a receptacle eg a plastic tub
  • the different unit biopiles can be connected together, either in series or in parallel, to form the battery.
  • the unitary biopiles are assembled in order to treat an effluent rather than to produce electricity, then we speak of "reactor” or “bioreactor” instead of "battery”.
  • a variant of this particular embodiment will consist of assembling on both sides of a cathode chamber: a basket anode (40), an anode carrier (42) coupled to a cation exchange membrane (60) so as to double the amount of bacterial support (activated charcoal) for the same cathode.

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Abstract

La présente invention traite d'une biopile. Selon le concept de la présente invention, l'anode comprenant un panier en acier inoxydable contenant le support bactérien est accolé à la chambre cathodique via une membrane échangeuse de cations. Une fois assemblées, la biopile (anode-support et compartiment cathodique) est mise en contact ou immergée dans l'effluent organique à traiter contenu dans un réceptacle.

Description

MÉTHODE ET SYSTÈME DE TRAITEMENT BIOÉLECTROCHIMIQUE D'EFFLUENTS ORGANIQUES
Domaine de l'invention
[0001] La présente invention concerne une méthode et un système de traitement biologique des effluents liquides et/ou de production d'électricité. En particulier, la présente invention se rapporte à la réalisation d'une biopile applicable pour des effluents organiques, particulièrement du lisier de porc.
Technique antérieure
Principes de fonctionnement [0002] Une biopile convertit l'énergie disponible dans un substrat biodégradable directement en électricité tout en diminuant sa demande chimique en oxygène (DCO). Son fonctionnement est tributaire des mécanismes de transfert d'énergie dans une bactérie. La Figure 1 présente une forme simplifiée des mécanismes de transfert d'électrons et de transformation d'énergie au sein d'une bactérie aérobie. Le carburant est le donneur d'électrons et il contient l'énergie qui sera transférée vers les bactéries. Selon les genres bactériens et les modes respiratoires employés (aérobie ou anaérobie), le donneur d'électrons pourra prendre des formes plus ou moins complexes allant, par exemple, de la molécule de glucose (C6H12O6) à des formes plus simples comme l'acétate (C2H3O2) ou le formate (CH02). La dégradation du carburant vers une forme simple comme le CO2, se réalise pendant le cycle de Krebs et permet la réduction d'une coenzyme appelée nicotinamide adénine dinucléotide, ou NAD+ (Kleinsmith et Kish, 1988). Le NAD+ capte les électrons et l'hydrogène grâce à des enzymes appelés
déshydrogénases. Ces enzymes retirent une paire d'atomes d'hydrogène du substrat, soit l'équivalent de 2 protons et 2 électrons. La déshydrogénase procure deux électrons et un proton H+ au NAD+, l'autre proton étant libéré dans le milieu. On inscrira la forme réduite du NAD+ par l'appellation NADH+H+ (Kleinsmith et Kish, 1988).
[0003] Le NADH+H+ progressera au travers un enchaînement de systèmes d'oxydoréduction (S1 à Sn à ta Figure 1 ) appelé chaîne respiratoire. Au cours du passage dans cette chaîne, de l'énergie est dégagée permettant la transformation de l'adénosine diphosphate (ADP) en adénosine triphosphate (ATP). L'ATP est ta forme d'énergie utilisable par les bactéries; elle permet le fonctionnement des activités vitales et la reproduction de celles-ci. La chaîne respiratoire sera plus ou moins courte selon le mode respiratoire de la bactérie (aérobie ou anaérobie). De même, l'accepteur final d'électrons situé au bout de cette chaîne pourra être différent. Dans le cas d'une respiration aérobie le dioxygène joue ce rôle (Figure 1) alors que du nitrate ou du sulfate pourrait être utilisé par des bactéries anaérobies. La quantité d'énergie transférée aux différentes étapes dépend du potentiel d'oxydoréduction de chacune des demi-réactions impliquées dans cette étape. [0004] La Figure 2 schématise comment une biopile peut être introduite dans le continuum de la chaîne respiratoire et fournir à la bactérie une électrode comme accepteur final d'électrons à la place d'une molécule oxydante.
[0005] Dans ce système, l'anode de la biopile sert d'accepteur d'électrons en provenance des bactéries, alors qu'à la cathode un agent oxydant est réduit par l'apport de ces électrons utilisant un circuit électrique externe. Pour leur part, les protons H* migrent de l'anode vers la cathode en utilisant un pont électrolytique (comme une membrane échangeuse de cations) pour rétablir l'équilibre électrique des solutions. Si de l'oxygène est utilisé à la cathode comme agent oxydant, au niveau de cette électrode, il y aura production d'eau par la combinaison de l'oxygène réduit et des protons d'hydrogène. La biopile offre donc un moyen de canaliser et de concentrer dans un circuit électrique externe toute la production d'électrons de genres bactériens susceptibles d'adopter une anode comme accepteur final d'électrons. Une bactérie dont la chaîne respiratoire est efficace ne pourra produire un courant externe important car la majorité de l'énergie aura été convertie en ATP. De ce fait, les bactéries strictement aérobies ne sont pas de bonnes candidates pour la production de biopiles. Ces dernières tablent donc sur l'existence de bactéries anaérobies strictes ou aérobies- anaérobies facultatives possédant des mécanismes respiratoires beaucoup moins efficaces pour générer des sorties de puissance utilisables. De fait, ce manque d'efficacité, tributaire d'une chaîne respiratoire moins complexe ou plus courte, laisse une importante quantité d'énergie encore disponible au sortir de la chaîne. En négligeant les pertes internes, la tension théorique maximale en circuit ouvert d'une biopile utilisant l'oxygène de l'air comme oxydant ne sera jamais supérieure à 1 ,14 V, ceci étant gouverné par la différence entre les potentiels d'oxydoréduction du couple NAD/NADH+Η+ (-0,32V), substance cellulaire impliquée dans le transfert des électrons, et du couple O2/H2O (+0.82V). Dans les faits, à cause des besoins en énergie de la bactérie et charge de la résistance interne du système, la tension maximale sera inférieure à cette valeur.
[0006] Des travaux de recherche ont également démontré que la cathode est un élément stratégique de toute première importance à optimiser pour obtenir des biopiles performantes. H faut pallier au fait que la réduction de l'oxygène possède une cinétique lente. Pour cette raison, on retrouve des cathodes contenant un métal noble comme catalyseur pour l'opération des biopiles. Les cathodes commerciales, généralement à base de platine, sont dérivées du même type que celles qui ont été développées pour les piles à combustible avec membrane échangeuse de protons. Toutefois, les cathodes commerciales sont devenues très dispendieuses à l'achat, notamment au cours des dernières années. De plus, reposant sur le principe d'une encre catalytique appliquée sur un support à base de fibre de carbone, ces cathodes commerciales se révèlent fragiles à la manipulation.
[0007] La Figure 3 illustre les mécanismes possibles de transfert d'électrons.
Chacun de ces mécanismes fait appel à un genre bactérien spécifique. De la gauche vers la droite, on note deux mécanismes impliquant un contact physique direct entre la bactérie et l'anode et un troisième impliquant une molécule intermédiaire de transfert entre la bactérie et l'électrode.
[0008] Des bactéries métaux-réductrices seraient en mesure de réduire certains hydroxydes de métal (Schröder, 2007; Haberman et Pommer, 1991). Pour ce faire, elles doivent être en contact direct avec l'élément à réduire. Cette propension à se développer sur la surface à réduire peut être utilisée dans les biopiles en permettant le
développement bactérien directement sur la surface d'une électrode.
[0009] D'autres bactéries utiliseraient pour leur part certaines molécules
intermédiaires (Figure 3c) pour effectuer le transfert des électrons. Une fois relâchées dans l'environnement, ces molécules réduites viendraient s'oxyder à l'anode pour revenir éventuellement vers les bactéries, prêtes à recommencer un nouveau cycle
d'oxydoréduction. À cet effet, on note dans la littérature que les bactéries sulfuroréductrices utilisent le sulfate comme accepteur d'électrons. Des delta- protéobactéries comme Desuffovibrio desulfuricans utilisent ce mode respiratoire (Schrôder, 2007). Pour la fabrication de biopiles, il s'agit d'un mode de transfert d'électrons particulièrement intéressant car le potentiel d'oxydoréduction du couple sulfate/sulfure est de -0,22 V (Schrôder, 2007). Conséquemment, si de l'oxygène est utilisé au niveau de la cathode, la tension maximale théorique serait légèrement supérieure à 1 volt (0,8 V - -0,22 V).
[0010] Les avenues de solution pour obtenir des sorties de puissance significatives ne sont pas exclusives à l'utilisation d'un genre bactérien unique dans une biopile. Rabaey et al. (2004) notent que des communautés bactériennes peuvent s'adapter aux conditions présentes dans les biopiles, évoluant vers des consortiums optimisés en tant que biocatalyseur d'électricité. De plus, ces consortiums se servent de deux véhicules de transferts d'électrons, soit par contact direct de la membrane cytoplasmique avec l'anode, soit par l'utilisation d'intermédiaires redox indigènes. Ainsi, il semble que certaines bactéries bénéficient de la capacité de sécrétion d'intermédiaires redox d'autres espèces bactériennes pour réaliser leur propre activité respiratoire. Cette symbiose entre espèces bactériennes expliquerait en partie les puissances de sortie particulièrement importantes observées avec les consortiums bactériens.
Les biopiles et le traitement des eaux usées [0011] Pour les pays industrialisés, l'avenir commercial des biopiles se situe vraisemblablement du côté du traitement des eaux usées domestiques (abattement de la demande biochimique en oxygène (DB05) et de la DCO) ou des effluents très chargés comme le sont les lisiers ou les effluents d'abattoir. Les biopiles possèdent certains avantages par rapport à un système conventionnel aérobie de traitement des eaux par boues activées. D'une part, les coûts de construction et d'opération peuvent être compensés par les revenus potentiels découlant de la vente d'électricité. Compte tenu que les systèmes sont beaucoup moins énergivores, l'empreinte environnementale en sera réduite, notamment en production de gaz à effet de serre (Oh et al, 2010).
Finalement, la disposition des boues avec un système de traitement des eaux avec biopiles sera moins problématique car la quantité de biomasse produite dans une biopile sera, à l'image des systèmes de digestion anaérobie classique, nettement moindre que dans un système à boue activé aérobie conventionnel (Oh et al, 2010). De fait, on note une production de matière volatile en suspension (MVeS) d'environ 0,4 à 0,8 g Mves g"1 0BO5 dans un système aérobie alors qu'elle se situe entre 0,035 et 0,15 g Mves "' DBOS dans un système anaérobie (Oh et al., 2010).
[0012] De plus, selon Rabaey et Verstaete (2005), pour le traitement des eaux, les biopiles comportent des avantages môme par rapport à des systèmes mettant de l'avant la digestion anaérobie et sa production de méthane comme sous-produit énergétique. Ces chercheurs indiquent, dans un premier temps, qu'une biopile permet une efficacité de conversion élevée en créant directement un courant électrique alors que dans le cas d'une digestion anaérobie, il faut utiliser le biogaz produit comme carburant dans un groupe électrogène pour produire de l'électricité. En second lieu, les biopiles produisent d'excellents rendements à température ambiante contrairement à tous les processus courants de « bioénergie » qui nécessitent généralement des températures élevées pour être efficaces. Troisièmement, une biopile n'exige pas le traitement des gaz
d'échappement puisque ceux-ci sont constitués essentiellement de dioxyde de carbone. {0013] Il demeure donc un besoin dans l'industrie pour le développement d'une biopile fonctionnant lorsque immergée dans un effluent afin de générer un courant mais aussi pour la bioremédiation partielle ou total des effluents polluants.
Exposé sommaire de l'invention
[0014] La présente invention concerne une biopile comprenant un circuit électrique externe pouvant canaliser la production d'électrons de genres bactériens comprenant une anode comme accepteur d'électrons.
[0015] La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une biopile comprenant le développement d'un consortium bactérien. Particulièrement, le consortium bactérien permet le transfert d'électrons, par contact direct de la membrane cytoplasmique, ou par l'utilisation d'intermédiaires redox indigènes.
[0016] La présente invention concerne un procédé de réalisation ainsi qu'une biopile basé sur le traitement bioélectrochimique anaérobie d'un effluent organique, par la mise en contact d'une anode et d'un support bactérien couplés à un consortium bactérien spécifique dont le métabolisme est basé, notamment, sur la fixation du soufre (S). [0017] La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'une biopile basé sur le traitement bioélectrochimique anaérobie d'un effluent organique, par l'immersion d'une anode juxtaposée à un support bactérien, couplés à un consortium bactérien spécifique et la fixation d'un ou plusieurs éléments chimiques essentiels pour le cycle de vie du consortium bactérien choisi.
[0018] Un premier aspect de l'invention concerne concerne un procédé de traitement bioélectrochimique anaérobie d'un effluent organique, par la mise en contact d'une anode et d'un support pour la fixation d'un consortium bactérien spécifique et la fixation d'un ou plusieurs éléments chimiques, comme par exemple le soufre (S), essentiels pour le cycle de vie du consortium bactérien choisi. Particulièrement, le transfert des cations vers la cathode est réalisé à travers une membrane échangeuse de cations qui sépare le compartiment anodique du compartiment cathodique qui abrite un électrolyte oxydant en circulation.
[0019] Particulièrement, la présente invention concerne un procédé
bioélectrochimique de traitement anaérobie d'un effluent organique, comprenant: a) la mise en contact d'une anode avec ledit effluent afin de la mettre en contact avec au moins une souche de microorganismes ayant un métabolisme microbien basé sur le soufre générant des molécules pouvant s'oxyder à l'anode produisant ainsi des cations; et b) la mise en contact d'un compartiment cathodique comprenant une cathode, et pouvant contenir un électrolyte oxydant en circulation, ledit compartiment cathodique étant en lien électrique avec l'anode grâce à un circuit externe, et séparée de l'anode par une membrane perméable aux cations; où un transfert de cations de l'anode s'effectue vers ledit compartiment cathodique via ladite membrane, et lesdits électrons alors générés à l'anode circulent vers la cathode via ledit circuit externe causant ainsi une diminution des demandes biologique et chimique en oxygène (DB05 et DCO) de l'effluent en sortie lorsque comparé à Peffluent en entrée.
[0020] Particulièrement, la présente invention concerne un procédé
bioélectrochimique de traitement anaérobie d'un effluent organique, comprenant: a) la mise en contact d'une anode juxtaposée à un support bactérien dans ledit effluent, ledit effluent comprenant au moins une souche de microorganismes ayant un métabolisme microbien basé sur le soufre générant des molécules pouvant s'oxyder à l'anode produisant ainsi des cations; et b) la mise en contact d'un compartiment cathodique dans ledit effluent, ledit compartiment cathodique comprenant une cathode, et pouvant contenir un électrolyte oxydant en circulation, ledit compartiment étant en lien électrique avec l'anode grâce à un circuit externe, et séparée de l'anode par une membrane perméable aux cations; où un transfert de cations de l'anode s'effectue vers ledit compartiment cathodique via ladite membrane, et lesdits électrons alors générés à l'anode circulent vers la cathode via ledit circuit externe causant ainsi une diminution des demandes biologique et chimique en oxygène (DBO5 et DCO) de Peffuent en sortie lorsque comparé à Peffluent en entrée.
[0021] Particulièrement, la présente invention concerne un procédé bioélectrochimique de traitement anaérobie d'un effluent organique, comprenant: a) l'immersion d'une anode dans ledit effluent organique, ladite anode juxtaposée à un support pour la fixation desdits microorganismes où ledit métabolisme microbien utilise particulièrement le soufre comme accepteur d'électrons générant des molécules de sulfure d'hydrogène qui iront s'oxyder à l'anode produisant ainsi des cations; b) la mise en contact desdits microorganismes avec ledit support bactérien juxtaposé à ladite anode; et c) l'immersion d'un compartiment cathodique dans ledit effluent organique, ledit compartiment cathodique comprenant une cathode, et pouvant abriter un électrolyte oxydant en circulation, ledit compartiment étant en lien électrique avec l'anode grâce à un circuit externe, et séparée de l'anode par une membrane perméable aux cations; où un transfert de cations de l'anode s'effectue vers ledit compartiment cathodique via ladite membrane, et lesdits électrons alors générés à l'anode circulent vers la cathode via ledit circuit externe causant ainsi une diminution des demandes biologique et chimique en oxygène (DB05 et DCO) de l'effluent en sortie lorsque comparé à Peffluent en entrée.
[0022] Un second aspect de l'invention concerne un procédé bioélectrochimique pour générer un courant électrique basé sur la dégradation biologique anaérobie d'un effluent organique mis en contact avec des microorganismes ayant des métabolismes microbiens complémentaires dont l'un est basé sur le soufre, le procédé comprenant les étapes suivantes: a) la mise en contact d'une anode et d'un support pour la fixation des microorganismes avec Peffluent, où le métabolisme microbien utilise particulièrement le soufre comme accepteur d'électrons générant ainsi des molécules de sulfures d'hydrogène qui iront s'oxyder à l'anode produisant ainsi des cations; b) la mise en contact de l'anode et du support avec les microorganismes; et c) la mise en contact d'un compartiment cathodique avec l'effluent, le compartiment cathodique comprenant une cathode, et contenant un électrolyte oxydant en circulation, le compartiment cathodique étant en lien électrique avec l'anode grâce à un circuit externe, et séparé de l'anode par une membrane perméable aux cations; où un transfert de cations de l'anode s'effectue vers le compartiment cathodique via la membrane, et les électrons alors générés à l'anode circulent vers la cathode via le circuit externe générant ainsi le courant électrique.
[0023] Selon un autre aspect, l'invention se présente sous la forme d'une biopile comprenant: a) une anode comprenant un élément accepteur d'électron, b) un support bactérien pouvant être colonisé par au moins une souche bactérienne; c) une chambre cathodique fermée hermétiquement et séparée de l'anode par une membrane perméable aux cations, le compartiment cathodique comprenant une cathode constituée d'un élément inoxydable plaqué avec un métal noble, le compartiment cathodique comprenant une entrée et une sortie servant à la circulation d'un électrolyte oxydant, et enfin, la cathode étant en lien électrique avec l'anode grâce à un circuit externe.
[0024] Un autre aspect de l'invention présente une anode sous forme d'un réceptacle perméable, le réceptacle pouvant contenir le support bactérien, particulièrement sous forme d'un panier.
[0025] Selon un aspect alternatif, l'invention se présente sous la forme d'une cathode comprenant un élément en acier inoxydable plaqué avec un métal noble,
particulièrement du ruthénium.
[0026] Selon un autre aspect, l'invention se présente sous la forme d'un système bioélectrochimique comprenant: (a) une anode telle que définie par les présentes; (b) un compartiment cathodique comprenant une cathode telle que définie par les présentes, fermé par une membrane perméable aux cations, le compartiment pouvant abriter un électrolyte oxydant; (c) un système de circulation de l'électrolyte; et (d) un circuit externe reliant électriquement l'anode et le compartiment cathodique.
[0027] Selon un autre aspect, l'invention se présente sous la forme d'un consortium de diverses souches bactériennes utilisées dans une biopile afin de générer un courant électrique, le consortium comprenant au moins une souche du genre Desulfuromonas. [0028] Selon un aspect additionnel, l'invention se présente sous la forme de l'usage d'au moins une souche du genre Desulfummonas pour générer un courant électrique dans une biopile mise en contact avec, ou immergée dans, un effluent organique.
[0029] Selon un autre aspect, l'invention se présente sous la forme de l'usage de la biopile telle que définie par les présentes, pour la génération d'électricité.
[0030] Alternativement, selon un autre aspect, l'invention se présente sous la forme de l'utilisation de la biopile pour le traitement ou la bioremédiation d'un effluent chargé en matière organique.
Description détaillée de l'invention Description des ffgwes
[0031] La Figure 1 montre les mécanismes de production d'énergie et chaîne respiratoire d'une bactérie aérobie.
[0032] La Figure 2 montre une schématisation d'un mécanisme possible de transfert d'électrons et de protons entre une bactérie et une biopile. [0033] La Figure 3 montre une schématisation d'un autre mécanisme possible de transfert d'électrons et de protons entre une bactérie et une biopile
[0034] La Figure 4 montre un schéma de montage d'une biopile immergée à compartiment unique.
[0035] La Figure 5 montre un schéma des éléments d'une biopile selon la présente invention.
[0036] La Figure 6 montre des courbes de performances d'une biopile avec 75 g de charbon activé; pH de l'électrolyte 2,7.
[0037] La Figure 7 montre des courbes de performance d'une biopile avec 150 g de charbon activé; pH de l'électrolyte: 2,7. [0038] La Figure 8 montre des courbes de performance d'une biopile avec 150 g charbon activé; pH de l'électrolyte: 2,2. [0039] La Figure 9 montre une vue éclatée d'une réalisation particulière d'une biopile selon la présente invention.
[0040] La Figure 10 montre un montage en série de plusieurs biopiles telles que montrées à la Figure 9 et immergée dans une cuve pouvant être remplie d'effluent. Abréviations et Définitions
Abréviations
[0041] ADP : adénosine diphosphate : ATP : adénosine triphosphate; DBO :
demande biologique en oxygène; DCO : demande chimique en oxygène; NAD* :
nicotinamide adénine dinucléotide. Définitions
[0042] Biopile: pile à combustible avec flore microbienne.
Description détaillée de réalisations particulières
Le procédé
[0043] Une réalisation particulière de l'invention concerne la mise au point d'un procédé simple et économique de réalisation d'une biopile basée sur la dégradation biologique anaérobie d'un effluent, par l'immersion ou la mise en contact d'une anode inoxydable, particulièrement juxtaposée à un matériel granulaire, particulièrement de type charbon activé, qui constitue d'une part le support pour la fixation d'un consortium bactérien spécifique et d'autre part le support pour la fixation d'un élément chimique, comme par exemple le soufre (S), essentiel pour le cycle de vie du consortium bactérien choisi. Particulièrement, le transfert des cations vers la cathode est réalisé à travers une membrane échangeuse de cations qui sépare l'anode de la chambre cathodique, elle- même contenant un électrolyte fortement oxydant en recirculation.
[0044] Les cathodes exposées à l'air et réduisant l'oxygène qui s'y trouve est un concept intéressant d'un point de vue théorique et économique. Toutefois, la cinétique est lente, ce qui conduit à une demi-réaction peu élevée en potentiel. Conséquemment, même si les réactions bactériennes à l'anode sont optimisées, la tension d'une biopile sera peu élevée, celle-ci étant limité par les réactions à la cathode. Pour ces raisons, l'emploi d'un liquide oxydant dans le compartiment cathodique s'avère une alternative intéressante. Communément appelé eau oxygénée, le peroxyde d'hydrogène (H202)est un milieu oxydant puissant dont on peut contrôler la concentration active par dilution dans de l'eau. La demi-réaction du peroxyde d'hydrogène à la cathode est décrite par la réaction 2.0 (Girault, 2001 ).
Figure imgf000013_0001
[0045] Comme le décrit la réaction 2.0, en présence d'hydrogène et d'électrons, le peroxyde d'hydrogène produira une réaction spontanée avec un potentiel
d'oxydoréduction élevé et produit essentiellement de l'eau, ce qui rend l'alternative tout à fait acceptable d'un point vue environnemental. En contrepartie, l'électrolyte du compartiment cathodique deviendra un consommable qu'il faudra suivre et régénérer au besoin. Pour maximiser la réaction, le pH de cet électrolyte sera également contrôlé et ajusté au besoin avec un acide, particulièrement de l'acide sulfurique (H2S04).
[0046] Particulièrement, le procédé comprend les étapes suivantes: au
Figure imgf000013_0002
niveau des microorganismes;
au niveau de l'anode; et
Figure imgf000013_0003
au niveau de la cathode.
Figure imgf000013_0004
[0047] Particulièrement, le procédé se réalise lorsque le compartiment cathodique est séparé de l'anode grâce à une membrane échangeuse de cations. Plus
particulièrement, le procédé est mis en œuvre lorsque la réaction à la cathode selon l'étape b) est entretenue à l'aide d'addition de peroxyde d'hydrogène (H202).
Consortium bactérien
[0048] Un autre aspect de la présente invention est le développement d'un consortium bactérien à partir de l'effluent à traiter (inoculation indigène) en créant les conditions favorables au démarrage de la biopile. Selon le domaine d'application de l'invention, des effluents organiques sont privilégiés, particulièrement le lisier de porc, qui contient une flore bactérienne vaste mais aussi les éléments nutritifs nécessaires pour le développement de ce consortium et le fonctionnement de la biopile.
[0049] Selon un autre aspect particulier de l'invention, le traitement
bioélectrochtmique résultant de l'activité de dégradation biologique anaérobie au niveau de l'anode est assuré par le choix d'un consortium bactérien qui privilégient des bactéries sulfuroréductrices, plus particulièrement les bactéries du genre
Desulfuromonas qui présentent un métabolisme respiratoire utilisant le soufre élémentaire comme accepteur final d'électrons et produisent H2S (réduction
dissimilatrice). La dissociation du H2S en H* et soufre élémentaire (S0) à l'anode permet la réalisation d'un cycle du soufre à ce niveau et le maintien d'une forte activité biochimique.
{0050] Selon une réalisation particulière du procédé, les microorganismes constituant le consortium bactérien sont présents à l'état latent dans l'effluent. Alternativement, les microorganismes sont inoculés directement dans l'effluent, ou indirectement sur le support bactérien avant sa mise en contact avec l'effluent.
Effluent
[0051] Selon une réalisation particulière du procédé, celui-ci est mis en œuvre où l'effluent est un effluent organique, particulièrement du lisier, plus particulièrement du lisier de porc. Selon un réalisation alternative du procédé, l'effluent organique est une eau usée municipale ou toute autre effluent de traitement industriel ou agricole chargé en matière organique qui pourra être inoculé et traité par le consortium bactérien.
Système anodique
[0052] Des travaux de recherche ont démontré que le principal mécanisme de transfert d'électrons d'une biopile alimentée au lisier de porc implique un intermédiaire redox, ce qui signifie que le rôle principal de l'anode est celui d'accepteur d'électrons et non de support bactérien. À cause de ce phénomène, la matière constitutive de l'anode a peu d'importance du moment que celle-ci est conductrice et inoxydable.
[0053] Il est néanmoins avantageux de construire cette électrode à partir d'un matériau qui offre le moins de résistance au passage des électrons afin de minimiser les pertes ohmiques de la biopile. En contrepartie, il est utile d'inclure dans le système anodique, près de l'anode, un support bactérien qui permet d'assurer un maximum de croissance des espèces bactériennes «électrophiles», tel que des granules de charbon activé.
10054] Selon une réalisation particulière, l'anode se présente sous forme d'une grille ou une plaque avec orifices ayant une forme pouvant servir de réceptacle pour le support bactérien. Particulièrement, la grille ou plaque avec orifices est sous forme d'un panier pouvant être rempli avec le support bactérien.
[0055] Selon une réalisation particulière, l'élément accepteur d'électrons est en fibre de carbone, ou particulièrement en acier inoxydable. [0056] Selon une réalisation particulière, le support bactérien est un adsorbant bactérien, plus particulièrement, l'adsorbant bactérien est constitué de charbon activé. Les analyses microbiologiques et chimiques réalisées sur du charbon activé provenant d'une biopile mature révèlent que le soufre est impliqué dans le mécanisme respiratoire des bactéries. [0057] Selon une réalisation particulière, les analyses microbiologiques indiquent une forte présence de bactéries du genre Desulfuromonas dans le charbon activé. Ces dernières sont des bactéries caractérisées par un métabolisme utilisant l'acétate comme source d'énergie et le soufre comme accepteur d'électrons (Euzéby, 2010).
Système cathodique
[0058] Selon un aspect de l'invention, la réalisation de la cathode est assurée par l'utilisation d'une surface cathodique en acier inoxydable recouverte par galvanoplastie d'un catalyseur en métal noble (particulièrement le platine) et par la recirculatton dans la chambre cathodique d'un électrolyte fortement oxydant contrôlé à un pH fortement acide.
[0059] Le Demandeur a donc décidé de fabriquer ses propres cathodes afin d'en réduire les coûts de fabrication. Parmi les techniques visant à réduire l'utilisation du platine, la méthode par électrodéposition constitue une des voies les plus prometteuses. Cette façon de faire permet de déposer une quantité donnée de métal noble en passant un courant d'intensité connue dans une électrode baignant dans une solution contenant ce métal. En fournissant une électrode plaquée avec du métal noble fortement lié au support, le risque de détérioration des sites catalytiques par frottement est réduit.
Conséquemment, des cathodes fabriquées à partir d'une grille en acier inoxydable et plaquées par galvanoplastie avec un métal noble, notamment du platine et/ou du ruthénium, se sont avérées très performantes. [0060] Selon un aspect particulier, les hautes performances à la cathode sont assurées par l'utilisation d'une surface cathodique réalisée à partir d'une grille en acier inoxydable recouverte par électro-plaquage de Ruthénium et par la recirculation dans la chambre cathodique d'un électrolyte oxydant par l'ajout contrôlé de peroxyde d'hydrogène (H202) et/ou d'un acide afin de maintenir un pH contrôle autour de 2. Biopile selon une réalisation particulière de l'invention
[0061] La Figure 4 schématise une biopile (10) immergée dans un contenant (20) rempli d'effluent organique (21 ) reliée à un système de pompage de l'effluent (30). L'anode (40) est de forme évidée pour procurer un volume qui pourra contenir un support bactérien (50). La chambre cathodique (70) est constituée par une structure évidée qui abrite la cathode (80), dont un côté est fermé par une membrane perméable aux cations (60), la séparant de l'anode (40). ). Cette chambre cathodique (70) est fermée hermétiquement d'un autre côté par un couvercle (75).
[0062] L'électrolyte de la chambre cathodique (70) est une solution aqueuse (100) à pH acide circulée grâce à un circuit de recirculation (110). Le circuit électrique (90) de la biopile est fermé par une résistance.
[0063] Selon une réalisation particulière de la présente invention, le compartiment anodique prend la forme d'un panier en acier inoxydable qui est accolé au compartiment cathodique. Le panier formé d'une grille contient le support bactérien et met en contact à la fois l'élément anodique, le support bactérien et l'effluent. L'utilisation d'une anode- panier immergée dans l'effluent organique à traiter est motivée par le constat que le consortium bactérien se développe particulièrement bien dans cette condition. Les deux éléments (anode-panier et chambre cathodique) sont donc immergés dans un réservoir contenant le lisier (ou l'effluent à traiter).
[0064] De plus, des essais de voltamétrie cyclique, motivés par la recherche de métaux de remplacement au platine, ont conduit à la découverte que le ruthénium, jumelé à l'utilisation du peroxyde d'hydrogène, offrait des perspectives des plus intéressantes comme catalyseur. D'une part, nettement plus économique à l'achat que le platine, le ruthénium permet d'obtenir un potentiel élevé à la cathode en présence de H202. D'autre part, l'utilisation du ruthénium réduit la formation spontanée de bulles d'oxygène comme le ferait le platine, ce qui diminue les pertes de peroxyde d'hydrogène attribuables à ce phénomène.
[0065] Particulièrement, la biopile telle que définie par les présentes peut se présenter sous une forme où l'anode et la chambre cathodique sont immergées dans l'effluent organique contenu dans un réservoir. Selon une réalisation particulière de l'invention, la biopile fonctionne selon le procédé tel que défini par les présentes.
[0066] La suite de ce document présente les résultats d'essais démontrant la validité du concept de biopile immergée.
Exempte 1
Biopile immergée à compartiment unique Matériel et méthode
[0067] Le substrat utilisé au cours de ces essais provient d'un lisier de porc brut séparé par un séparateur décanteur-centrifuge industriel situé sur une ferme de porcs à l'engraissement. Le lisier provient de la pré-fosse (lisier frais) et la fraction liquide recueillie au séparateur a été réfrigérée pendant son entreposage. On peut caractériser cette fraction liquide par sa teneur en matière sèche, soit en dessous de 15%, particulièrement moins de 10%.
[0068] La Figure 5 montre une biopile (10) à compartiment unique (20) reliée à ses périphériques de pompage (30). L'anode (40) de la biopile est réalisée à partir d'une grille en acier inoxydable de 960 mailles cm"2 (SS304, Grillage Major inc) façonnée en forme de panier de 80 X 80 X 40 mm, procurant un volume utile de 260 mL qui pourra contenir 75 g de charbon activé (50) (C2764, Sigma-AIdrich). Une membrane échangeuse de cations (60) (CMI-7000, Membranes International Inc.) sépare l'anode (40) de la chambre cathodique (70). Ce compartiment est constitué par une structure carrée et évidée en polypropylène de 125 X 125 X 25 mm, lequel est fermé hermétiquement d'un côté par la membrane échangeuse de cation (60) et d'un autre côté par un couvercle (75). La chambre cathodique (70) abrite une cathode (80) de 100 X 100 mm, qui est réalisée à partir du même grillage que l'anode mais, dans ce cas ci, plaquée par galvanoplastie avec du ruthénium. [0069] Avant le placage, les grilles en acier inoxydable ont été immergées pendant 1 heure dans de l'hexane et 1 autre heure dans une solution de peroxyde d'hydrogène (10 %) pour enlever les graisses et les impuretés. Préalablement au placage du ruthénium, la grille en acier inoxydable est préparée par traitement galvanoplastique pendant une minute en utilisant un conditionneur (Stainless steel activator for gold, Caswell) habituellement utilisé pour préparer le placage de l'or sur des pièces en acier inoxydable. Le dépôt de ruthénium s'effectue à partir d'une solution de RuC . Un courant de 0,2 A pendant 7 minutes est appliqué pour obtenir une couverture théorique de 0, 29 mg-cm-2 de ruthénium.
[0070] Deux biopiles (10) ont été assemblées et chaque anode-panier (40) contenait 75 g de charbon activé. Une fraction liquide de lisier de porc est utilisée comme carburant et source bactérienne. Une période d'incubation de 10 jours permet de développer un consortium bactérien d'intérêts incluant des bactéries du genre
Desulfuromonas. Le pH et le potentiel d'oxydoréduction sont les paramètres physicochimiques à contrôler pour favoriser le développement du consortium bactérien d'intérêt. II a été défini que les conditions optimales de fonctionnement sont, pour le pH, entre 6.5 et 8 et pour le potentiel d'oxydoréduction, inférieur à -150 mV, référencées à partir d'une sonde Ag/AgCI. De plus, la température de fonctionnement doit être comprise entre 15 et 35 °C. Le suivi du développement du consortium a été réalisé avec des outils de biologies moléculaires afin de dénombrer le développement des populations cibles. Le charbon activé supportant le consortium bactérien d'une biopile peut servir à inoculer le charbon activé ou l'effluent d'une biopile subséquente.
[0071] Les biopiles (10) ont été immergées dans un réservoir de 5 L contenant 3 L de fraction liquide et suivie avec les paramètres de fonctionnement décrites plus haut. L'électrolyte de la chambre cathodique est une solution aqueuse d'une concentration de 0,03 M de H2O2 (100) circulée grâce à un circuit de recirculation (110) et maintenue à un pH de 2,7 avec du H2S04. Le circuit électrique (90) des deux biopiles est fermé par une résistance de 100 ohms et la progression de la tension aux bornes des piles est enregistrée par un système d'acquisition de données (CR10X, Campbell Scientific).
[0072] Les 10 premières journées ont permis d'observer la montée en tension des 2 biopiles pendant le développement du consortium bactérien et de calculer la sortie de puissance maximale à la fin de ce cycle. De manière générale, les populations bactériennes d'une biopile inoculée sont pleinement développées après 10 jours. Les jours subséquents, les 2 anodes-paniers ont été assemblées de part et d'autre du même compartiment cathodique (1 seule cathode), simulant ainsi le comportement d'une biopile avec une charge de 150 g (2X75) de charbon activé. Le pH de l'électrolyte à la cathode a été également réduit à 2,2 pour observer l'effet sur la sortie de puissance de la biopile.
Résultats
[0073] La Figure 6 montre les courbes de performances des 2 biopiles avec 75 g de charbon activé. La tension en circuit fermé, alors qu'aucune charge électrique ne sollicite les piles, atteint une tension de plus d'un volt. En fonctionnement, au fur et à mesure que les biopiles sont sollicitées, la décroissance de la tension est linéaire et une densité de courant maximale de 8 000 mA m"2 est atteinte. La densité de courant et la densité de puissance sont données par rapport à la section géométrique de la cathode. La densité de puissance maximale est près de 2 000 mW m"2 à une tension d'opération de 500 mV. La puissance volumique maximale, soit le rapport entre la sortie de puissance maximale et le volume de l'anode-panier, est de 81 W m~3.
[0074] La Figure 7 présente les courbes de performance après la fusion des 2 anodes-paniers au même compartiment cathodique. Dans ce cas-ci, le pH de l'électrolyte à la cathode est de 2,7. La tension en circuit fermé atteint également une tension de plus d'un volt. En fonctionnement, la densité de courant maximale est près de 15 000 mA m"2. La densité de puissance maximale est près de 4 000 mW-rn 2 à une tension d'opération de 500 mV. La puissance volumique maximale est de 65 W-m"3.
[0075] La Figure 8 présente également les courbes de performance de la biopiles avec 2 anodes-paniers alors que le pH de l'électrolyte à la cathode est de 2,2. La tension en circuit fermé atteint presque 1 ,1 volt. En fonctionnement, la densité de courant maximale est près de 19 000 mA m"2. La densité de puissance maximale est près de 5 100 mW-m-2 à une tension d'opération de 550 mV. La puissance volumique maximale est de 100 W-m-3.
Analyses des résultats
[0076] Dans une récente revue de littérature, Fornero et al. (2010) ont répertorié différents résultats de biopiles ayant fonctionné avec des cultures mixtes bactériennes tout en mettant l'accent sur celles ayant utilisé comme carburant des eaux usées de sources municipale, agricole ou issues de la transformation alimentaire. Le Tableau 1 résume les résultats de cette investigation et les données relatives aux biopiles ayant spécifiquement fonctionné avec des eaux usées sont mises en caractère gras.
Figure imgf000020_0001
[0077] On note que les résultats du Tableau 1 ont varié de 80 à 4300 mW m-2 pour la densité de puissance et de 5 à 48 W m-3 pour les puissances volumiques. Fait important à noter, les valeurs maximales ont été atteintes avec des biopiles utilisant un substrat pur comme carburant (acétate, glucose). Avec une puissance volumique de 25 W m 3, une biopile alimentée avec des eaux usées provenant d'un hôpital présente les meilleurs résultats lorsque le substrat n'est pas pur. Oh et al. (2010) arrivent à une conclusion similaire dans une revue de littérature également assez récente. Ils constatent que des biopiles fonctionnant avec des eaux usées produisent une sortie de puissance volumique variant de 4 à 15 W-m-3.
[0078] Pour sa part, la biopile de la présente invention contenant 150 g de charbon activé avec un électrolyte à la cathode ayant du peroxyde d'hydrogène et un pH de 2,2 dégage une densité de puissance de plus de 5 000 W-m-2 et une puissance volumique de 100 W-m-3. Ces résultats démontrent l'avantage de la présente invention par rapport aux résultats contenus dans la littérature.
[0079] L'expérience réalisée démontre également qu'une cathode plaquée par galvanoplastie avec du ruthénium, laquelle est immergée dans une solution oxydante à base de peroxyde d'hydrogène, offre des perspectives intéressantes pour de futures mises à l'échelle. Elle a en effet soutenu toutes les charges électriques en provenance de l'anode même si la quantité de charbon activé a été doublée au cours de
l'expérience. Cette découverte permet d'envisager la réalisation de cathodes
performantes en utilisant un métal noble nettement moins dispendieux que le platine. Finalement, le contrôle du pH est un paramètre de contrôle stratégique pour l'électrolyte contenu dans la chambre cathodique, car comme illustrées par les Figures 7 et 8, une diminution de ce paramètre de 0,5 unité (2,7 à 2,2) permet d'augmenter d'environ 25 % la sortie de puissance d'une biopile. Exemple 2
[0080] La Figure 9 montre une vue éclatée d'une biopile suite à une réalisation particulière où la biopile unitaire prend la forme d'un caisson pouvant être empilable pour former une batterie suite à un assemblage en série. De fait, on peut voir l'anode (40) formée par un panier de forme rectangulaire et plat, fait d'une grille inoxydable et comportant un vide (41 ) servant d'espace pour y entasser le charbon activé (non- illustré). Cette anode (40) est ensuite soutenue par un support anodique (42) qui est ensuite couplé à la membrane échangeuse de cations (60) via un joint d'étanchéité (43).
[0081] De l'autre côté de cette unité, la cathode (80) est constituée d'un grillage en acier inoxydable plaqué par galvanoplastie avec du ruthénium et abritée dans la chambre cathodique (70). La chambre cathodique (70) est de forme rectangulaire et plate, et est fermée hermétiquement d'un côté par la membrane échangeuse de cations (60) via un joint d'étanchéité (61 ). La chambre cathodique comprend une entrée du liquide oxydant (111 ) et une sortie du liquide oxydant (112). La cathode (80) est donc insérée à l'intérieur de la chambre cathodique (70), de l'autre côté de la membrane échangeuse de cations (60) par rapport à l'anode (40).
[0082] La Figure 10 montre une biopile unitaire une fois que tous les éléments de la Figure 9 ont été assemblés de façon étanche. On montre aussi que plusieurs unités de biopile peuvent être assemblées pour former une batterie (120). Celle-ci pouvant être placée dans un réceptacle (130) (ex. une cuve de plastique) pouvant recevoir différents volumes d'effluents organiques. Particulièrement, l'effluent peut être contenu dans le réceptacle et la batterie immergée ou encore, la batterie peut être placée dans le réceptacle et l'effluent circulé à l'intérieur des unités de la batterie.
[0083] Particulièrement, les différentes biopiles unitaires peuvent être branchées entre elles, soit en série ou en parallèle, pour former la batterie. [0084] Alternativement, lorsque les biopiles unitaires sont assemblées dans le but de traiter un effluent plutôt que de produire de l'électricité, on parlera alors de "réacteur" ou de "bioréacteur" au lieu de "batterie".
[0085] Une variante de cette réalisation particulière consistera à assembler de part et d'autre d'une chambre cathodique: une anode panier (40), un support anodique (42) couplée à une membrane échangeuse de cations (60) de manière à doubler la quantité de support bactérien (charbon activé) pour une même cathode.
Références
Euzéby J P. 2010. Desulfuromonas. [en ligne] Disponible :
httD://www.bacterio.cict.fr/d/desulfuromonas.html. [consulté le 7 novembre 2011].
Formera JJ, Rosenbaum M et Angenent LT. 2010. Electical power génération from municipal, food and animal wastewaters using microbial fuel cells. Electroanalysis 22, no. 7: 832-843.
Girault H H. 2001. Électrochimie physique et analytique. Lausanne: Presses Polytechniques et Universitaires Romandes. 449 p
Haberman W et Pommer EH. 1991. Biological fuel cells with sulphide storage capacity. Appl. Microbio. Biotechnol 35 : 128-133. Kleinsmith LJ et Kish VM. 1988. Principles of cell biology. Harper & Row, Publisher, 796 p.
Litster S et McLean G. 2004. PEM fuel cell électrodes. J. of Power Sources 130, no. 1- 2: 61-76.
Miles B. 2003. Biological redox reactions, [en ligne] Disponible :
http://www.tamu.edu/ciasses/bmiles/lectures/Bioloqical%20Redox%20Reactions.pdf.
[consulté le 21 septembre 2010].
Oh ST, Kim JR, Premier GC, Lee TH, Kim C et Sloan WT. 2010. Sustainable wastewater treatment: How might microbial fuel cells contribute. Biotechnology Advances 28: 871-881.
Rabaey K, Boon N, Siciliano SD, Verhaege M et Verstraete W. 2004. Biofuel cells select for microbial consortia that self-mediate électron transfer . Applied and Environmental Micmbiology 70, no. 9: 5373-5382.
Rabaey K et Verstraete W. 2005. Microbial fuel cells: novel biotechnology for energy génération. TRENDS in Biotechnology 23, no. 6: 291-298.
Schrôder U. 2007. Anodic électron transfer mechanisms in microbial fuel cells and their energy efficiency. Physical Chemistry Chemical Physics 9: 2619-29.
Tchobanoglous G, Burton FL et Stensel HD. 2003. Wastewater engineering; treatment and reuse/ Metcalf and Eddy Inc. 4 th éd., McGraw-Hill. 1819 p.

Claims

REVENDICATIONS
1. Un procédé de traitement bioélectrochimique d'un effluent chargé en matière organique comprenant la mise en oeuvre d'une biopiie basée sur la dégradation biologique anaérobie d'un effluent organique, par la mise en contact d'une anode et d'un support bactérien couplés à un consortium bactérien dont le métabolisme est basé, notamment, sur la fixation du soufre (S).
2. Un procédé selon la revendication 1 , comprenant: a) la mise en contact d'une anode avec ledit effluent afin de la mettre en contact avec au moins une souche de microorganismes ayant un métabolisme microbien basé sur le soufre générant des molécules pouvant s'oxyder à l'anode produisant ainsi des cations; et b) la mise en contact d'un compartiment cathodique comprenant une cathode et un électrolyte oxydant en circulation, ledit compartiment cathodique étant en lien électrique avec l'anode grâce à un circuit externe, et séparée de l'anode par une membrane perméable aux cations; où un transfert de cations de l'anode s'effectue vers ledit compartiment cathodique via ladite membrane, et lesdits électrons alors générés à l'anode circulent vers la cathode via ledit circuit externe causant ainsi une diminution des demandes biologique et chimique en oxygène (DBOs et DCO) de l'effluent en sortie lorsque comparé à l'effluent en entrée.
3. Un procédé selon la revendication 2, comprenant: a) la mise en contact d'une anode juxtaposée à un support bactérien dans ledit effluent, ledit effluent comprenant au moins une souche de microorganismes ayant un métabolisme microbien basé sur le soufre générant des molécules pouvant s'oxyder à l'anode produisant ainsi des cations; et b) la mise en contact d'un compartiment cathodique dans ledit effluent, ledit compartiment cathodique comprenant une cathode, et abritant un électrolyte oxydant en circulation, ledit compartiment étant en lien électrique avec l'anode grâce à un circuit externe, et séparée de l'anode par une membrane perméable aux cations; où un transfert de cations de l'anode s'effectue vers ladite chambre cathodique via ladite membrane, et lesdits électrons alors générés à l'anode circulent vers la cathode via ledit circuit externe causant ainsi une diminution des demandes biologique et chimique en oxygène (DBO5 et DCO) de l'effluent en sortie lorsque comparé à l'effluent en entrée.
4. Un procédé selon la revendication 3, comprenant: a) l'immersion d'une anode dans ledit effluent organique, ladite anode juxtaposée à un support pour la fixation desdits microorganismes où ledit métabolisme microbien utilise particulièrement le soufre comme accepteur d'électrons générant des molécules de sulfure d'hydrogène qui iront s'oxyder à l'anode produisant ainsi des cations; b) la mise en contact desdits microorganismes avec ledit support bactérien juxtaposé à ladite anode; et c) l'immersion d'un compartiment cathodique dans ledit effluent organique, ledit compartiment cathodique comprenant une cathode, et abritant un électrolyte oxydant en circulation, ledit compartiment étant en lien électrique avec l'anode grâce à un circuit externe, et séparée de l'anode par une membrane perméable aux cations; où un transfert de cations de l'anode s'effectue vers ledit compartiment cathodique via ladite membrane, et lesdits électrons alors générés à l'anode circulent vers la cathode via ledit circuit externe causant ainsi une diminution des demandes biologique et chimique en oxygène (DBO5 et DCO) de l'effluent en sortie lorsque comparé à l'effluent en entrée.
5. Un procédé bioélectrochimique pour générer un courant électrique basé sur la dégradation biologique anaérobie d'un effluent organique mis en contact avec des microorganismes ayant notamment un métabolisme microbien basé sur le soufre, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: a) la mise en contact d'une anode dans ledit effluent organique, ladite anode juxtaposée à un support pour la fixation desdits microorganismes où ledit métabolisme microbien utilise particulièrement le soufre comme accepteur d'électrons générant des molécules de sulfure d'hydrogène qui iront s'oxyder à l'anode produisant ainsi des cations; b) la mise en contact desdits microorganismes avec ledit support bactérien juxtaposée à ladite anode; c) la mise en contact d'un compartiment cathodique dans ledit effluent organique, ledit compartiment comprenant une cathode, et abritant un électrolyte oxydant en circulation, ledit compartiment étant en lien électrique avec l'anode grâce à un circuit externe, et séparé de l'anode par une membrane perméable aux cations; où un transfert de cations de l'anode s'effectue vers ledit compartiment cathodique via ladite membrane, et lesdits électrons alors générés à l'anode circulent vers la cathode via ledit circuit externe générant ainsi ledit courant électrique.
6. Un procédé selon la revendication 5, comprenant: a') l'immersion d'une anode dans ledit effluent organique, ladite anode juxtaposée à un support pour la fixation desdits microorganismes où ledit métabolisme microbien utilise particulièrement le soufre comme accepteur d'électrons générant des molécules de sulfure d'hydrogène qui iront s'oxyder à l'anode produisant ainsi des cations; et c') l'immersion d'un compartiment cathodique dans ledit effluent organique, ledit compartiment cathodique comprenant une cathode, et abritant un électrolyte oxydant en circulation, ledit compartiment étant en lien électrique avec l'anode grâce à un circuit externe, et séparée de l'anode par une membrane perméable aux cations; où un transfert de cations de l'anode s'effectue vers ledit compartiment cathodique via ladite membrane, et lesdits électrons alors générés à l'anode circulent vers la cathode via ledit circuit externe causant ainsi une diminution des demandes biologique et chimique en oxygène {DBO5 et DCO) de l'effluent en sortie lorsque comparé à l'effluent en entrée.
7. Le procédé selon l'une des revendications 2 à 6, comprenant les étapes suivantes: au
Figure imgf000027_0001
niveau des microorganismes;
au niveau de l'anode; et
Figure imgf000027_0002
au niveau de la cathode.
Figure imgf000027_0003
8. Le procédé selon la revendication 7, où lesdits microorganismes anaérobies comprennent notamment des bactéries sulfuroréductrices.
9. Le procédé selon la revendication 8, où lesdites bactéries sulfuroréductrices sont du genre Desulfuromonas.
10. Le procédé selon une des revendications 1 à 9, où ledit effluent organique est du lisier.
11. Le procédé selon la revendication 10, où ledit lisier est du lisier de porc.
12. Le procédé selon la revendication 10 ou 11 , où lesdits microorganismes sont présents à l'état latent dans le lisier.
13. Le procédé selon la revendication 10 ou 11 où lesdits microorganismes sont inoculés dans l'effluent organique, ou sur le support bactérien.
14. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 13 ayant une température de fonctionnement comprise entre 15 ºC et 35 °C.
15. Le procédé selon la revendication 12 où ledit effluent organique est contrôlé à un pH, entre 6,5 et 8 et un potentiel d'oxydoréduction inférieur à -150 mV, référencées à partir d'une sonde Ag/AgCI afin de favoriser le développement desdits microorganismes du consortium à l'état latent dans l'effluent.
16. Le procédé selon la revendication 15, où lesdits microorganismes du consortium colonisent le support bactérien.
17. Le procédé selon une des revendications 7 à 16, où la réaction à la cathode selon l'étape b) est entretenue à l'aide d'addition de peroxyde d'hydrogène (H202).
18. Le procédé selon une des revendications 1 à 17, où la réaction à la cathode est entretenue par un électrolyte constitué d'une concentration d'environ 0,03 M de H202 circulé grâce à un circuit de recirculation et maintenue préférablement à un pH d'environ 2,2 avec un acide.
19. Une biopile adaptée pour être mise en contact avec un effluent organique à traiter, comprenant:
a) un système anodique comprenant une anode comme élément accepteur d'électron, un support bactérien adapté pour être colonisé par au moins une souche bactérienne;
b) un compartiment cathodique fermé hermétiquement et séparé dudit système anodique par une membrane perméable aux cations, ledit compartiment cathodique abritant une cathode constituée d'un élément inoxydable plaqué avec un métal noble, ledit compartiment cathodique comprenant une entrée et une sortie servant à la circulation d'un électrolyte oxydant, ladite cathode étant en lien électrique avec l'anode grâce à un circuit externe.
20. La biopile telle que définie à la revendication 19, où l'élément accepteur d'électron de l'anode est sous forme d'un réceptacle perméable, ledit réceptacle pouvant contenir ledit support bactérien.
21. La biopile telle que définie à la revendication 20, où ledit réceptacle perméable est une grille ou une plaque avec orifices ayant une forme pouvant recevoir ledit support bactérien.
22. La biopile telle que définie à la revendication 21, où ladite grille ou plaque avec orifices est sous forme d'un panier, ledit panier pouvant être rempli avec ledit support bactérien.
23. La biopile telle que définie à l'une des revendications 19 à 22, où ladite anode est constituée d'un élément conducteur et non-oxydable.
24. La biopile telle que définie à la revendication 23, où ladite anode est en fibre de carbone ou en acier inoxydable.
25. La biopile telle que définie à la revendication 24, où ladite anode est en acier inoxydable.
26. La biopile telle que définie l'une des revendications 19 à 25, où ledit support bactérien est un adsorbant bactérien.
27. La biopile telle que définie à la revendication 26, où ledit adsorbant bactérien est constitué de charbon activé.
28. La biopile telle que définie selon l'une des revendications 19 à 27, où la cathode comprend un élément en acier inoxydable plaqué avec du platine ou du ruthénium.
29. La biopile telle que définie selon la revendication 28, où la cathode est plaquée avec du ruthénium.
30. Une biopile telle que définie à l'une des revendications 19 à 29, où ledit système anodique et ledit compartiment cathodique sont juxtaposés de façon étanche pour former une biopile unitaire.
31. Une biopile telle que définie à la 30, où plusieurs biopiles unitaires sont assemblées pour former un batterie.
32. Une biopile telle que définie à la rev. 31 où ladite batterie est disposée dans un réceptacle pouvant recevoir ledit effluent.
33. Une biopile telle que définie à la rev. 32 où ledit effluent circule dans ledit réceptacle.
34. Une biopile selon la rev. 32, où ladite batterie est immergée dans ledit réceptacle contenant ledit effluent.
35. Une biopile fonctionnant selon le procédé d'une des revendications 1 à 18.
36. Une anode comprenant un élément accepteur d'électron étant sous forme d'un réceptacle perméable, ledit réceptacle pouvant contenir un support bactérien.
37. L'anode telle que définie à la revendication 36, où ledit réceptacle perméable est formé d'une grille ou d'une plaque avec orifices ayant une forme pouvant servir de contenant pour ledit support bactérien.
38. L'anode telle que définie à la revendication 37, où ladite grille ou plaque avec orifices est sous forme d'un panier pouvant être rempli avec ledit support bactérien.
39. L'anode telle que définie à l'une des revendications 36 à 38, où ledit élément accepteur d'électrons est en acier inoxydable.
40. Un système anodique comprenant une anode telle que définie à la revendication 36 à 39, juxtaposée à un support bactérien, où ledit support bactérien est un adsorbant bactérien.
41. Le système anodique tel que défini à la revendication 40, où ledit adsorbant bactérien est constitué de charbon activé.
42. Une cathode comprenant un élément en acier inoxydable plaqué avec du ruthénium.
43. Une méthode pour fabriquer une cathode en acier inoxydable plaquée avec du ruthénium, comprenant les étapes suivantes:
a) une mise en contact séquentielle d'une grille en acier inoxydable avec de l'hexane et une solution de peroxyde d'hydrogène;
b) un traitement électrochimique en utilisant un conditionneur pour obtenir une grille prétraitée; et
c) un traitement galvanoplastique de ladite grille prétraitée dans une solution de RuCI3 sous un courant d'environ 0,2 A.
44. Un système bioélectrochimique comprenant:
(a) une anode telle que définie à l'une des revendications 36 à 41 ; (b) un compartiment cathodique comprenant une cathode telle que définie dans l'une des revendications 19, 28, 29 ou 42, fermée par une membrane perméable aux cations, ledit compartiment pouvant abriter un électrolyte oxydant;
(c) un système de circulation dudit électrolyte; et
(d) un circuit externe reliant électriquement l'anode et le compartiment cathodique.
45. Un consortium bactérien à utiliser dans une biopile afin de générer un courant électrique, ledit consortium comprenant notamment une souche du genre
Desulfuromonas.
46. L'utilisation d'au moins une souche du genre bactérien Desulfuromonas pour générer un courant électrique dans une biopile immergée dans, ou mise en contact avec, un effluent organique.
47. L'usage de la biopile telle que définie dans l'une des revendications 19 à 35, pour la génération d'électricité.
48. L'usage de la biopile telle que définie dans l'une des revendications 19 à 35, pour la bioremédiation d'un effluent chargé en matière organique.
49. L'utilisation d'une souche de bactéries sulfuroréductrices en tant que biocatalyseur d'électricité dans un effluent chargé en matière organique.
50. L'utilisation d'une souche de bactéries sulfuroréductrices comme agent redox dans un effluent chargé en matière organique.
51. L'utilisation d'une souche de bactéries sulfuroréductrices comme agent de bioremédiation d'un effluent organique.
52. L'utilisation telle que définie à l'une des revendications 48 à 51 , où la souche de bactéries sulfuroréductrices est présente dans un consortium bactérien.
53. L'utilisation telle que définie à l'une des revendications 48 à 51 , où la souche de bactéries sulfuroréductrices est indigène audit effluent.
54. L'utilisation telle que définie à l'une des revendications 48 à 51, où la souche de bactéries sulfuroréductrices est inoculée dans ledit effluent.
55. L'utilisation telle que définie à l'une des revendications 51-54, où la souche de bactéries sulfuroréductrices est du genre bactérien Desulfuromonas.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103319002A (zh) * 2013-06-27 2013-09-25 中国科学院过程工程研究所 一种阴阳极同步电催化硫酸盐废水生物处理的方法
CN107900095A (zh) * 2017-11-27 2018-04-13 哈尔滨工业大学 一种自产电升流湿地污染土壤修复装置及修复方法
WO2020006461A1 (fr) 2018-06-28 2020-01-02 Aquacycl Llc Piles à combustible microbiennes évolutives à écoulement continu
CN114433619A (zh) * 2022-02-18 2022-05-06 南开大学 一种用于土壤碳减排的自组装电极及其应用
US11604482B2 (en) 2020-03-16 2023-03-14 Aquacycl, Inc. Fluid flow control for water treatment systems
US11926547B2 (en) 2019-02-27 2024-03-12 Aquacycl, Inc. Scalable floating micro-aeration unit, devices and methods

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100178530A1 (en) * 2007-03-12 2010-07-15 Danmarks Tekniske Universitet (Technical Universit y of Denmark) Microbial Fuel Cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100178530A1 (en) * 2007-03-12 2010-07-15 Danmarks Tekniske Universitet (Technical Universit y of Denmark) Microbial Fuel Cell

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BARUA ET AL.: "Electricity Generation from Biowaste Based Microbial Fuel Cells", INTERNATIONAL JOURNAL OF ENERGY, INFORMATION AND COMMUNICATIONS, vol. 1/1, 2010, pages 77 - 92, XP055069182, Retrieved from the Internet <URL:www.serse.org/journals/IJEIC/vol1Is1/7.pdf> *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103319002A (zh) * 2013-06-27 2013-09-25 中国科学院过程工程研究所 一种阴阳极同步电催化硫酸盐废水生物处理的方法
CN107900095A (zh) * 2017-11-27 2018-04-13 哈尔滨工业大学 一种自产电升流湿地污染土壤修复装置及修复方法
CN107900095B (zh) * 2017-11-27 2020-01-14 哈尔滨工业大学 一种自产电升流湿地污染土壤修复装置及修复方法
WO2020006461A1 (fr) 2018-06-28 2020-01-02 Aquacycl Llc Piles à combustible microbiennes évolutives à écoulement continu
CN112823141A (zh) * 2018-06-28 2021-05-18 水循环有限责任公司 可按比例缩放的连续流微生物燃料电池
EP3814282A4 (fr) * 2018-06-28 2022-03-02 Aquacycl, Inc. Piles à combustible microbiennes évolutives à écoulement continu
US11932565B2 (en) 2018-06-28 2024-03-19 Aquacycl, Inc. Scalable continuous flow microbial fuel cells
US11926547B2 (en) 2019-02-27 2024-03-12 Aquacycl, Inc. Scalable floating micro-aeration unit, devices and methods
US11604482B2 (en) 2020-03-16 2023-03-14 Aquacycl, Inc. Fluid flow control for water treatment systems
US11947369B2 (en) 2020-03-16 2024-04-02 Aquacycl, Inc. Fluid flow control for water treatment systems
CN114433619A (zh) * 2022-02-18 2022-05-06 南开大学 一种用于土壤碳减排的自组装电极及其应用

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