WO2020053528A1 - Procédé de régénération in situ d'une bio-anode d'un dispositif de synthèse bio-électrochimique - Google Patents

Procédé de régénération in situ d'une bio-anode d'un dispositif de synthèse bio-électrochimique Download PDF

Info

Publication number
WO2020053528A1
WO2020053528A1 PCT/FR2019/052109 FR2019052109W WO2020053528A1 WO 2020053528 A1 WO2020053528 A1 WO 2020053528A1 FR 2019052109 W FR2019052109 W FR 2019052109W WO 2020053528 A1 WO2020053528 A1 WO 2020053528A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bio
anode
electrode
cathode
regenerated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2019/052109
Other languages
English (en)
Inventor
Alain Bergel
Elise BLANCHET
Théodore BOUCHEZ
Benjamin Erable
Luc Etcheverry
JiangHao TIAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National de Recherche en Sciences et Technologies pour Lenvironnement et lAgriculture IRSTEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National de Recherche en Sciences et Technologies pour Lenvironnement et lAgriculture IRSTEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Institut National de Recherche en Sciences et Technologies pour Lenvironnement et lAgriculture IRSTEA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of WO2020053528A1 publication Critical patent/WO2020053528A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/005—Combined electrochemical biological processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46119—Cleaning the electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to bioelectrochemical electrolysis processes, in particular the processes using electrodes called bioelectrodes in contact with microorganisms, and more particularly relates to a process for regenerating these bioelectrodes and its use from solutions containing organic waste.
  • bioelectrochemical electrolysis processes make it possible in particular, from solutions containing organic waste, to produce molecules of interest such as organic acids and / or alcohols.
  • Patent application WO2016 / 051064 describes a bio-electrochemical device, which comprises both a bio-anode and a bio-cathode, the electrolyte of the anode compartment as well as the electrolyte of the cathode compartment containing microorganisms in suspension or under form of biofilm (s).
  • the activity of the bio-cathode is optimized for the production of particular chemical species in the electrolyte, such as acetic, lactic and / or propionic acids or alcohols.
  • These microbial syntheses of organic molecules are carried out using electroactive bacteria present on the surface of the electrode.
  • One of the current problems to be solved is to improve the reliability and durability of these bioelectrochemical processes, with a view to applications at the industrial stage.
  • the main objective is to increase the durability of the bio-anode. It has indeed been observed that the activity of this bioanode decreases considerably after a few weeks of operation. This phenomenon has been defined as the “aging” of the bioanode, probably due to clogging of the biofilm on this electrode. Indeed, a biofilm composed of electro-active bacteria (in particular of the genus Geobacter) is necessary for the functioning of the bio-anode. Other non-electroactive microorganisms also develop on this biofilm and thus inhibit its activity. The deposition of insoluble particles further aggravates this effect.
  • An object of the invention is therefore to propose a means of acting against the "aging" of this bio-anode.
  • the prior art gives examples of methods for cleaning measurement sensors in contact with biological fluids, subject to fouling by the formation of a bacterial film. These cleaning methods often involve emptying the electrochemical cell to wash said sensor by passing a cleaning fluid (aqueous, organic or gaseous solution).
  • a cleaning fluid aqueous, organic or gaseous solution
  • Document JP5924241 describes a device for continuous measurement of the oxygen dissolved in water by means of a probe placed in a cylindrical envelope in which the water circulates. To avoid deposits that could affect the measurement of the probe, a strong upward current of water around the probe is created by the injection of air bubbles in the upper part of the envelope, above said probe.
  • the document JPH0416746 describes a system for cleaning probes intended to measure certain physicochemical parameters continuously in wastewater, in particular the concentration of dissolved 0 2 .
  • An air bubbling system makes it possible to generate currents in order to detach the deposits formed on the surface of the optical detection window, which alter the measurement, for example of dissolved oxygen.
  • a first object of the invention is to overcome the drawbacks of the prior art by proposing, in a bioelectrochemical electrolysis process, a means making it possible to rid the surface of a bio-anode of impurities or microorganisms which interfere or inhibit its operation.
  • Another object of the invention is to propose a process for regenerating the surface of the bioanode without completely destroying it, that is to say by maintaining at least in part, the electroactive biofilm present on this surface.
  • Another object of the invention is to propose a method for regenerating the electrochemical activity of an "aging" bio-electrode, without introducing complex means into the electrochemical device, without emptying the anode compartment or without changing the anode DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • the present invention relates to a method for regenerating a working electrode of an electrochemical device operating in electrolyser mode comprising:
  • bio-anode having a surface immersed in an electrolyte containing electro-active microorganisms in an anode compartment, said bio-anode being covered with a biofilm
  • a cathode immersed in an electrolyte of a cathode compartment
  • ddp a positive nominal potential difference (ddp) being applied, in nominal operation, either between the working electrode, corresponding to the bio-anode, and the counter electrode, corresponding to the cathode, or between the working electrode and l '' reference electrode (corresponding to an imposed potential)
  • the inventors have in fact found that the decrease in the ddp of at least 10% of the value of the potential difference applied between the bio-anode to be regenerated and the cathode (here against primary electrode) (action I) or when the device includes a reference electrode, the reduction of at least 0.05 V / ESH in the working potential imposed on the bio-anode to be regenerated (action II) could be sufficient to regenerate the bio-anode and restore the nominal functioning of the electrolyser.
  • a “bio-electrode” (“bio-anode” or “bio-cathode”) is an electrode covered at least in part with a bacterial biofilm comprising electro-active organisms, that is to say ie covered at least over part of its surface immersed in the electrolyte by a bacterial biofilm.
  • the entire submerged surface of the bio-electrode is covered with biofilm.
  • only part of the surface of the bio-electrode is covered with biofilm. In this latter embodiment, the surface covered with biofilm is sufficient to generate the desired activity, in particular in the case of oxidation of organic waste or of bio-electrochemical synthesis.
  • Electroactive microorganisms are typically anaerobic microorganisms. Microorganisms differ depending on the electrode on which they grow as a biofilm, and the characteristics of the electrolyte in which they are immersed. For example, when wastewater or bio-waste is injected into the anode electrolyte, there is a large population affiliated with the genus Geobacter. On the other hand, in a saline environment, other genera such as Geoalkalibacter or Desulforomonas can become dominant.
  • microorganisms when the microorganisms are located on the anode, we speak of anodic electroactive microorganisms, while when the microorganisms are located on the cathode, we speak of cathodic or electrotrophic electroactive microorganisms.
  • a first regeneration step comprising one of the actions I or II, is insufficient for restoring the nominal operation of the electrolyser
  • these actions are followed by a second step including:
  • the electrochemical device can comprise several bio-anodes in the anode compartment.
  • the second bio-anode in the second regeneration step of one of the bio-anodes, called the first bio-anode, one of the bio-anodes, called the second bio-anode, serves as a secondary counter electrode.
  • said action I comprises a decrease in the ddp of between 10% and 70% of the value of the potential difference applied to the working electrode (bio-anode) and the cathode during the operation of the electrochemical device in electrolyser mode.
  • said action II comprises a reduction in the potential imposed on the working electrode (the bioanode) to be regenerated up to a potential imposed on the working electrode comprised between 0.05 V and -0.15 V relative to the reference electrode, said imposed potential being indicated relative to the standard hydrogen electrode (ESH).
  • ESH standard hydrogen electrode
  • the second step comprises the application of a negative potential difference (ddp) between the working electrode (bio-anode) and said second against electrode, until a reduction current of less than -1A / m2 is established on the bio-anode to be regenerated, which then operates temporarily as a cathode;
  • ddp negative potential difference
  • the second step comprises the application to the bio-anode to be regenerated of a potential less than or equal to -0.65 V / ESH leading to a reduction current of less than -1A / m 2 on said bio-anode to be regenerated.
  • the second step may include the application to the bio-anode to be regenerated of a potential of between -0.65 V / ESH and -1.7 V / ESH, intensifying the production of the hydrogen bubbles.
  • Such a process makes it possible to trigger the production of dihydrogen at the surface of the working electrode (bio-anode) to be treated and it has been found that this production of dihydrogen generates the formation of fine bubbles of this gas which make it possible to "Unhooking" impurities from the biofilm, as well as microorganisms from the outer layer of the biofilm covering said bioelectrode.
  • the hydrogen bubbles generated do not negatively impact the anaerobic medium in the anode compartment necessary for the oxidation of soluble organic materials from waste such as bio-waste hydrolysates.
  • This method can be applied for a short time, for example a minute, or a longer time if necessary.
  • the cathode of the electrochemical device is a bio-cathode.
  • the invention advantageously applies to bio-electrochemical synthesis devices comprising at least one bio-anode and one bio-cathode as described in patent application WO2016 / 051064.
  • the process described above aims to regenerate a bio-anode whose performance is degraded, but it is also possible to apply this process as a preventive measure, even before the performance of the electrochemical device begins to deteriorate.
  • the present invention also relates to the use of the regeneration method, as described above, of a working electrode of an electrochemical device operating in electrolyser mode for the regeneration of bio-anode immersed in an electrolyte supplied with carbon substrates organic.
  • Said organic carbon substrates can be organic waste chosen from: bio-waste hydrolysates, hydrolysed sludge from treatment plants, various organic liquid fractions from treatment plants, urban waste water after primary decantation, organic industrial effluents , effluents from the food industry, digestates from sewage treatment plants, or a mixture of several of these.
  • Figure 1 shows schematically an electrochemical laboratory device comprising a bio-anode and a bio-cathode
  • Figure 2 is a top perspective view of a pilot electrochemical device
  • FIG. 3 is a diagram showing the variation of the current density, as a function of time, of the device of FIG. 1 with change of anodic potential (black arrow);
  • FIG. 4 is a diagram showing the variation of the current density, as a function of time, of the device of FIG. 2 with change of anodic potential (black arrow).
  • the electrochemical device presented in FIG. 1, is an electrolyser 1 with double compartments comprising a bio-anode 3 and a bio-cathode 5.
  • the two anode 13 and cathode 15 compartments consist of 1.5 L glass containers. total volume separated by a cation exchange membrane 14 (MEC, Fumasep® FKE, Germany). The two compartments are closed by a cover and gas-tight.
  • the basic electrolyte 12A, 12C used is the synthetic medium for the BMP test (Biochemical Methane Potential ISO 1 1734).
  • Food bio-waste was used as the substrate for the anode compartment. It is composed of potatoes (8.1%), tomatoes (3.4%), ground beef (8.1%), milk powder (0.7%), dry cookies (4, 1%) and water (75.6%). After mixing all the fractions, the bio-waste is left to ferment for 5 days at 35 degrees C °. Thus, the composition of biowaste in volatile fatty acids (VFAs) is: lactic acid (55%), butyric acid (24%), propionic acid (10%), acetic acid (7%) , formic acid (3%) and valeric acid (1%). The bio-waste was centrifuged at 7000 g for 5 min to collect its liquid fraction (the supernatant). The average COD (chemical oxygen demand) of this fraction is around 100 g / L. The biowaste supernatant was injected into the anode compartment to have a COD of 2.5 g / L each time the substrate was fed.
  • VFAs volatile fatty acids
  • the basic material of the bio-anode is a piece of 4 cm * 4 cm of carbon fabric (Paxitech®, France) it is connected to the electrical circuit by a wire 23 of platinum.
  • the material of the bio-cathode is a stainless steel plate (Outokumpu®, 254 SMO) of 4 cm * 4 cm connected to the electrical circuit by a steel rod 25.
  • An ECS saturated calomel reference electrode is also present in the anode compartment 13. The bio-anode was used as working electrode and the bio-cathode as a counter-electrode.
  • Anode 3 is polarized at + 0.158 V relative to the ECS reference electrode by means of a potentiostat (BioLogic®, France, VMP3 not shown, controlled by EC-Lab software).
  • the most used method is to measure the maximum current density that it is capable of producing in the presence of an organic substrate.
  • the current density (A / m 2 ) at the bio-anode was thus monitored as a function of time in two electrochemical devices (see the curve in FIG. 3 showing the current density in solid lines for reactor No. 1 and in dotted lines for reactor No. 2).
  • FIG. 3 shows that the current density at the bio-anode drops sharply, despite regular substrate injections (thick white arrows).
  • the diagram in FIG. 3 shows a very marked increase in the current density, confirming the restoration of the activity at the bio-anode, and therefore the regeneration of the latter.
  • the bioelectrochemical reactor 20 shown diagrammatically in FIG. 2, was designed to mimic industrial conditions.
  • This electrolyser comprises three compartments separated by two ion exchange membranes: an anode compartment 43 which encloses two bio-anodes 32 and 33 (electrically connected to the outside of the reactor).
  • This compartment is separated by a cation exchange membrane, from an inter-membrane compartment 30 which is itself separated by a membrane.
  • anion exchanger of the cathode compartment 45 which encloses the bio-cathode 35.
  • the volumes of these three compartments are 5.25 L, 2 L and 5.25 L respectively.
  • the bio-cathode 35 is a granular electrode comprising carbon grains, housed in metal baskets themselves held in a metal frame.
  • the frame is connected to a current collector.
  • the bio-anodes 32, 33 each consist of a metal frame formed by two parallel parts which enclose between them two stainless steel grids housing between them a carbon fabric.
  • This carbon fabric can be in the form of a single element or in the form of an element of fabric strips.
  • bio-electrodes are connected to a potentiostat (BioLogic®, France, VMP3 not shown, controlled by the EC-Lab software), a potential difference of 1.1 V being imposed between the bio-anodes and the bio-cathode.
  • a potentiostat BioLogic®, France, VMP3 not shown, controlled by the EC-Lab software
  • Reference electrodes (Ag / AgCI) 36, 37 are present respectively in the anode 43 and cathode 45 compartments. In an industrial scale reactor, these reference electrodes may be absent.
  • the cathode electrolyte is the BMP medium modified with 30 g / L of NaHCC> 3 .
  • the basic anolyte is made up of 12.5 g / L Na 2 HPC> 4 .7H 2 0, 3 g / L KH 2 PO 4, 0.5 g / L NaCl, 1 g / L NH 4 CI and 30 g / L of NaHCOs.
  • the electrolyte of the inter-membrane compartment 30 is composed of 35 g / L of KCI and 32.6 g / L of KH2PO4.
  • Example 2 The same substrate as in Example 1 was introduced into the anode compartment.
  • the pH of the electrolyte in the anode compartment is maintained at 7 by automatic injection of a K2CO 3 solution.
  • Anodic 40 and / or cathodic 41 level regulation systems can be provided.
  • the overall activity decreases over time and becomes very low from the 15th day.
  • a regeneration treatment was then carried out by applying a potential of -1 V to the bioanode (dotted arrow) which caused the production of dihydrogen in the form of bubbles.
  • the curve in FIG. 4 shows a significant increase in the current density, proof of an in situ restoration of the activity at the bio-anode, and therefore of the regeneration of the latter.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

Procédé de régénération d'une électrode de travail d'un dispositif électrochimique fonctionnant en mode électrolyseur comportant une électrode de travail (bio-anode) recouverte d'un biofilm, une cathode et éventuellement une électrode de référence, une différence de potentiel (ddp) nominale positive étant appliquée, en fonctionnement nominal, soit entre la bio-anode et la cathode, soit entre la bio-anode et l'électrode de référence, caractérisé en ce qu'il comprend soit une diminution de la ddp d'au moins 10 % de ddp appliquée entre la bio-anode à régénérer et la cathode, en l'absence d'électrode de référence, soit une diminution du potentiel de travail imposé à l'électrode de travail (la bio-anode) à régénérer par rapport à l'électrode de référence d'au moins 0,05 V/ESH, permettant de restaurer le fonctionnement nominal de l'électrolyseur. La régénération peut être poursuivie par la production de H2 à la surface de la bionode en changeant sa polarité par insertion d'une contre-électrode dans le compartiment anodique de la bio-anode.

Description

Procédé de régénération in situ d’une bio-anode d’un dispositif de synthèse bioélectrochimique
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne les procédés d’électrolyse bio-électrochimiques, notamment les procédés mettant en oeuvre des électrodes appelées bio-électrodes au contact de microorganismes, et concerne plus particulièrement un procédé de régénération de ces bio-électrodes et son utilisation à partir de solutions renfermant des déchets organiques.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Ces procédés d’électrolyse bio-électrochimiques permettent notamment, à partir de solutions renfermant des déchets organiques, de produire des molécules d’intérêt telles que des acides organiques et/ou des alcools.
La demande de brevet WO2016/051064 décrit un dispositif bio-électrochimique, qui comporte à la fois une bio-anode et une bio-cathode, l’électrolyte du compartiment anodique ainsi que l’électrolyte du compartiment cathodique renfermant des microorganismes en suspension ou sous forme de biofilm(s). Dans ce dispositif, l’activité de la bio-cathode est optimisée en vue de la production d’espèces chimiques particulières dans l’électrolyte, tels que des acides acétique, lactique et/ou propionique ou des alcools. Ces synthèses de molécules organiques par voie microbienne sont réalisées grâce à des bactéries électro-actives présentes à la surface de l’électrode.
Un des problèmes actuels à résoudre est d’améliorer la fiabilité et durabilité de ces procédés bio-électrochimiques, en vue d’applications au stade industriel.
Plus particulièrement dans le procédé mentionné ci-dessus, l’objectif principal est d’augmenter la durabilité de la bio-anode. Il a en effet été constaté que l’activité de cette bio-anode diminue considérablement après quelques semaines de fonctionnement. Ce phénomène a été défini comme le « vieillissement » de la bio- anode, probablement dû à un colmatage du biofilm sur cette électrode. En effet, un biofilm composé de bactéries électro-actives (notamment du genre Geobacter ) est nécessaire pour le fonctionnement de la bio-anode. D’autres microorganismes non électro-actifs se développent également sur ce biofilm et inhibent ainsi son activité. Le dépôt de particules non-solubles aggrave encore cet effet.
Un but de l’invention est donc de proposer un moyen d’agir contre le « vieillissement » de cette bio-anode.
L’art antérieur donne des exemples de procédés de nettoyage des capteurs de mesure en contact avec des fluides biologiques, sujets à l’encrassement par formation d’un film bactérien. Ces procédés de nettoyage impliquent souvent de vider la cellule électrochimique pour laver ledit capteur par passage d’un fluide de nettoyage (solution aqueuse, organique ou gazeuse).
Une autre solution est présentée dans la demande de brevet WO 2014/108689 qui prévoit une étape de circulation d’air, selon un flux laminaire, après incorporation d’un échantillon à tester, dans la cellule de mesure à flux continu, afin de nettoyer la cellule et le capteur pendant le protocole de mesure.
Une telle solution, avec injection d’air, est tout à fait déconseillée pour les électrodes (notamment des bio-anodes) fonctionnant en milieu anaérobie, notamment dans les dispositifs de synthèse électrochimiques. Il n’est pas non plus possible de vider le compartiment anodique ou cathodique pour nettoyer l’électrode correspondante, ce qui interromprait le fonctionnement du dispositif électrochimique et nécessiterait une réadaptation des électrodes pour rétablir les microorganismes électro-actifs sur ces dernières.
Le document JP5924241 décrit un dispositif de mesure en continu de l’oxygène dissous dans l’eau au moyen d’une sonde placée dans une enveloppe cylindrique dans laquelle circule l’eau. Pour éviter les dépôts pouvant affecter la mesure de la sonde, un fort courant d’eau ascendant autour de la sonde est créé par l’injection de bulles d’air dans la partie supérieure de l’enveloppe, au-dessus de ladite sonde. Le document JPH0416746 décrit un système de nettoyage de sondes destinées à mesurer certains paramètres physicochimiques en continu dans les eaux usées, notamment la concentration en 02 dissous. Un système de bullage d’air permet de générer des courants afin de détacher les dépôts formés à la surface de la fenêtre de détection optique, qui altèrent la mesure par exemple de l’oxygène dissous. La génération de ces bulles s’effectue à l’intérieur de la cellule de mesure soit par l’introduction d’électrodes permettant l’électrolyse de l’eau, lesdites électrodes étant disposées respectivement de part et d’autre de la fenêtre de mesure à nettoyer, soit par l’introduction d’une résistance chauffante placée au-dessous de la fenêtre de mesure provoquant l’ébullition. De telles solutions ne sont pas non plus adaptables à des bio-anodes (un chauffage est à exclure pour ne pas détruire le biofilm actif et la génération d’oxygène par électrolyse est à éviter pour un fonctionnement en milieu anaérobie).
Les solutions de l’art antérieur ne sont nullement satisfaisantes, pour résoudre le vieillissement des bio-anodes qui provoque une réduction importante de la densité de courant, dans un procédé d’électrolyse bio-électrochimique.
BUTS DE L’INVENTION
Un premier but de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant, dans un procédé d’électrolyse bio-électrochimique, un moyen permettant de débarrasser la surface d’une bio-anode des impuretés ou microorganismes gênant ou inhibant son fonctionnement.
Un autre but de l’invention est de proposer un procédé de régénération de la surface de la bio-anode sans détruire totalement, c’est-à-dire en maintenant au moins en partie, le biofilm électro-actif présent sur cette surface.
Un autre but de l’invention est de proposer, un procédé de régénération de l’activité électrochimique d’une bio-électrode « vieillissante », sans introduire de moyens complexes dans le dispositif électrochimique, sans vider le compartiment anodique ni sans changer l'anode DESCRIPTION DE L’INVENTION
A cet effet la présente invention concerne un procédé de régénération d’une électrode de travail d’un dispositif électrochimique fonctionnant en mode électrolyseur comportant :
- au moins une électrode de travail, dénommée bio-anode, présentant une surface immergée dans un électrolyte renfermant des microorganismes électro-actifs dans un compartiment anodique, ladite bio-anode étant recouverte d’un biofilm,
- une contre électrode, dénommée cathode, plongeant dans un électrolyte d’un compartiment cathodique,
- et éventuellement une électrode de référence,
une différence de potentiel (ddp) nominale positive étant appliquée, en fonctionnement nominal, soit entre l’électrode de travail, correspondant à la bio-anode, et la contre électrode, correspondant à la cathode, soit entre l’électrode de travail et l’électrode de référence (correspondant à un potentiel imposé)
caractérisé en ce que le procédé de régénération de la bio-anode recouverte d’un biofilm comprend l’une des actions I ou II suivantes :
- Soit l’action I) : une étape de diminution de la ddp d’au moins 10 % de la valeur de la différence de potentiel appliquée entre l’électrode de travail, correspondant à la bio-anode à régénérer, et la contre électrode, dénommée contre-électrode primaire, lors du fonctionnement du dispositif électrochimique en mode électrolyseur ne faisant pas intervenir une électrode de référence,
- Soit l’action II) : lorsque le dispositif comprend une électrode de référence, une première étape de diminution du potentiel imposé à l’électrode de travail (la bio- anode) à régénérer d’au moins 0,05 V par rapport à l’électrode de référence, ledit potentiel imposé étant exprimé en Volt par rapport à l’électrode standard à hydrogène (ESH),
permettant de restaurer le fonctionnement nominal de l’électrolyseur. Les inventeurs ont en effet constaté que la diminution de la ddp d’au moins 10 % de la valeur de la différence de potentiel appliquée entre la bio-anode à régénérer et la cathode (ici contre électrode primaire) (action I) ou lorsque le dispositif comprend une électrode de référence, la diminution d’au moins 0,05 V /ESH du potentiel de travail imposé à la bio-anode à régénérer (action II) pouvait être suffisante pour régénérer la bio-anode et restaurer le fonctionnement nominal de l’électrolyseur. Au sens de l’invention, une « bio-électrode » (« bio-anode » ou « bio-cathode ») est une électrode recouverte au moins en partie d’un biofilm bactérien comprenant des organismes électro-actifs, c’est-à-dire recouverte au moins sur une partie de sa surface immergée dans l’électrolyte par un biofilm bactérien. Selon un mode de réalisation, la totalité de la surface immergée de la bio-électrode est recouverte de biofilm. Alternativement, selon un autre mode de réalisation, une partie seulement de la surface de la bio-électrode est recouverte de biofilm. Dans ce dernier mode de réalisation, la surface recouverte de biofilm est suffisante pour générer l’activité recherchée, notamment dans le cas d’une oxydation de déchets organiques ou d’une synthèse bio-électrochimique.
Les microorganismes électro-actifs sont typiquement des microorganismes anaérobies. Les microorganismes diffèrent en fonction de l’électrode sur laquelle ils se développent sous forme de biofilm, et des caractéristiques de l'électrolyte dans lequel ils sont immergés. Par exemple, lorsque des eaux usées ou des biodéchets sont injectés dans l'électrolyte anodique, on observe une population abondante affiliée au genre Geobacter. Par contre, dans un milieu salin, d'autres genres tels que Geoalkalibacter ou Desulforomonas peuvent devenir dominants. Ainsi, lorsque les micro-organismes sont situés sur l’anode, on parle de microorganismes électro-actifs anodiques, tandis que lorsque les micro-organismes sont situés sur la cathode, on parle de microorganismes électro-actifs cathodiques ou électrotrophes.
Selon un mode de réalisation de l’invention, lorsqu'une la première étape de régénération, comprenant l’une des actions I ou II, est insuffisante pour la restauration du fonctionnement nominal de l’électrolyseur, ces actions sont suivies d’une seconde étape comprenant :
- l’introduction dans le compartiment anodique d’une contre-électrode secondaire, ou la connexion d'une électrode secondaire déjà en place dans le compartiment anodique, ou la connexion d'une surface conductrice déjà présente dans le compartiment anodique en contact avec l'électrolyte jouant alors le rôle d'électrode secondaire,
- la déconnection de la contre-électrode primaire (la cathode initiale), - puis une diminution de la différence de potentiel dans le cas de l'action I, ou du potentiel imposé dans le cas de l'action II, entre la bio-anode à régénérer et la contre électrode secondaire jusqu'à l'apparition d'un courant de réduction sur la bio-anode à régénérer, cette dernière fonctionnant alors temporairement en mode cathode, ce fonctionnement conduisant temporairement à l'apparition de bulles d'hydrogène sur la bio-anode à régénérer, lesdites bulles permettant un "décrochage" du biofilm de la bio-anode à régénérer.
Selon un mode de réalisation particulier du procédé selon l’invention, le dispositif électrochimique peut comprendre plusieurs bio-anodes dans le compartiment anodique. Dans ce cas, dans la seconde étape de régénération d’une des bio-anodes, dénommée première bio-anode, l’une des bio-anodes, dénommée seconde bio-anode, sert de contre-électrode secondaire.
De manière préférée, dans la première étape de régénération :
-soit ladite action I comprend une diminution de la ddp comprise entre 10 % et 70 % de la valeur de la différence de potentiel appliquée l’électrode de travail (bio-anode) et la cathode lors du fonctionnement du dispositif électrochimique en mode électrolyseur.
-soit ladite action II, dans la première étape de régénération, ladite action II comprend une diminution du potentiel imposé à l’électrode de travail (la bio- anode) à régénérer jusqu’à un potentiel imposé à l'électrode de travail compris entre 0,05 V et -0,15 V par rapport à l’électrode de référence, ledit potentiel imposé étant indiqué par rapport à l’électrode standard à hydrogène (ESH).
De manière préférée, lorsque la seconde étape de régénération est mise en oeuvre :
- dans le cas d’un dispositif électrochimique ne faisant pas intervenir une électrode de référence, la seconde étape comprend l’application d’une différence de potentiel (ddp) négative entre l’électrode de travail (bio-anode) et ladite seconde contre électrode, jusqu’à l’établissement d’un courant de réduction inférieur à -1A/m2 sur la bio-anode à régénérer qui fonctionne alors temporairement en cathode ;
- dans le cas d’un dispositif électrochimique faisant intervenir une électrode de référence, la seconde étape comprend l’application à la bio-anode à régénérer d’un potentiel inférieur ou égal à -0,65 V/ESH conduisant à un courant de réduction inférieur à -1A/m2 sur ladite bio-anode à régénérer. En variante, la seconde étape peut comprendre l’application à la bio-anode à régénérer d’un potentiel compris entre -0,65V/ESH et -1 ,7 V /ESH, intensifiant la production des bulles d’hydrogène.
Un tel procédé permet de déclencher la production de dihydrogène au niveau de la surface de l’électrode de travail (bio-anode) à traiter et il a été constaté que cette production de dihydrogène génère la formation de fines bulles de ce gaz qui permettent de « décrocher » des impuretés du biofilm, ainsi que des microorganismes de la couche externe du biofilm recouvrant ladite bio-électrode.
Les bulles de dihydrogène générées n’impactent pas négativement le milieu anaérobie dans le compartiment anodique nécessaire à l'oxydation de matières organiques solubles issus de déchets tels que les hydrolysats de biodéchets.
Ce procédé peut être appliqué pendant une courte durée, par exemple une minute, ou une durée plus longue si nécessaire.
Une fraction des microorganismes électro-actifs restent néanmoins « accrochés » à ladite bio-électrode. Le biofilm électro-actif est ainsi en partie préservé, et peut à nouveau se développer sur les zones décolmatées à la surface de l'électrode, permettant la reprise du fonctionnement nominal du dispositif électrochimique.
Selon un mode de réalisation avantageux, la cathode du dispositif électrochimique est une bio-cathode. L’invention s’applique avantageusement aux dispositifs de synthèse bio-électrochimique comportant au moins une bio-anode et une bio-cathode tels que décrits dans la demande de brevet WO2016/051064.
Le procédé décrit ci-dessus vise à régénérer une bio-anode dont les performances sont dégradées, mais il est également possible d’appliquer ce procédé à titre préventif, avant même que des performances du dispositif électrochimique commencent à se dégrader. La présente invention concerne également l’utilisation du procédé de régénération, tel que décrit ci-dessus, d’une électrode de travail d’un dispositif électrochimique fonctionnant en mode électrolyseur à la régénération de bio-anode immergée dans un électrolyte alimenté en substrats carbonés organiques.
Plus particulièrement, il peut s’appliquer à la régénération d’une électrode de travail d’un dispositif électrochimique fonctionnant en mode électrolyseur à la régénération de bio-anode couplée à une bio-cathode d’un réacteur d’électrosynthèse microbienne, mettant en oeuvre des substrats carbonés organiques.
Lesdits substrats carbonés organiques peuvent être des déchets organiques choisis parmi : des hydrolysats de bio-déchets, des boues hydrolysées de stations d’épuration, différentes fractions liquides organiques de stations d’épuration, des eaux usées urbaines après décantation primaire, des effluents industriels organiques, des effluents d’industries agro-alimentaires, des digestats de stations d’épuration, ou un mélange de plusieurs de ceux-ci.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront dans la description ci-dessous d’exemples de réalisation, non limitatifs, en référence aux schémas annexés, dans lesquels :
La figure 1 schématise un dispositif électrochimique de laboratoire comportant une bio- anode et une bio-cathode ;
La figure 2 est une vue de dessus en perspective d’un dispositif électrochimique pilote ;
La figure 3 est un diagramme présentant la variation de la densité de courant, en fonction du temps, du dispositif de la figure 1 avec changement de potentiel anodique (flèche noire) ;
La figure 4 est un diagramme présentant la variation de la densité de courant, en fonction du temps, du dispositif de la figure 2 avec changement de potentiel anodique (flèche noire). EXEMPLES
Exemple 1
Le dispositif électrochimique, présenté à la figure 1 , est un électrolyseur 1 à double compartiments comportant une bio-anode 3 et une bio-cathode 5. Les deux compartiments anodique 13 et cathodique 15 sont constitués de récipients en verre de 1 ,5 L de volume total séparés par une membrane 14 échangeuse de cations (MEC, Fumasep® FKE, Germany). Les deux compartiments sont fermés par un couvercle et étanches au gaz.
L’électrolyte de base 12A, 12C utilisé est le milieu synthétique du test de BMP (Biochemical Methane Potential ISO 1 1734).
Substrat
Un bio-déchet de produits alimentaires a été utilisé en tant que substrat du compartiment anodique. Il est composé de pommes de terre (8,1 %), de tomates (3,4%), de steak haché (8,1 %), de poudre de lait (0,7%), de biscuits secs (4,1 %) et d’eau (75,6%). Après le mélange de toutes les fractions, le biodéchet est laissé fermenter pendant 5 jours à 35 degrés C°. Ainsi, la composition du biodéchet en acides gras volatils (AGVs) est: l'acide lactique (55%), l'acide butyrique (24%), l'acide propionique (10%), l'acide acétique (7%), l'acide formique (3%) et l'acide valérique (1 %). Le biodéchet a été centrifugé à 7000 g pendant 5 min pour récolter sa fraction liquide (le surnageant). La DCO (demande chimique en oxygène) moyenne de cette fraction est d’environ 100 g/L. Le surnageant du biodéchet a été injecté dans le compartiment anodique pour avoir un DCO de 2,5 g/L à chaque alimentation en substrat.
Le matériau de base de la bio-anode est un morceau de 4 cm * 4 cm de tissu de carbone (Paxitech®, France) il est connecté au circuit électrique par un fil 23 de platine. Le matériau de la bio-cathode est une plaque d’acier inoxydable (Outokumpu®, 254 SMO) de 4 cm * 4 cm connectée au circuit électrique par une tige d’acier 25. Une électrode de référence au calomel saturée ECS est également présente dans le compartiment anodique 13. La bio-anode a été utilisée comme électrode de travail et la bio-cathode en tant que contre-électrode.
L’anode 3 est polarisée à +0,158 V par rapport à l’électrode de référence ECS au moyen d'un potentiostat (BioLogic®, France, VMP3 non représenté, piloté par le logiciel EC-Lab).
Afin de quantifier l’activité d’une bio-anode, la méthode la plus utilisée est de mesurer la densité de courant maximum qu’elle est capable de produire en présence d’un substrat organique. La densité de courant (A/m2) à la bio-anode a ainsi été suivie en fonction du temps dans deux dispositifs électrochimiques (voir la courbe de la figure 3 présentant la densité de courant en traits pleins pour le réacteur n°1 et en traits pointillés pour le réacteur n°2).
Après environ 30 jours de fonctionnement à cette différence de potentiel, le diagramme de la figure 3 montre que la densité de courant à la bio-anode chute fortement, malgré des injections de substrat régulières (flèches blanches épaisses).
Le potentiel imposé à la bio-anode du réacteur n°2 a été diminué à 90 jours jusqu’à une valeur de -0,2 V/ECS (correspondant à -0,04 V/ESH).
Le diagramme de la figure 3 montre alors une très nette augmentation de la densité de courant, confirmant la restauration de l’activité à la bio-anode, et donc la régénération de cette dernière.
Exemple 2
Le réacteur 20 bio-électrochimique schématisé à la figure 2, a été conçu pour mimer les conditions industrielles. Cet électrolyseur comprend trois compartiments séparés par deux membranes échangeuses d’ions : un compartiment anodique 43 qui enferme deux bio-anodes 32 et 33 (reliées électriquement à l'extérieur du réacteur). Ce compartiment est séparé par une membrane échangeuse de cations, d'un compartiment inter-membranaire 30 qui est lui-même séparé par une membrane i l
échangeuse d’anions du compartiment cathodique 45 qui enferme la bio-cathode 35. Les volumes de ces trois compartiments sont de 5,25 L, 2 L et 5,25 L respectivement.
La bio-cathode 35 est une électrode granulaire comprenant des grains de carbone, logés dans des paniers métalliques eux-mêmes maintenus dans un cadre métallique. Le cadre est connecté à un collecteur de courant. Les bio-anodes 32, 33 se composent chacune d'un cadre métallique formé de deux parties parallèles qui enserrent entre elles deux grilles inox logeant entre elles un tissu de carbone. Ce tissu de carbone peut se présenter sous la forme d'un élément unique ou sous la forme d'un élément de bandes de tissu.
Ces bio-électrodes sont connectées à un potentiostat (BioLogic®, France, VMP3 non représenté, piloté par le logiciel EC-Lab), une différence de potentiel de 1 ,1 V étant imposée entre les bio-anodes et la bio-cathode.
Des électrodes de référence (Ag/AgCI) 36, 37 sont présentes respectivement dans les compartiments anodique 43 et cathodique 45. Dans un réacteur à échelle industrielle, ces électrodes de référence peuvent être absentes.
L'électrolyte cathodique est le milieu BMP modifié avec 30 g/L de NaHCC>3. L’électrolyte anodique de base est composé de 12,5 g/L de Na2HPC>4.7H20, 3 g/L de KH2PO4, 0,5 g/L de NaCI, 1 g/L de NH4CI et 30 g/L de NaHCOs. L’électrolyte du compartiment inter-membranaire 30 est composé de 35 g/L de KCI et 32,6 g/L de KH2PO4.
Le même substrat que l’exemple 1 a été introduit dans le compartiment anodique.
Le pH de l’électrolyte du compartiment anodique est maintenu à 7 par injection automatique d'une solution de K2CO3. Des systèmes de régulation du niveau du liquide anodique 40 et/ou cathodique 41 peuvent être prévus. Malgré une alimentation quotidienne du compartiment anodique en substrat qui génère une légère augmentation de l’activité à la bio-anode (voir sur la figure 4 la densité de courant en A/m2), l’activité globale décroît dans le temps et devient très basse dès le 15e jour. A ce stade, a alors été réalisé un traitement de régénération par application d’un potentiel de -1 V à la bio-anode (flèche en pointillés) qui a provoqué la production de dihydrogène sous la forme de bulles.
La courbe de la figure 4 montre alors une augmentation sensible de la densité de courant, preuve d’une restauration in situ de l’activité à la bio-anode, et donc de la régénération de cette dernière.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de régénération d’une électrode de travail d’un dispositif (1 , 20) électrochimique fonctionnant en mode électrolyseur comportant :
- au moins une électrode de travail, dénommée bio-anode (3 ; 32, 33), présentant une surface immergée dans un électrolyte (12A) renfermant des microorganismes électro- actifs dans un compartiment anodique (13 ; 43), ladite bio-anode étant recouverte d’un biofilm,
- une contre électrode, dénommée cathode (5 ; 35), plongeant dans un électrolyte (12C) d’un compartiment cathodique (15 ; 45),
- et éventuellement une électrode de référence (ECS ; 36),
une différence de potentiel (ddp) nominale positive étant appliquée, en fonctionnement nominal, soit entre l’électrode de travail, correspondant à la bio-anode, et la contre électrode, correspondant à la cathode, soit entre l’électrode de travail et l’électrode de référence (correspondant à un potentiel imposé)
caractérisé en ce que le procédé de régénération de la bio-anode recouverte d’un biofilm comprend l’une des actions I ou II suivantes :
- Soit l’action I) : une étape de diminution de la ddp d’au moins 10 % de la valeur de la différence de potentiel appliquée entre l’électrode de travail, correspondant à la bio- anode à régénérer, et la contre électrode, dénommée contre-électrode primaire, lors du fonctionnement du dispositif électrochimique en mode électrolyseur ne faisant pas intervenir une électrode de référence,
- Soit l’action II) : lorsque le dispositif comprend une électrode de référence, une étape de diminution du potentiel imposé à l’électrode de travail (la bio-anode) à régénérer d’au moins 0,05 V par rapport à l’électrode de référence, ledit potentiel imposé étant indiqué par rapport à l’électrode standard à hydrogène (ESH),
permettant de restaurer le fonctionnement nominal de l’électrolyseur.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lorsqu'une première étape de régénération, comprenant l’une des actions I ou II, est insuffisante pour la restauration du fonctionnement nominal de l’électrolyseur, ces actions sont suivies d’une seconde étape comprenant :
- l’introduction dans le compartiment anodique (13 ; 43) d’une contre-électrode secondaire, ou la connexion d'une électrode secondaire déjà en place dans le compartiment anodique, ou la connexion d'une surface conductrice déjà présente dans le compartiment anodique en contact avec l'électrolyte jouant alors le rôle d'électrode secondaire,
- la déconnection de la contre-électrode primaire (la cathode initiale),
- puis une diminution de la différence de potentiel dans le cas de l'action I, ou du potentiel imposé dans le cas de l'action II, entre la bio-anode à régénérer et la contre électrode secondaire jusqu'à l'apparition d'un courant de réduction sur la bio-anode à régénérer, cette dernière fonctionnant alors temporairement en mode cathode, ce fonctionnement conduisant temporairement à l’apparition de bulles d’hydrogène sur la bio-anode à régénérer, lesdites bulles permettant un « décrochage » du biofilm de la bio-anode à régénérer.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif électrochimique comprend plusieurs bio-anodes (32, 33) dans le compartiment anodique (43), et dans la seconde étape de régénération d’une des bio-anodes, dénommée première bio- anode, l’une des bio-anodes, dénommée seconde bio-anode, sert de contre-électrode secondaire.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite action I comprend une diminution de la ddp comprise entre 10 % et 70 % de la valeur de la différence de potentiel appliquée entre l’électrode de travail (bio-anode) et la cathode lors du fonctionnement du dispositif électrochimique en mode électrolyseur.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que dans la première étape de régénération, ladite action II comprend une diminution du potentiel imposé à l’électrode de travail (la bio-anode) à régénérer jusqu’à un potentiel imposé à l'électrode de travail compris entre 0,05 V et -0,15 V par rapport à l’électrode de référence, ledit potentiel de travail étant exprimé en Volt par rapport à l’électrode standard à hydrogène (ESH).
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que, dans le cas d’un dispositif électrochimique ne faisant pas intervenir une électrode de référence, la seconde étape comprend l’application d’une différence de potentiel (ddp) négative entre l’électrode de travail (bio-anode) et ladite seconde contre électrode, jusqu’à l’établissement d’un courant inférieur à -1A/m2 sur la bio-anode à régénérer.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que, dans le cas d’un dispositif électrochimique faisant intervenir une électrode de référence (ECS ; 36), la seconde étape comprend l’application à la bio-anode à régénérer d’un potentiel inférieur ou égal à -0,65 V/ESH conduisant à un courant inférieur à -1A/m2 sur ladite bio-anode à régénérer.
8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que la seconde étape comprend l’application à la bio-anode à régénérer d’un potentiel compris entre -0,65 V/ESH et -
I ,7 V / ESH, intensifiant la production des bulles d’hydrogène.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cathode est une bio-cathode.
10. Utilisation du procédé de régénération selon l’une quelconque des revendications précédentes, d’une électrode de travail d’un dispositif électrochimique fonctionnant en mode électrolyseur à la régénération de bio-anode immergée dans un électrolyte alimenté en substrats carbonés organiques.
I I . Utilisation du procédé de régénération, selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, d’une électrode de travail d’un dispositif électrochimique fonctionnant en mode électrolyseur à la régénération de bio-anode couplée à une bio-cathode d’un réacteur d’électrosynthèse microbienne, mettant en oeuvre des substrats carbonés organiques.
12. Utilisation selon l’une des revendications 10 ou 11 , dans laquelle les substrats carbonés organiques sont des déchets organiques choisis parmi : des hydrolysats de bio-déchets, des boues hydrolysées de stations d’épuration, différentes fractions liquides organiques de stations d’épuration, des eaux usées urbaines après décantation primaire, des effluents industriels organiques, des effluents d’industries agro-alimentaires, des digestats de stations d’épuration, ou un mélange de plusieurs de ceux-ci.
PCT/FR2019/052109 2018-09-13 2019-09-12 Procédé de régénération in situ d'une bio-anode d'un dispositif de synthèse bio-électrochimique Ceased WO2020053528A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1858238A FR3085969B1 (fr) 2018-09-13 2018-09-13 Procede de regeneration in situ d'une bio-anode d'un dispositif de synthese bio-electrochimique
FR1858238 2018-09-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020053528A1 true WO2020053528A1 (fr) 2020-03-19

Family

ID=65243728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2019/052109 Ceased WO2020053528A1 (fr) 2018-09-13 2019-09-12 Procédé de régénération in situ d'une bio-anode d'un dispositif de synthèse bio-électrochimique

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3085969B1 (fr)
WO (1) WO2020053528A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115557595A (zh) * 2022-10-10 2023-01-03 浙江工商大学 一种高盐废水生物强化处理的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2033428A (en) * 1978-08-15 1980-05-21 Nat Res Dev Enzymatic Processes
JPS5924241B2 (ja) 1978-08-11 1984-06-08 マツダ株式会社 ロ−タリピストンエンジンにおけるサイドハウジングとサイドシ−ルの組み合せ
JPH0416746A (ja) 1990-05-11 1992-01-21 Meidensha Corp 気泡洗浄装置
US20030205458A1 (en) * 1996-06-06 2003-11-06 Sukomal Roychowdhury Process for production of hydrogen from anaerobically decomposed organic materials
FR2843490A1 (fr) * 2002-08-06 2004-02-13 Centre Nat Rech Scient Pile a combustible utilisant des biofilms en tant que catalyseur de la reaction cathodique et/ou de la reaction anodique
WO2014108689A1 (fr) 2013-01-10 2014-07-17 Vantix Holdings Limited Rinçage à l'air de système de détection électrochimique
WO2016051064A1 (fr) 2014-09-30 2016-04-07 Institut National De Recherche En Sciences Et Technologies Pour L'environnement Et L'agriculture (Irstea) Procede et dispositif de regulation de l'activite d'un systeme bioelectrochimique comportant a la fois une bioanode et une biocathode

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5924241B2 (ja) 1978-08-11 1984-06-08 マツダ株式会社 ロ−タリピストンエンジンにおけるサイドハウジングとサイドシ−ルの組み合せ
GB2033428A (en) * 1978-08-15 1980-05-21 Nat Res Dev Enzymatic Processes
JPH0416746A (ja) 1990-05-11 1992-01-21 Meidensha Corp 気泡洗浄装置
US20030205458A1 (en) * 1996-06-06 2003-11-06 Sukomal Roychowdhury Process for production of hydrogen from anaerobically decomposed organic materials
FR2843490A1 (fr) * 2002-08-06 2004-02-13 Centre Nat Rech Scient Pile a combustible utilisant des biofilms en tant que catalyseur de la reaction cathodique et/ou de la reaction anodique
WO2014108689A1 (fr) 2013-01-10 2014-07-17 Vantix Holdings Limited Rinçage à l'air de système de détection électrochimique
WO2016051064A1 (fr) 2014-09-30 2016-04-07 Institut National De Recherche En Sciences Et Technologies Pour L'environnement Et L'agriculture (Irstea) Procede et dispositif de regulation de l'activite d'un systeme bioelectrochimique comportant a la fois une bioanode et une biocathode

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LORI ZACHAROFF ET AL: "Reduction of low potential electron acceptors requires the CbcL inner membrane cytochrome of Geobacter sulfurreducens", BIOELECTROCHEMISTRY, vol. 107, 5 September 2015 (2015-09-05), NL, pages 7 - 13, XP055585706, ISSN: 1567-5394, DOI: 10.1016/j.bioelechem.2015.08.003 *
MARIANNA VILLANO ET AL: "Electrochemically assisted methane production in a biofilm reactor", JOURNAL OF POWER SOURCES, ELSEVIER SA, CH, vol. 196, no. 22, 5 July 2011 (2011-07-05), pages 9467 - 9472, XP028283674, ISSN: 0378-7753, [retrieved on 20110712], DOI: 10.1016/J.JPOWSOUR.2011.07.016 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115557595A (zh) * 2022-10-10 2023-01-03 浙江工商大学 一种高盐废水生物强化处理的方法
CN115557595B (zh) * 2022-10-10 2024-05-14 浙江工商大学 一种高盐废水生物强化处理的方法

Also Published As

Publication number Publication date
FR3085969A1 (fr) 2020-03-20
FR3085969B1 (fr) 2020-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Electrochemical and microbiological response of exoelectrogenic biofilm to polyethylene microplastics in water
EP3201374B1 (fr) Procédé et dispositif de régulation de l'activité d'un système bioélectrochimique comportant à la fois une bioanode et une biocathode
EP3850127B1 (fr) Réacteur bio-électrochimique à double bio-anode, procédé de régénération anodique et utilisation du réacteur à l'électrosynthèse microbienne
Sevda et al. Bioelectricity generation from treatment of petroleum refinery wastewater with simultaneous seawater desalination in microbial desalination cells
EP2379780B1 (fr) Nouveau procédé électrochimique pour la production d'hydrogène et dispositif pour sa mise en oeuvre
EP4039655A1 (fr) Réacteur permettant la filtration en continu d'un fluide en écoulement à travers un filtre et avec une régénération électrochimique in situ du filtre
WO2008012403A2 (fr) Dispositif d'electrolyse de l'eau
FR2982125A1 (fr) Installation et procede de mineralisation d'une boisson aqueuse
FR2931845A1 (fr) Production d'un biofilm sur une electrode pour biopile, electrode et biopile obtenues.
WO2020053528A1 (fr) Procédé de régénération in situ d'une bio-anode d'un dispositif de synthèse bio-électrochimique
Aleid et al. Biomass and domestic waste: a potential resource combination for bioenergy generation and water treatment via benthic microbial fuel cell
Sathyamoorthy et al. Sustainable energy production from food waste using microbial fuel cell (MFC)
FR2979356A1 (fr) Procede de reduction electrochimique du co2 catalysee par un biofilm electrochimiquement actif
EP0005297B1 (fr) Procédé et dispositif pour contrôler l'évolution de l'état de surface d'un élément métallique d'une installation contenant une phase ionique
EP3850126A1 (fr) Régénération d'une bio-électrode d'un dispositif bio-électrochimique - dispositif et procédé associé
FR2976296A1 (fr) Procede de traitement par percolation d'un element de feutre par electrodeposition
EP2242592A2 (fr) Procédé et équipement pour l'oxydation de matières organiques
Pletcher et al. Towards a microelectrode sensor for the determination of oxygen in waters
FR3045952A1 (fr) Pile a combustible microbienne a electrode revetue de nitrure de titane et ses utilisations
Wang et al. Evaluating Power Performance Of Microbial Fuel Cells Undertaken Limited Variations of Ocean Salinity Levels
FR3085971A1 (fr) Reacteur bio-electrochimique comportant une bio-anode et une anode abiotique et son utilisation pour l'electrosynthese microbienne
Abdelmohsen et al. Performance and fouling analysis of osmotic microbial fuel cells for simultaneous treatment of real wastewater and desalination of natural seawater
FR3045951A1 (fr) Pile a combustible microbienne a electrode revetue de nitrure de chrome et ses utilisations
CN117723728A (zh) 一种快速重启的生物毒性在线监测设备及方法
DE29910595U1 (de) Elektrochemischer Sensor zur Bestimmung der Anzahl und des physiologischen Aktivitätszustandes von Zellen oder Organismen, insbesondere Mikroorganismen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19787027

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19787027

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1