(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気透析スタックを用いて、アンモニウムイオンと、他のカチオンと、アニオンとを含む分離された嫌気性消化残渣から、アンモニア、１価の塩又はその両方を回収する方法であって、
前記電気透析スタックが、
アノードと、
カソードと、
１つ又はそれより多くの１価選択的カチオン交換メンブレンと、
１つ又はそれより多くのアニオン交換メンブレンと、
を含み、
前記１価選択的カチオン交換メンブレン及び前記アニオン交換メンブレンが、複数のセル区画が前記スタック内に規定されるように、前記アノードと前記カソードとの間に交互配置で配されており、
前記セル区画が、前記カソードとアニオン交換メンブレンとの間に規定されたカソードセル区画と、前記アノードと１価選択的カチオン交換メンブレンとの間に規定されたアノードセル区画と、各々が１価選択的カチオン交換メンブレンとその隣接するアニオン交換メンブレンとの間に規定された複数の希釈セル区画と、各々がアニオン交換メンブレンとその隣接する１価選択的カチオン交換メンブレンとの間に規定された複数の濃縮セル区画と、を含み、
前記方法が、
（ａ）前記希釈セル区画へ分離された嫌気性消化残渣流入液を供給するに際し、１価カチオンが前記カチオン交換メンブレンを通って、選択的に濃縮セル区画に移動して、アンモニウムイオン及び他の１価カチオンにおいて濃縮された濃縮ストリームを与え、多価カチオンが希釈セル区画中に選択的に保持されて、希釈ストリームを与えることと、
（ｂ）前記電気透析スタック中の多価カチオンの塩の沈殿が抑制されるように、前記希釈ストリームを、希釈流出液として前記電気透析スタックから排出することと、
（ｃ）前記濃縮ストリームを前記濃縮セル区画に戻して再循環させて、濃縮流出液中のアンモニウムイオン及び他の１価カチオンの濃度をさらに増加させることと、
（ｄ）前記濃縮ストリームを、濃縮流出液として前記電気透析スタックから排出することと、
（ｅ）前記濃縮流出液から１価カチオンの１種又はそれより多くの塩を回収することと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記濃縮流出液からアンモニアを回収することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記濃縮ストリームが１価カチオン及び１価アニオンにおいて濃縮されるように、前記１つ又はそれより多くのアニオン交換メンブレンが、１価選択的アニオン交換メンブレンである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記濃縮ストリームの一部を前記カソードセル区画に供給するに際し、アンモニウムイオンがカソードにおいて製造された水酸化物と反応して、カソードストリーム中でアンモニアを形成することと、前記カソードストリームからアンモニアを回収することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
カソードストリームに塩基を添加することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記分離された嫌気性消化残渣流入液が、カリウムイオンと、ナトリウムイオンと、塩化物イオンと、重炭酸イオンと、カルシウムイオンと、マグネシウムイオンと、サルフェートイオンと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記分離された嫌気性消化残渣流入液及び前記濃縮流出液が、カリウムイオンを含み、前記方法が、前記濃縮流出液からカリウムイオンを回収することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記分離された嫌気性消化残渣流入液及び前記濃縮流出液が、ホスフェートイオンを含み、前記方法が、前記濃縮流出液からホスフェートイオンを回収することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記分離された嫌気性消化残渣流入液及び前記濃縮流出液が、アンモニウム及び重炭酸イオンを含み、前記方法が、前記濃縮流出液から重炭酸アンモニウムを回収することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
重炭酸アンモニウムを回収することが、前記濃縮流出液を冷却して固体重炭酸アンモニウム沈殿を製造することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
重炭酸アンモニウムを回収することが、前記濃縮流出液を蒸留して重炭酸アンモニウムを気化させることと、気化された重炭酸アンモニウムを捕捉することと、捕捉された重炭酸アンモニウムを凝縮させることと、を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記濃縮流出液からアンモニウム塩及びアンモニアを回収することが、その後に前記濃縮流出液を前記濃縮セル区画に戻して再循環させることと、その後に前記濃縮流出液からイオンを回収することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記回収されたイオンが、カリウムイオンとホスフェートイオンとを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記分離された嫌気性消化残渣流入液が、公営の嫌気性消化槽からの消化残渣を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
アンモニウムイオンと、他のカチオンと、アニオンとを含む嫌気性消化残渣からアンモニアを回収する装置であって、
前記装置が、
（ａ）    アノードと、
カソードと、
１つ又はそれより多くの１価選択的カチオン交換メンブレンと、
１つ又はそれより多くのアニオン交換メンブレンと、
を含む、電気透析スタックであって、
前記１価選択的カチオン交換メンブレン及び前記アニオン交換メンブレンが、複数のセル区画が前記スタック内に規定されるように、前記アノードと前記カソードとの間に交互配置で配されており、
前記セル区画が、前記カソードとアニオン交換メンブレンとの間に規定されたカソードセル区画と、前記アノードと１価選択的カチオン交換メンブレンとの間に規定されたアノードセル区画と、各々が１価選択的カチオン交換メンブレンとその隣接するアニオン交換メンブレンとの間に規定された複数の希釈セル区画と、各々がアニオン交換メンブレンとその隣接する１価選択的カチオン交換メンブレンとの間に規定された複数の濃縮セル区画と、を含む、電気透析スタックと、
（ｂ）分離された嫌気性消化残渣流入液を前記希釈セル区画に供給するように構成された嫌気性消化残渣ソースと、
（ｃ）前記カソードセル区画から流出液を受け入れ、かつ、流出液からアンモニアを分離するように構成されたアンモニアセパレータと、
を含む、装置。
【請求項１６】
前記アンモニアセパレータが、アンモニアストリッピングカラムを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記１つ又はそれより多くのアニオン交換メンブレンが、１価選択的アニオン交換メンブレンを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記１つ又はそれより多くのアニオン交換メンブレンが、非価数選択的アニオン交換メンブレンを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
電気透析スタックを用いて、カチオンと、重炭酸アニオンと、他の１価アニオンと、多価アニオンとを含む、分離された嫌気性消化残渣からカチオン塩、１価アニオンの塩、又はその両方を回収する方法であって、
前記電気透析スタックが、
アノードと、
カソードと、
１つ又はそれより多くの１価選択的アニオン交換メンブレンと、
１つ又はそれより多くのカチオン交換メンブレンと、
を含み、
前記１価選択的アニオン交換メンブレン及び前記カチオン交換メンブレンが、複数のセル区画が前記スタック内に規定されるように、前記アノードと前記カソードとの間に交互配置で配されており、
前記セル区画が、前記カソードと１価選択的アニオン交換メンブレンとの間に規定されたカソードセル区画と、前記アノードとカチオン交換メンブレンとの間に規定されたアノードセル区画と、各々が１価選択的アニオン交換メンブレンとその隣接するカチオン交換メンブレンとの間に規定された複数の希釈セル区画と、各々がカチオン交換メンブレンとその隣接する１価選択的アニオン交換メンブレンとの間に規定された複数の濃縮セル区画と、を含み、
前記方法が、
（ａ）前記希釈セル区画へ分離された嫌気性消化残渣流入液を供給するに際し、重炭酸イオン及び他の１価アニオンが前記１価選択的アニオン交換メンブレンを通って、前記濃縮セル区画に選択的に移動して、重炭酸イオン及び他の１価アニオンにおいて濃縮された濃縮ストリームを与え、多価アニオンが前記希釈セル区画中に選択的に保持されて、希釈ストリームを与えることと、
（ｂ）前記希釈ストリームを、希釈流出液として前記電気透析スタックから排出することと、
（ｃ）前記濃縮ストリームの少なくとも１部をアノードセル区画に供給するに際し、前記重炭酸イオン濃度が酸性化を介して低減されて、低減した重炭酸イオン濃度を有するアノードセル流出液を与えることと、
（ｄ）前記アノードセル流出液を、前記電気透析スタックから排出することと、
（ｅ）前記アノードセル流出液からカチオン及び他の１価アニオンの１種又はそれより多くの塩を回収することと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本件は、２０１４年４月２４日に出願された米国仮特許出願第６１／９８３６１８号の優先権を主張し、その全体の内容は参照により本開示に組み入れられる。
【０００２】
背景
米国において、多量の窒素は、家庭や工場から集中型の廃水処理場へ送られる。生物学的栄養塩除去（ＢＮＲ）を実施する最新の廃水処理場を通過する多量の窒素は、意図的に硝化され、次いで脱窒され、気化されて、主として少量のＮ2Ｏを含む二窒素（Ｎ2）ガスとして大気中に放出されて、その処分をする。さらに、窒素の多くは固体として捕集され、嫌気的にアンモニウムのみの形へ消化され、その後更なる処理のために多量のフラックスへと希釈される。逆説的ではあるが、廃水処理場が窒素を希釈し、放出し、処分するのと当時に、肥料産業は、大きな努力と費用を伴って、肥料製造のためのハーバー・ボッシュ法により、天然ガスを用いて大気の窒素を固定している。
【０００３】
固体廃棄物の嫌気性消化は、廃水から分離された固体の量及び環境的影響を低減する方法として、より最近では、エネルギーを生成すること、動物飼養業、酪農及び食品加工施設におけるより広範な応用を得ることに関して最適化されたプロセスとして、廃水産業において長い間実施されてきた。嫌気性消化の間、微生物は有機物質をガス状の二酸化炭素及びメタンに転化する。アンモニウム、カリウム、一水素ホスフェート及び二水素ホスフェートの中で適した栄養イオンは、元の廃水よりはるかに高い濃度にて嫌気性消化において濃縮される。消化プロセスの嫌気的条件を優先することにより、窒素のアンモニウムからニトレートへの酸化が防止される。
【０００４】
試みは、電気透析を介して原廃水から窒素を回収することを行ってきた。具体的には、電気透析は、豚の肥料からアンモニアを回収するアプローチとして研究されている。例えば、Ｍｏｎｄｏｒら（２００８、２００９）は、アンモニアの回収及び濃縮のための逆浸透を伴って電気透析を用い、約１６ｇ／Ｌの最大全アンモニウム‐Ｎ濃度を見積もることを達成することができた。彼らは、長時間に亘る著しい堆積（炭酸カルシウム及びシリカコロイド状粒子）がイオン交換メンブレン上に形成され、イオン交換能は洗浄後に部分的にのみ回復することができ、電気透析システムの長期の使用を不可能にすることを見出した。Ｍｏｎｄｏｒ，Ｍ．、Ｍａｓｓｅ，Ｌ．、Ｉｐｐｅｒｓｉｅｌ，Ｄ．、Ｌａｍａｒｃｈｅ，Ｆ．及びＭａｓｓｅ，Ｄ．Ｉ．、２００８、Ｕｓｅ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  ｒｅｖｅｒｓｅ  ｏｓｍｏｓｉｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ａｎｄ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｍｍｏｎｉａ  ｆｒｏｍ  ｓｗｉｎｅ  ｍａｎｕｒｅ、Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ９９、第７３６３〜７３６８頁、及びＦｏｕｌｉｎｇ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ  ｕｓｅｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ａｎｄ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｍｍｏｎｉａ  ｆｒｏｍ  ｓｗｉｎｅ ｍａｎｕｒｅ、Ｍ．Ｍｏｎｄｏｒ、Ｄ．Ｉｐｐｅｒｓｉｅｌ、Ｆ．Ｌａｍａｒｃｈｅ、Ｌ．Ｍａｓｓｅ、Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１００（２００９）第５６６〜５７１頁。
【発明の概要】
【０００５】
一連の電気透析セルを含む電気透析スタックが提供される。電気透析スタックを組み入れた嫌気性消化装置、及び嫌気性消化残渣の分離された液（ｌｉｑｕｏｒ）中のアンモニウムを濃縮するための電気透析スタックの使用方法も提供される。最後に、市販用飼料製品を製造するために、電気透析スタックの濃縮された流出液からアンモニア及び一価塩を回収する方法が提供される。
【０００６】
電気透析スタックの１つの実施態様は、アノードと、カソードと、１つ又はそれより多くの一価選択的カチオン交換メンブレンと、１価選択的アニオン交換メンブレンであってよい１つ又はそれより多くのアニオン交換メンブレンとを含む。
【０００７】
１価選択的カチオン交換メンブレン及びアニオン交換メンブレンは、複数のセル区画がスタック内に規定されるように、アノードとカソードとの間に交互配置で配される。セル区画は、カソードとアニオン交換メンブレンとの間に規定されたカソードセル区画と、アノードと１価選択的カチオン交換メンブレンとの間に規定されたアノードセル区画と、各々が１価選択的カチオン交換メンブレンとその隣接するアニオン交換メンブレンとの間に規定された複数の希釈（ｄｉｌｕａｔｅ）セル区画と、各々がアニオン交換メンブレンとその隣接する１価選択的カチオン交換メンブレンとの間に規定された複数の濃縮セル区画と、を含む。
【０００８】
電気透析スタックを用いて、アンモニウムイオンと、他のカチオンと、アニオンとを含む嫌気性消化残渣の分離された液からアンモニウムを濃縮する方法の１つの実施態様は、希釈セル区画へ分離された嫌気性消化残渣流入液を供給するに際し、１価カチオンがカチオン交換メンブレンを通って、隣接する濃縮セル区画へ選択的に移動して、アンモニウムイオン及び他の１価カチオンにおいて濃縮された濃縮ストリームを与え、多価カチオンが希釈セル区画中に選択的に保持されて、希釈ストリームを与えることと、希釈ストリームを、希釈流出液として電気透析スタックから排出することと、濃縮ストリームの第一の部分を濃縮セル区画へ戻すことと、濃縮ストリームの第二の部分をカソードセル区画へ供給するに際し、アンモニウムイオンがカソードにおいて製造された水酸化物と反応して、カソードストリーム中でアンモニアを形成することと、カソードストリームからアンモニアを回収することと、濃縮ストリームを、濃縮流出液として電気透析スタックから排出して、アンモニア分離方法及び１価塩の回収方法によりさらに処理することと、を含む。濃縮ストリームにおいて回収された塩を濃縮する程度は、アンモニウム、カリウム及びナトリウムの重炭酸塩の溶解度により制限される。
【０００９】
アンモニウムイオンと、他のカチオンと、アニオンとを含む嫌気性消化残渣の分離された液からアンモニアを回収する装置の１つの実施態様は、上記の電気透析スタックと、分離された嫌気性消化残渣流入液を希釈セル区画に供給するように構成された嫌気性消化残渣ソースと、濃縮ストリームの一部をカソードセル区画に供給することと、カソードセル区画から流出液を受け入れ、かつ、流出液からアンモニアを分離するように構成されたアンモニアセパレータと、を含む。アンモニア分離は、冷却によるアンモニア、又は適切な酸（それぞれ硫酸、硝酸又はりん酸）の溶液にアンモニアストリームを通過させることによる硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム若しくはりん酸アンモニウムの回収を伴う濃縮流出液の空気又はスチーム散布を含んでよい。
【００１０】
アンモニウム塩を回収する装置の１つの実施態様は、固体重炭酸アンモニウム沈殿物を製造するための、アンモニウム及び重炭酸イオンの両方において濃縮された電気透析スタックの濃縮された流出液の冷却を含む。
【００１１】
別の実施態様は、環境温度に冷却した際に純粋な形態で回収される重炭酸アンモニウムを揮発させるための、５０〜８０℃における、アンモニウム及び重炭酸イオンの両方において濃縮された電気透析スタックの濃縮された流出液の低温蒸留を含む。
【００１２】
別の実施態様は、アンモニウム及びアンモニアが取り除かれた濃縮ストリームのある部分を濃縮ストリームに戻しての再循環、並びに電気透析装置により濃縮された、分離された嫌気性消化残渣におけるカリウム、ホスフェート及び他の所望のイオンの回収のための取り除かれたストリームの第二の部分の処理、を含む。
【００１３】
本発明の他の基本的な特徴及び利点は、以下の図面、詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を概観した当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の例示的な実施態様は、これ以降で添付の図面を参照して記載され、同様の数字は同様の要素を指す。
【図１】図１は、電気透析スタックにおいて処理されることのできる嫌気性消化残渣流入液の例を列記する表である。
【図２】図２Ａは、単相嫌気性消化装置の概略図である。図２Ｂは、多相嫌気性消化装置の概略図である。
【図３】図３は、一連の１価選択的カチオン交換メンブレン及び１価選択的アニオン交換メンブレンを含む電気透析スタックの概略図である。
【図４】図４は、電気透析スタックにおいて用いられるプロセスフローを示すプロセスフロー図である。
【図５】図５は、異なる初期重炭酸アンモニウム濃度を有する嫌気性消化残渣流入液に関する時間の関数としての濃縮ストリームの再循環における重炭酸アンモニウム濃度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
一連の電気透析セルを含む電気透析スタックが提供される。電気透析スタックを組み入れた嫌気性消化装置、及び嫌気性消化残渣の分離された液中のアンモニウムを濃縮するための電気透析スタックの使用方法も提供される。最後に、肥料等の市販用の製品を製造するために、電気透析スタックの濃縮された流出液からアンモニア及び１価塩を回収する方法が提供される。
【００１６】
電気透析スタックは、嫌気性消化残渣から窒素を回収する装置及び方法において用いられる。電気透析装置において、嫌気性消化残渣ソースは、分離された嫌気性消化残渣流入液を希釈セル区画に供給するように構成される。この分離された嫌気性消化残渣は、重力ベルト濃縮槽若しくはベルトプレスからのものを含むろ液、又は連続遠心分離により製造された遠心分離液であってよい。嫌気性消化残渣は、下水廃棄物、食品及び飲料加工廃棄物、工業処理廃棄物、肥料廃棄物、並びに食肉処理廃棄物を含む種々のソースから製造されてよい。したがって、単なる例として、分離された嫌気性消化残渣流入液は、公営の下水処理施設において用いられる嫌気性消化システム、肥料嫌気性消化槽、又は食品加工副生成物嫌気性消化槽からの嫌気性消化残渣を含んでよい。肥料ラグーンは、肥料固体が嫌気性条件下で分解する本質的に天然の嫌気性消化槽であり、肥料ラグーンの上澄み又はろ液は、この目的のために嫌気性消化残渣と考えられてよい。実質的に類似の消化物（ｄｉｇｅｓｔｓ）は、加えられた熱又は圧力を伴う酸又は塩基の適用により、有機固体から製造されてよい。図１は、本電気透析スタック及び方法を用いてアンモニア及び１価塩を回収することのできる嫌気性消化残渣ソースの５つの例を列記する。アルカリ性のｐＨ、及び各ソースからの消化残渣中に存在するイオンが与えられる。与えられる場合には、溶解イオン濃度はｍｇ／Ｌ、ｐｐｍである。
【００１７】
本装置における廃水ではなく消化残渣の使用は利点である。なぜならば、原廃水からの栄養の回収（起源にかかわらず）は、固体相中に存在するＮ、Ｐ及び他の栄養の高い濃度のために、実行可能でないからである。したがって、（生物学的、物理的若しくは化学的消化又はこれらの組み合わせによる）消化残渣に変換するための廃水ストリームの前処理及びコンディショニングは、それらを本装置及び方法による栄養回収に適したものにする。
【００１８】
図２Ａ及び２Ｂは、電気透析セルにおいて用いる嫌気性消化残渣を製造するのに用いることのできる１つ又はそれより多くの消化チャンバーを含む嫌気性消化装置の概略図である。図２Ａは、中温性嫌気性消化槽（一次スラッジ、廃水活性スラッジ又は両方がそこへ導入され、そこから嫌気性消化残渣が放出される）を含む単相中温性嫌気性消化装置を示す。この嫌気性消化残渣は、遠心分離機又は重力ベルト濃縮槽等の適切なセパレータを用いて、主として固体の部分（バイオ固体）及び主として液体の部分（例えば遠心分離液又はろ液）に分離することができる。消化残渣の液体部分は、次いで電気透析スタックのための流入液として用いることができる。図２Ｂは、一連の有機酸消化槽、好熱性消化槽及び中温性嫌気性消化槽を含む多相嫌気性消化装置を示す。この型の消化装置を用いることにより、嫌気性消化に含まれる幾つかの微生物プロセスに関する環境的条件を最適化し、それによって好熱相におけるメタンの製造を向上させ、低減された病原体含有量を含むバイオ固体を製造する。多相プロセスの鍵は、数日の保持時間で、中温の温度にて、酸発酵及び酢酸産生のプロセスにより、消化可能な炭水化物から低分子量の有機酸を製造する有機酸消化槽である。有機酸消化物は、次いでより高い温度及びｐＨにおいて、メタン生成の微生物プロセスがバイオガスの形態でメタンを製造する好熱性消化槽に移動する。図２Ａの単相嫌気性消化装置により製造された消化残渣のように、図２Ｂの多相消化装置の消化残渣は、主として固体の部分（バイオ固体）及び主として液体の部分に分離することができ、消化残渣の液体部分は、電気透析スタックのための流入液として用いることができる。または、多相システム中の上流消化槽の１つからの消化残渣の液体部分は抜き取られ、電気透析スタックのための流入液として用いることができる。
【００１９】
電気透析スタックは、１価選択的カチオン交換メンブレンを用いて、多価カチオンを区別しつつ（それは結果として希釈ストリーム中に保持される）、濃縮ストリームにおいてアンモニウムイオン及び他の１価カチオンを濃縮する。１価選択的カチオン交換メンブレンの使用は利点である。なぜならば、それはカルシウム及びマグネシウム等の低価数の多価カチオンの濃縮ストリーム中への移動を低減し、又は実質的に解消するからである。プロセスストリーム中の沈殿を形成する多価カチオンを含む嫌気性消化残渣流入液に関して、本スタックは、希釈ストリーム中に溶解したイオンを濃縮ストリーム（そこでは、それはメンブレン上及び電気透析スタック中に、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸アンモニウムマグネシウム及び他の望ましくない無機堆積物の沈殿を形成する）に移動させるよりもむしろ保持する。さらに、希釈ストリーム中のカルシウム及びマグネシウムの保持により、その電気透析を実施するのに必要な電流が減少し、その結果イオン原子価に基づいて区別しないカチオン交換メンブレンを用いるスタックよりも、よりエネルギー効率のよいスタックを与える。加えて、希釈ストリーム中の多価カチオン及びその対イオンの高い濃度を維持することにより、電気透析スタックは、イオン原子価に基づいて区別しないカチオン交換メンブレンを用いるスタックに対して、電気透析の過程の間、イオン消耗を低減する。結果として、本スタックは、より低い駆動電圧を必要とするため、電力消費が減少する。
【００２０】
電気透析スタックの幾つかの実施態様は、１価選択的アニオン交換メンブレンも用いる。これらの実施態様は、サルフェートイオン及びフメート又はフルベートなどの多価アニオン等の低価数多価アニオンの濃縮ストリームへの移動を低減し、又は実質的に解消することにより、スタックのエネルギー効率をさらに向上させてよい。さらに、１価選択的アニオン交換メンブレンが、そのような多価アニオンを区別するため、それは、存在する場合には、そのアニオンによるメンブレン汚染を大きく低減する。
【００２１】
１価選択的イオン交換メンブレンは、市販で入手可能であり、例えば、Ｎｅｏｓｅｐｔａ、Ａｓｔｏｍ  Ｃｏｒｐ．、Ｊａｐａｎ；Ｓｅｌｅｍｉｏｎ、ＡＧＣ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏ．、Ｊａｐａｎ；‐ＰＣ  Ｃｅｌｌ、Ｐｏｌｙｍｅｒｃｈｅｍｉｅ  Ａｌｔｍｅｉｅｒ  ＧｍｂＨ、Ｇｅｒｍａｎｙ；Ｉｏｎｉｃｓ、Ｉｎｃ．ＧＥ  Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ‐Ｗａｔｅｒ＆Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、ＵＳＡ；Ｕｌｔｒｅｘ、Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、Ｉｎｃ．、ＵＳＡから購入される。
【００２２】
図３は、１価選択的カチオン交換メンブレンと、アニオン交換メンブレンとを含む、電気透析スタックの１つの実施態様の概略図である。図に示されるように、電気透析スタックは、カソード１０２と、アノード１０４と、１つ又はそれより多くの１価選択的カチオン交換メンブレン１０６と、１つ又はそれより多くのアニオン交換メンブレン１０８と、を含む。説明の目的のために、この実施態様におけるアニオン性メンブレン１０８は、１価選択的アニオン交換メンブレンである。しかし、非選択的アニオン交換メンブレンを用いることもできる。１価選択的カチオン交換メンブレン１０６及び１価選択的アニオン交換メンブレン１０８は、カソード１０２とアノード１０４との間に交互に配される。アノード、カソード、及びイオン交換メンブレンは、スペーサー（示されていない）によりハウジング内に含まれる。スタック内では、カソードセル区画１１０は、カソード１０２とその隣接するアニオン交換メンブレン１０８との間で規定され、アノードセル区画１１４は、アノード１０４とその隣接するカチオン交換メンブレン１０６との間で規定される。複数の電気透析セル区画１１２ａ及び１１２ｂは、スタック中の隣接するカチオン及びアニオン交換メンブレンの間に規定される。
【００２３】
電気透析中、電位は、イオン性流入液に入れられたアノード及びカソードを横断して印加される。これにより、カソード及びアノードそれぞれに向けて、帯電したカチオン及びアニオンを移動させる。イオンの移動は、各々が、それぞれ１価カチオン又は１価アニオンのみ（又は実質的に、のみ）を通過させる１価選択的カチオン交換メンブレン及び１価選択的アニオン交換メンブレンによりさらに制御される。電気透析は、概して低い電圧（例えば２５ＶＤＣ以下の電圧）を用いて、流入液及び製造溶液により与えられた電気抵抗に対する電流を駆動する。電気透析を実行するのに要求される電力は、従来のソースにより、又は光電池、メタンを源とする発電機、若しくは他のソースから与えられることができる。
【００２４】
電気透析スタックを用いて嫌気性消化残渣から分離された液からアンモニア及び１価塩の形態で窒素を回収する方法に関するプロセスフローは、図３、及び図４のプロセスフロー図中の矢印により表される。分離された嫌気性消化残渣流入液１１６は、イオンが、メンブレン１０６及び１０８によりカチオン交換及びアニオン交換を受ける電気透析セル区画１１２ａの第一のサブセットに供給される。結果として、多価カチオン及び多価アニオンが、第一の一組の電気透析セル区画（希釈セル区画）１１２ａ中の製品ストリーム中に選択的に保持される一方、アンモニウムイオンを含む１価カチオン及び１価アニオンは、メンブレンを通過して第二の一組の電気透析セル区画（濃縮セル区画）１１２ｂの製品ストリームにおいて濃縮される。希釈セル区画１１２ａからの希釈流出液１１８は、さらなる処理及び／又は処分のためにスタックから排出される。濃縮セル区画１１２ｂから第一の部分１２０ａ及び第二の部分１２０ｂに濃縮流出液１２０を分離するパイプ又はチューブ等のチャンネルが与えられる。部分１２０ａは、濃縮セル区画１１２ｂに戻され、そこではそれはさらなる電気透析を受けて、１価カチオン及び１価アニオンのその濃縮をさらに高める。任意選択的に、流出液１２０の第二の部分１２０ｂは、アンモニウムイオンがアンモニアに転化されるカソードセル区画１１０に供給され、そこではアンモニウムイオンは、カソード１０２において製造される水酸化物イオンとの反応を通じて部分的に又は全体的にアンモニアに転化される。カソードセル区画１１０（カソード流出液）からの流出液１２２は、次いでスタックから排出され、回収されたアンモニアである。１価塩は、濃縮セル区画中の十分な再循環の後に１２０ａから回収されてよい。
【００２５】
濃縮セル区画からの濃縮流出液は、アンモニア及びアンモニウム回収、さらなる処理及び／又は廃棄のために、濃縮流出液をスタックから排出することができる点において、所望の１価イオン濃度が達成されるまで、複数回濃縮セル区画に戻して循環させることができる。マルチサイクル濃縮流出液製造との組み合わせでシングルサイクル希釈流出液製造を利用する方法の実施態様は、非常に高いイオン濃度を有する製品ストリーム（そこからイオンが連続的に除去されることができる）の連続的な製造を可能にする。単なる例として、電気透析法の幾つかの実施態様は、当初の分離された嫌気性消化残渣流入液のものより少なくとも１４００％高いアンモニウムイオン濃度を有する濃縮流出液を製造し、室温における重炭酸アンモニウムの溶解度により制約される１リットル当たり約２８０００ｍｇアンモニウム‐Ｎの濃度に到達する。
【００２６】
方法の幾つかの実施態様は、製品ストリーム中のｐＨを上昇させ、又は維持するために、濃縮ストリーム１２０ｂの一部をカソードセル区画１１０（カソードストリーム）に通過させる追加の工程を含む。製品ストリームのｐＨは、望ましくは９〜１０である。なぜならば、アルカリ性条件が、アンモニウムからアンモニアへの転化を促進するからである。しかし、本方法の利点は、アンモニウムイオンをアンモニアに転化する水の電気分解を介してカソードにおいて製造された水酸化物を利用することにより、そうでなければ要求される化学塩基の量が低減されることである。任意選択的に、追加の化学塩基が製品ストリーム１２２に添加されることにより、アンモニウムのアンモニアへの転化を完了させてよい。
【００２７】
図３に示されるプロセスの実施態様において、分離された嫌気性消化残渣流入液１１６は、アンモニウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、重炭酸イオン、塩化物イオン、一水素及び二水素ホスフェートイオン並びにサルフェートイオンを含む。結果として、希釈流出液は、ほとんど変化しない濃度のカルシウムイオン、マグネシウムイオン及びサルフェートイオンを有し、濃縮流出液１２０は、アンモニウムイオン、カリウムイオン、重炭酸イオン及び塩化物イオンにおいて濃縮され、カソード流出液１２２はアンモニアを含み、かつ、アンモニウムイオン、カリウムイオン、重炭酸イオン及び塩化物イオンにおいて濃縮される。しかし、分離された嫌気性消化残渣流入液のイオン含有量、ひいては各流出液のイオン含有量は、処理される嫌気性消化残渣のソース及び性質に依存する。特に、一水素ホスフェート（２価）及び二水素ホスフェート（１価）の形態のホスフェートイオンも、水のｐＨを反映する比において存在してよい。
【００２８】
非選択的アニオン交換メンブレン（すなわち、多価アニオンを選択的に区別しないアニオン交換メンブレン）を用いる電気透析スタックの実施態様において、流入液中の多価アニオンは、アニオン交換メンブレンを通過し、１価アニオンと共に濃縮ストリーム中で濃縮されることになる。係る実施態様は、望む場合には、濃縮ストリーム中のホスフェートイオン、一水素ホスフェート及び二水素ホスフェートの両方の濃度を許容する。
【００２９】
アルカリ性カソード流出液中のアンモニア及び１価塩は、種々のアンモニアのセパレータ及び分離技術を用いて流出液の他の成分から分離することができる。例えば、カソード流出液を、それが減圧又は空気若しくはスチームによる散布を受けて、液相から気相へアンモニアを移動させる、アンモニアストリッピングカラムを通過させることができる。気化されたアンモニアは、次いで冷却による濃縮又は硫酸、硝酸若しくはりん酸等の強酸を含む酸トラップにおける中和により回収されて、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム又はりん酸アンモニウムを製造することができる。アンモニアストリッピングの説明は、Ｍｏｎｄｏｒ，Ｍ．、Ｍａｓｓｅ，Ｌ．、Ｉｐｐｅｒｓｉｅｌ，Ｄ．、Ｌａｍａｒｃｈｅ，Ｆ．及びＭａｓｓｅ，Ｄ．Ｉ．、２００８、Ｕｓｅ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  ｒｅｖｅｒｓｅ  ｏｓｍｏｓｉｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ａｎｄ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｍｍｏｎｉａ  ｆｒｏｍ  ｓｗｉｎｅ  ｍａｎｕｒｅ、Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ９９、第７３６３〜７３６８頁、及び米国特許第２５１９４５１号において見ることができる。
【００３０】
カソード及び濃縮流出液からの重炭酸アンモニウム及び炭酸アンモニウムは、アンモニア及び二酸化炭素を分離する減圧蒸留塔を用いて流出液の熱分解蒸留（例えば５０〜８０℃において）を介して回収され、次いでアンモニアの濃縮をすることができる。このプロセスは、ＭｃＧｉｎｎｉｓ，Ｒ．Ｌ．、Ｈａｎｃｏｃｋ，Ｎ．Ｔ．、Ｎｏｗｏｓｉｅｌｓｋｉ‐Ｓｌｅｐｏｗｒｏｎ、及びＭ．Ｓ．，ＭｃＧｕｒｇａｎ、Ｇ．Ｄ．２０１３、Ｐｉｌｏｔ  ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＮＨ3／ＣＯ2  ｆｏｒｗａｒｄ  ｏｓｍｏｓｉｓ  ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｏｎ  ｈｉｇｈ  ｓａｌｉｎｉｔｙ  ｂｒｉｎｅｓ、Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ３１２：６７〜７４において、より詳細に記載される。
【００３１】
濃縮流出液からのアンモニア及びアンモニウム塩の回収の後に、カリウムイオン及びホスフェートイオン等の他のイオンは、濃縮流出液及び／又はカソード流出液から除去されることができる。例えば、ホスフェートイオンは、非選択的アニオン交換メンブレンが用いられる場合、電場に応答してアニオン交換メンブレンを横切るであろう。次いで多くの知られた技術によりホスフェートを濃縮ストリームから回収することができる。
【００３２】
本開示に記載される電気透析スタックは、単一ソースにおいて製造されてよい嫌気性消化残渣の体積を処理するように、単独で配置され、又はスケールに平行に複数スタックで配置されることができ、順番に、すなわち、各段階において、分離された嫌気性消化残渣からいっそう多くのアンモニウム、カリウム及びホスフェートを抽出する連続的な段階で配置されることができる。
【００３３】
上記で議論された電気透析スタックは、全て１価選択的カチオン交換メンブレンを含むが、電気透析スタックは、１価選択的アニオン交換メンブレンと組み合わせて非価数選択的カチオン交換メンブレンを含むこともできる。係るスタックは、メンブレン１０６が非価数選択的カチオン交換メンブレンであり、メンブレン１０８が１価選択的アニオン交換メンブレンであることを除いて、図３に示される電気透析スタックと同一の基本配置を有することができる。１価アニオンメンブレンは、１価アニオンのみ（又は実質的に１価アニオンのみ）を濃縮ストリームに通す。次いで、（例えば、アノードセル区画を通すことによる）濃縮ストリームの酸性化を、装置からの重炭酸をなくすために実施することができ、したがって炭酸塩を含まないが、塩化物、１価ホスフェート、ニトレート、及び他の１価イオン等の１価アニオンを含む種々のカチオンの塩がたくさん入った濃縮ストリームを製造する。これらのイオンは、沈殿、蒸留又は他の手段によりその種々の塩を分離するように、制御された形態で後に操作されることができる。
【００３４】
例
実験用の電気透析スタックは、１０個のＮｅｏｓｅｐｔａ  ＣＭＳ１価カチオン交換メンブレン、１０個のＮｅｏｓｅｐｔａ  ＡＣＳ１価アニオン交換メンブレン及び交互スリットを備える２２個のフロースペーサーから構成された。網目スクリーンが、メンブレンの近くの乱流及び対流輸送を増大させるように、各フロースペーサーの隙間に配された。電位は、各々２３２平方ｃｍの活性領域を有する２つの白金めっきチタン電極に取り付けられたＢＫ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ１７８８ＤＣパワーサプライにより印加された。Ｃｏｌｅ  Ｐａｒｍｅｒ７５３６‐０４  ４チャンネルポンプヘッドが取り付けられたＣｏｌｅ‐Ｐａｒｍｅｒ  Ｍａｓｔｅｒｆｌｅｘ７５２３‐２０ぜん動ポンプを用いて、１００〜１２００ｍＬ／分で試験された流速により、希釈、濃縮及び電極リンスストリームに溶液を送り込んだ。装置は、単一のパススルー、濃縮ストリームの再循環、及び溶液を節約する再循環／リミックスを含む幾つかの異なるフローパターンに適応するように設計された。
【００３５】
２０００ｐｐｍＮの重炭酸アンモニウム溶液は、制限電流密度に近い１．５又は２Ａの適用された電流により、３００ｍＬ／分の流速において単一パスモードで電気透析スタックを通して実行された。再循環された濃縮ストリームの濃度の増加（図５）は、グラブサンプルの比色アンモニア分析により検証された、インライン電気伝導性読み出しから算出された。最大所望溶液濃度（リットル当たり約２モル）は、２５℃における重炭酸アンモニウムの溶解度により設定される。
【００３６】
合成溶液は、１４３ｍＭの重炭酸アンモニウムと、１．９ｍＭの塩化マグネシウムと、１．３ｍＭのリン酸カリウムと、０．６ｍＭの硫酸カリウムと、５ｍＭの重炭酸カリウムと、５ｍＭの重炭酸ナトリウムとを含んで調製され、かつ、１４３ｍＭの重炭酸アンモニウムの濃縮ストリーム及び１４３ｍＭのカリウムニトレートの電極リンス溶液に対して、電気透析スタックの１価選択的容量を試験するために希釈ストリームに供給された。電気透析スタックの動作条件は、３００ｍＬ／分の流速と、１．２〜１．５Ａの電流を与える８〜１４Ｖの電圧掃引であった。グラブサンプルはＩＣＰ‐ＯＥＳにより分析され、マグネシウムは濃縮ストリームにおける検出限界未満であった。カリウムは、アンモニウムに対して１．８１の伝達比により好ましくは移動でき、ナトリウムはアンモニウムに対して０．５７の伝達比により少なくとも移動できることがわかった。加えて、濃縮ストリームにおいて検出された認識できるサルフェートはなかった。塩化物は、重炭酸塩に対して１．７９の伝達比により好ましくは移動できることがわかり、このｐＨにおいて、ホスフェートは重炭酸塩に対して０．２９の伝達比による低い移動性を有することが決定された。並列実験において、カルシウムの透過性は同様に検出限界未満であった。これらのデータは、１価選択的イオン交換メンブレンが、濃縮ストリーム中のカルシウム及びマグネシウムスケールの形成を防止するのに適していることを示す。
【００３７】
バッファリングされていないカリウムニトレートが、電極リンス溶液として上記の電気透析スタックのカソード及びアノードセルを通って３００ｍＬ／分にてくみ上げられた。カソードセルの定常状態ｐＨは、ｐＨ１１であり、アノードの定常状態ｐＨは３であった。カソードにおいて生成した塩基は、２３２平方ｃｍのカソードセルにおいて、１時間につきアンモニアに対して２５０ｍｇのアンモニウムを滴定するのに十分であった。
【００３８】
用語「例示的な」は、例（ｅｘａｍｐｌｅ）、例（ｉｎｓｔａｎｃｅ）、又は例（ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ）としての意味をもつように、本開示で用いられる。「例示的」として本開示に記載される任意の側面又は設計は、必ずしも他の側面又は設計を超える好ましい又は有利なものとして構成されるものではない。さらに、本開示の目的に関して、別段の特定がない限り、「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」は「１つ又はそれより多くの」を意味する。さらに、「及び」又は「又は」の使用は、別段の特定の示唆がない限り、「及び／又は」を含むことが意図される。
【００３９】
本発明の例示的な実施提要の前記の記載は、説明及び記述の目的に関して表されている。徹底的又は開示された正確な形態に本発明を制限することは意図されず、改変及び変更が上記の技術の観点から可能であり、または本発明の実施から得られてよい。実施態様は、本発明の原理を説明するために、また、当業者が種々の実施態様において、及び企図される特定の使用に適した種々の改変を伴って本発明を利用できるようにする本発明の実用的な用途として選択され、記載された。本発明の範囲は、本書に添付された特許請求の範囲及びその均等物により規定されることが意図される。
本開示には、以下に例示する実施形態も開示される。
［実施形態１］
電気透析スタックを用いて、アンモニウムイオンと、他のカチオンと、アニオンとを含む分離された嫌気性消化残渣から、アンモニア、１価の塩又はその両方を回収する方法であって、
前記電気透析スタックが、
アノードと、
カソードと、
１つ又はそれより多くの１価選択的カチオン交換メンブレンと、
１つ又はそれより多くのアニオン交換メンブレンと、
を含み、
前記１価選択的カチオン交換メンブレン及び前記アニオン交換メンブレンが、複数のセル区画が前記スタック内に規定されるように、前記アノードと前記カソードとの間に交互配置で配されており、
前記セル区画が、前記カソードとアニオン交換メンブレンとの間に規定されたカソードセル区画と、前記アノードと１価選択的カチオン交換メンブレンとの間に規定されたアノードセル区画と、各々が１価選択的カチオン交換メンブレンとその隣接するアニオン交換メンブレンとの間に規定された複数の希釈セル区画と、各々がアニオン交換メンブレンとその隣接する１価選択的カチオン交換メンブレンとの間に規定された複数の濃縮セル区画と、を含み、
前記方法が、
（ａ）前記希釈セル区画へ分離された嫌気性消化残渣流入液を供給するに際し、１価カチオンが前記カチオン交換メンブレンを通って、選択的に濃縮セル区画に移動して、アンモニウムイオン及び他の１価カチオンにおいて濃縮された濃縮ストリームを与え、多価カチオンが希釈セル区画中に選択的に保持されて、希釈ストリームを与えることと、
（ｂ）前記電気透析スタック中の多価カチオンの塩の沈殿が抑制されるように、前記希釈ストリームを、希釈流出液として前記電気透析スタックから排出することと、
（ｃ）前記濃縮ストリームを前記濃縮セル区画に戻して再循環させて、濃縮流出液中のアンモニウムイオン及び他の１価カチオンの濃度をさらに増加させることと、
（ｄ）前記濃縮ストリームを、濃縮流出液として前記電気透析スタックから排出することと、
（ｅ）前記濃縮流出液から１価カチオンの１種又はそれより多くの塩を回収することと、
を含む、方法。
［実施形態２］
前記濃縮流出液からアンモニアを回収することをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
［実施形態３］
前記濃縮ストリームが１価カチオン及び１価アニオンにおいて濃縮されるように、前記１つ又はそれより多くのアニオン交換メンブレンが、１価選択的アニオン交換メンブレンである、実施形態１に記載の方法。
［実施形態４］
前記濃縮ストリームの一部を前記カソードセル区画に供給するに際し、アンモニウムイオンがカソードにおいて製造された水酸化物と反応して、カソードストリーム中でアンモニアを形成することと、前記カソードストリームからアンモニアを回収することと、をさらに含む、実施形態１に記載の方法。
［実施形態５］
カソードストリームに塩基を添加することをさらに含む、実施形態４に記載の方法。
［実施形態６］
前記分離された嫌気性消化残渣流入液が、カリウムイオンと、ナトリウムイオンと、塩化物イオンと、重炭酸イオンと、カルシウムイオンと、マグネシウムイオンと、サルフェートイオンと、を含む、実施形態１に記載の方法。
［実施形態７］
前記分離された嫌気性消化残渣流入液及び前記濃縮流出液が、カリウムイオンを含み、前記方法が、前記濃縮流出液からカリウムイオンを回収することをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
［実施形態８］
前記分離された嫌気性消化残渣流入液及び前記濃縮流出液が、ホスフェートイオンを含み、前記方法が、前記濃縮流出液からホスフェートイオンを回収することをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
［実施形態９］
前記分離された嫌気性消化残渣流入液及び前記濃縮流出液が、アンモニウム及び重炭酸イオンを含み、前記方法が、前記濃縮流出液から重炭酸アンモニウムを回収することをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
［実施形態１０］
重炭酸アンモニウムを回収することが、前記濃縮流出液を冷却して固体重炭酸アンモニウム沈殿を製造することを含む、実施形態９に記載の方法。
［実施形態１１］
重炭酸アンモニウムを回収することが、前記濃縮流出液を蒸留して重炭酸アンモニウムを気化させることと、気化された重炭酸アンモニウムを捕捉することと、捕捉された重炭酸アンモニウムを凝縮させることと、を含む、実施形態９に記載の方法。
［実施形態１２］
前記濃縮流出液からアンモニウム塩及びアンモニアを回収することが、その後に前記濃縮流出液を前記濃縮セル区画に戻して再循環させることと、その後に前記濃縮流出液からイオンを回収することと、をさらに含む、実施形態１に記載の方法。
［実施形態１３］
前記回収されたイオンが、カリウムイオンとホスフェートイオンとを含む、実施形態１２に記載の方法。
［実施形態１４］
前記分離された嫌気性消化残渣流入液が、公営の嫌気性消化槽からの消化残渣を含む、実施形態１に記載の方法。
［実施形態１５］
前記分離された嫌気性消化残渣流入液が、肥料ラグーンからの嫌気性消化残渣を含む、実施形態１に記載の方法。
［実施形態１６］
アンモニウムイオンと、他のカチオンと、アニオンとを含む嫌気性消化残渣からアンモニアを回収する装置であって、
前記装置が、
（ａ）    アノードと、
カソードと、
１つ又はそれより多くの１価選択的カチオン交換メンブレンと、
１つ又はそれより多くのアニオン交換メンブレンと、
を含む、電気透析スタックであって、
前記１価選択的カチオン交換メンブレン及び前記アニオン交換メンブレンが、複数のセル区画が前記スタック内に規定されるように、前記アノードと前記カソードとの間に交互配置で配されており、
前記セル区画が、前記カソードとアニオン交換メンブレンとの間に規定されたカソードセル区画と、前記アノードと１価選択的カチオン交換メンブレンとの間に規定されたアノードセル区画と、各々が１価選択的カチオン交換メンブレンとその隣接するアニオン交換メンブレンとの間に規定された複数の希釈セル区画と、各々がアニオン交換メンブレンとその隣接する１価選択的カチオン交換メンブレンとの間に規定された複数の濃縮セル区画と、を含む、電気透析スタックと、
（ｂ）分離された嫌気性消化残渣流入液を前記希釈セル区画に供給するように構成された嫌気性消化残渣ソースと、
（ｃ）前記カソードセル区画から流出液を受け入れ、かつ、流出液からアンモニアを分離するように構成されたアンモニアセパレータと、
を含む、装置。
［実施形態１７］
前記アンモニアセパレータが、アンモニアストリッピングカラムを含む、実施形態１６に記載の装置。
［実施形態１８］
前記１つ又はそれより多くのアニオン交換メンブレンが、１価選択的アニオン交換メンブレンを含む、実施形態１６に記載の装置。
［実施形態１９］
前記１つ又はそれより多くのアニオン交換メンブレンが、非価数選択的アニオン交換メンブレンを含む、実施形態１６に記載の装置。
［実施形態２０］
電気透析スタックを用いて、カチオンと、重炭酸アニオンと、他の１価アニオンと、多価アニオンとを含む、分離された嫌気性消化残渣からカチオン塩、１価アニオンの塩、又はその両方を回収する方法であって、
前記電気透析スタックが、
アノードと、
カソードと、
１つ又はそれより多くの１価選択的アニオン交換メンブレンと、
１つ又はそれより多くのカチオン交換メンブレンと、
を含み、
前記１価選択的アニオン交換メンブレン及び前記カチオン交換メンブレンが、複数のセル区画が前記スタック内に規定されるように、前記アノードと前記カソードとの間に交互配置で配されており、
前記セル区画が、前記カソードと１価選択的アニオン交換メンブレンとの間に規定されたカソードセル区画と、前記アノードとカチオン交換メンブレンとの間に規定されたアノードセル区画と、各々が１価選択的アニオン交換メンブレンとその隣接するカチオン交換メンブレンとの間に規定された複数の希釈セル区画と、各々がカチオン交換メンブレンとその隣接する１価選択的アニオン交換メンブレンとの間に規定された複数の濃縮セル区画と、を含み、
前記方法が、
（ａ）前記希釈セル区画へ分離された嫌気性消化残渣流入液を供給するに際し、重炭酸イオン及び他の１価アニオンが前記１価選択的アニオン交換メンブレンを通って、前記濃縮セル区画に選択的に移動して、重炭酸イオン及び他の１価アニオンにおいて濃縮された濃縮ストリームを与え、多価アニオンが前記希釈セル区画中に選択的に保持されて、希釈ストリームを与えることと、
（ｂ）前記希釈ストリームを、希釈流出液として前記電気透析スタックから排出することと、
（ｃ）前記濃縮ストリームの少なくとも１部をアノードセル区画に供給するに際し、前記重炭酸イオン濃度が酸性化を介して低減されて、低減した重炭酸イオン濃度を有するアノードセル流出液を与えることと、
（ｄ）前記アノードセル流出液を、前記電気透析スタックから排出することと、
（ｅ）前記アノードセル流出液からカチオン及び他の１価アニオンの１種又はそれより多くの塩を回収することと、
を含む、方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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