پژوهش های کاربردی مهندسی آب

پژوهش های کاربردی مهندسی آب

بررسی اثر میزان دبی ورودی برعملکرد پیل سوختی میکروبی در تولید انرژی پاک و تصفیه پساب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
نوشین بیرجندی
گروه علوم و مهندسی محیط زیست ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران
10.22034/arwe.2025.2056100.1039
چکیده
پیل‌های سوختی میکروبی (MFCs) مبدل‌های الکترو‌شیمیایی هستند که قادرند انرژی موجود در باندهای شیمیایی ترکیبات آلی را با عمل کاتالیستی میکروارگانیزم‌ها به انرژی الکتریکی تبدیل کنند. یکی از پارامترهای مهم در جهت افزایش راندمان خروجی پیل، میزان بهینه دبی ورودی می‌باشد. در این مطالعه، تاثیر میزان جریان عبوری از محفظه آند بر عملکرد MFC در تولید انرژی پاک و حذف آلاینده‌ها بررسی شد. MFC دو محفظه‌ای که توسط غشای نفیون از یکدیگر جدا شده بودند با جریان پیوسته به مدت 2 ماه در دمای محیط و در میزان نرخ جریان آنولیت متفاوت توسط پمپ پریستالتیک راهبری شد. شدت جریان، ولتاژ و توان تولیدی به عنوان انرژی پاک با استفاده از دستگاه دیتالاگر سنجیده شد، هم‌چنین میزان حذف آلاینده‌ها با استفاده از روش‌های استاندارد آب و پساب مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق با افزایش شدت جریان ورودی از ml/h 1/0 به 6/1 میزان توان تولیدی از mW/m2 05/95 به 13/366 و میزان ولتاژ از mV 627 به 844 افزایش یافت در حالی که میزان حذف COD از 75 به 31 درصد کاهش یافت. هم‌چنین حداکثر توان تولیدی در نسبت F:M برابر mg COD/mg MLSS. d 584/0 و میزان تجزیه ماده آلی g COD/l. d 81/1 به دست آمد. به علاوه میزان تغییرات pH در شدت جریان بالا به دلیل فعالیت کم میکروارگانیسم‌ها، کم‌تر بود. نتایج به دست آمده نشان داد پیل سوختی میکروبی می‌تواند به عنوان یک تکنولوژی مقرون به صرفه برای تولید انرژی پاک از مواد آلی تجدید پذیر و حذف آلاینده‌ها مورد استفاده قرار گیرد
کلیدواژه‌ها
انرژی پاک
پیل سوختی میکروبی
تصفیه پساب
توان تولیدی
نرخ جریان عبوری
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of input flow rate intensity in electricity production and wastewater treatment in microbial fuel cell

نویسنده English

Noushin Birjandi
Department of engineering and science environmental, faculty of natural resources,, lorestan university, khorramabad, iran
چکیده English

Microbial fuel cells (MFCs) are electrochemical convertors that can convert chemical energy of organic matters with catalytic microorganisms to electrical energy. One of the important factors for increasing the efficiency of the cell output is the optimal input flow rate. In this study , the effect of flow rate from the anode chamber in herbal medicine wastewater treatment and using of it as the organic matter to produce electricity was investigated in the MFC. This procedural system contained a dual-chamber MFC with Nafion membrane as a separator and equipped with an Fe@Fe2O3/graphite as catalysy in electrode. The dual chamber MFC with continuous flow was used for 2 months at ambient temperature and different flow rate of anolyte. With increasing input flow rate from 0.1 to 1.6 ml/min, power density and voltage input increased from 95.05 to 366.13 mW/m2 and 627 to 844 V, repectively, while the removal of COD decreased from 75% to 31%. Also, the maximum produced power was obtained in substrate degradation rate of 1.81 g COD/l.d and F:M 0.584 mg COD/mg MLSS.d. In addition, the changes of pH was lower in high flow rate due to low activity of microorganisms The results show that microbial fuel cell can be used as a cost-effective technology for herbal medicine wastewater treatment and production of electricity simultaneously

کلیدواژه‌ها English

Clean energy
Flow rate
Microbial fuel cell
Power generation
Wastewater treatment
Ahn, Y., & Logan, B. E. (2010). Effectiveness of domestic wastewater treatment using microbial fuel cells at ambient and mesophilic temperatures. Bioresource technology, 101 (2), 469-475.
Aldrovandi, A., Marsili, E., Stante L., Paganin P., Tabacchioni S. & Giordano A. (2009). Sustainable power production in a membrane-less and mediator-less synthetic wastewater microbial fuel cell. Bioresource technology, 100 (13), 3252-3260.
APHA. (1998). Standard Methods for the examination of water and wastewater. American Public Health Associoation, Washington USA."
Daniel, D. K., Das Mankidy, B., Ambarish, K., & Manogari, R. (2009). Construction and operation of a microbial fuel cell for electricity generation from wastewater. International journal of hydrogen energy, 34 (17), 7555-7560.
Das, I., Das, S. & Ghangrekar, M. (2020). Application of bimetallic low-cost CuZn as oxygen reduction cathode catalyst in lab-scale and field-scale microbial fuel cell. Chemical Physics Letters, 751, 137536.
Dentel, S., Strogen, B., & Chiu, P. (2004). Direct generation of electricity from sludges and other liquid wastes. Water Science & Technology, 50 (9), 161-168.
Du, Z., Li, H., & Gu, T. (2007). A state of the art review on microbial fuel cells: a promising technology for wastewater treatment and bioenergy. Biotechnology advances, 25 (5), 464-482.
Ghangrekar, M. M., & Shinde, V. B. (2007). Performance of membrane-less microbial fuel cell treating wastewater and effect of electrode distance and area on electricity production. Bioresource Technology, 98 (15), 2879-2885.
Gil, G. C., Chang I. S., Kim, B. H., Kim, M., Jang, J. K., Park, H. S., & Kim, H. J. (2003). Operational parameters affecting the performannce of a mediator-less microbial fuel cell. Biosensors and Bioelectronics, 18 (4), 327-334.
Hashemi, J., & Samimi, A. (2012). Steady state electric power generation in up-flow microbial fuel cell using the estimated time span method for bacteria growth domestic wastewater. Biomass and Bioenergy, 45, 65-76.
Izadi, P., Fontmorin, J.M., Fernández, L. F., Cheng, S., Head, I., & Yu, E. H. (2019). High performing gas diffusion biocathode for microbial fuel cells using acidophilic iron oxidizing bacteria. Frontiers in Energy Research, 7: 93.
Kim, H. J., Park, H. S., Hyun, M. S., Chang, I. S., Kim, M. & Kim, B. H. (2002). A mediator-less microbial fuel cell using a metal reducing bacterium, Shewanella putrefaciens. Enzyme and Microbial Technology, 30 (2), 145-152.
Kim, J. R., Jung, S. H., Regan, J. M. & Logan, B. E. (2007). Electricity generation and microbial community analysis of alcohol powered microbial fuel cells. Bioresource technology, 98 (13), 2568-2577.
Logan, B. E. & Regan, J. M. (2006). Electricity-producing bacterial communities in microbial fuel cells. Trends in Microbiology, 14 (12), 512-518.
Lu, N., Zhou S. g., Zhuang L., Zhang J. t. & Ni J. r. (2009). Electricity generation from starch processing wastewater using microbial fuel cell technology. Biochemical Engineering Journal, 43 (3): 246-251.
Nimje, V. R., Chen C.Y., Chen, H. R., Chen, C. C., Huang, Y. M., Tseng, M. J., Cheng, K. C. & Chang Y..F. (2012). Comparative bioelectricity production from various wastewaters in microbial fuel cells using mixed cultures and a pure strain of Shewanella oneidensis. Bioresource technology, 104, 315-323.
Oh, S. & Logan, B. E. (2005). Hydrogen and electricity production from a food processing wastewater using fermentation and microbial fuel cell technologies. Water Research, 39 (19), 4673-4682.
Patil, S. A., Surakasi, V. P., Koul, S., Ijmulwar, S., Vivek, A., Shouche, Y. & Kapadnis, B. (2009). Electricity generation using chocolate industry wastewater and its treatment in activated sludge based microbial fuel cell and analysis of developed microbial community in the anode chamber. Bioresource technology, 100 (21), 5132-5139.
Rahimnejad, M., Ghoreyshi A. A., Najafpour, G. & Jafary, T. (2011). Power generation from organic substrate in batch and continuous flow microbial fuel cell operations. Applied Energy, 88 (11), 3999-4004.
Rahimnejad, M., Najafpour, G. D., Ghoreyshi, A. A., Shakeri, M. & Zare, H. (2011). Methylene blue as electron promoters in microbial fuel cell. International Journal of Hydrogen Energy, 36 (20), 13335-13341.
Mathuriya, A. & Sharma, V. (2010). Bioelectricity production from various wastewaters through microbial fuel cell technology. Journal of Biochemical Technology, 2 (1), 133-137.
Sarkar, B., Chakrabarti, P., Vijaykumar, A., & Kale, V. (2006). Wastewater treatment in dairy industries-possibility of reuse. Desalination, 195 (1), 141-152.
Schamphelaire, L. D., Bossche L.V.D., Dang, H. S., Höfte, M., Boon, N., Rabaey, K., & Verstraete, W. (2008). Microbial fuel cells generating electricity from rhizodeposits of rice plants. Environmental science & technology, 42 (8), 3053-3058.
Scott, K., Murano, C., & Rimbu, G. (2007). A tubular microbial fuel cell. Journal of Applied Electrochemistry, 37 (9), 1063-1068.
Venkata Mohan, S., Mohanakrishna, G., Reddy, B. P., Saravanan, R., & Sarma, P. N. (2008). Bioelectricity generation from chemical wastewater treatment in mediatorless (anode) microbial fuel cell (MFC) using selectively enriched hydrogen producing mixed culture under acidophilic microenvironment. Biochemical Engineering Journal, 39 (1), 121-130.
Wang, H., Jiang, L., Chen, J., Fu, M., Diao, Z., Liu, H., & Guo, H. (2020). Enhanced bioelectrochemical performance caused by porous metal-organic framework MIL-53 (Fe) as the catalyst in microbial fuel cells. Process Biochemistry, 99, 147-153.
Wen, Q., Wu, Y., Zhao, L., & Sun, Q., (2010). Production of electricity from the treatment of continuous brewery wastewater using a microbial fuel cell. Fuel, 89 (7), 1381-1385.
Winfield, J., Ieropoulos, I., & Greenman, J. (2012). Investigating a cascade of seven hydraulically connected microbial fuel cells. Bioresource technology, 110, 245-250.
You, S., Zhao, Q., Zhang, J., Liu, H., Jiang, J., & Zhao, S. (2008). Increased sustainable electricity generation in up-flow air-cathode microbial fuel cells. Biosensors and Bioelectronics, 23 (7), 1157-1160.
 
 
پژوهش های کاربردی مهندسی آب
دوره 1، شماره 2
دی 1404
صفحه 199-208

  • تاریخ دریافت 26 بهمن 1404
  • تاریخ بازنگری 15 اسفند 1404
  • تاریخ پذیرش 21 اسفند 1404