تولید همزمان جریان الکتریسیته و تصفیه‌ی فاضلاب با استفاده از سیستم‌های الکتروشیمیایی ـ بیولوژیکی، مطالعه‌ی موردی پیل سوخت میکروبی با کاتد هوایی

نویسندگان

چکیده

زمینه و هدف: درحال حاضر، تولید انرژی ازمنابع تجدیدپذیر مثل زیست توده به‌عنوان جایگزین سوخت‌های فسیلی مورد توجه جدی قرارگرفته‌است. براین اساس، دراین مطالعه دو هدف تصفیه‌ی فاضلاب و تولید جریان الکتریسیته در پیل سوخت میکروبی با کاتد هوایی در نظرگرفته شد.
موادّ و روش‌ها: پایلوت پیل سوخت میکروبی با کاتد هوایی درمقیاس آزمایشگاهی مورد استفاده قرارگرفت. با استفاده از رسم منحنی پلاریزاسیون، مقاومت خارجی بهینه در حد Ω1000تعیین‌شد. با بهره‌برداری منقطع در دو ظرفیّت بافری فاضلاب، ولتاژ خروجی از دستگاه، تعیین و دانسیته‌ی توان و جریان الکتریکی خروجی از سیستم محاسبه‌گردید.COD فاضلاب ورودی و خروجی از سیستم جهت تعیین راندمان نیز مورد آزمایش قرارگرفت.
یافته‌ها: راندمان حذف COD فاضلاب در دو ظرفیت بافری mM25 و mM50 به‌ترتیب برابر با 4/1±86/90 و 48/0±45/90 درصد بود. حداکثر ولتاژ تولیدی نیز در این دو ظرفیت برابر با mV 587 و mV596 به‌دست‌آمد. حداکثر دانسیته‌ی جریان تولیدی در mM 50 برابر با mA/m2 843 و در mM 25 برابر با mA/m2 30 محاسبه‌شد. در طی این مدت، دانسیته‌ی توان به‌دست‌آمده نیز در mM50 برابر با mW/m2 502 و در mM 25 برابر با mW/m2 487 محاسبه‌گردید. همچنین به‌علت مقاومت بیشتر فاضلاب درمقابل کاهش pH ، طول مدت زمان تولید ولتاژ در ظرفیت بافری mM50 بیشتر از 2 برابر mM25 بود.
نتیجه‌گیری: استفاده از پیل‌های سوخت میکروبی با کاتد هوایی می‌تواند علاوه بر رقابت با سیستم‌های متداول مثل لجن فعال در تصفیه‌ی فاضلاب، انرژی الکتریسته نیز تولید نماید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simultaneous Production of Electricity and Wastewater Treatment by Bioelectrochemical Systems, a Case Study of Air-Cathode Microbial Fuel Cells

نویسندگان [English]

  • Gholamreza Bidhendi
  • Naser Mehrdadi
  • Mehdi Asadi Ghalhari
چکیده [English]

Background: Today, production of energy from renewable sources such as biomass is now receiving serious attention to replace fossil fuels. Accordingly, the aim of this study was electricity production due to wastewater treatment.
Materials and Methods: The pilot of the air Cathode microbial fuel cell (MFC) was used at laboratory scale. The external resistance was determined about 1000 Ω using a polarization curve. The system was operated as batch mode. Voltage produced by the system in 25 and 50 mM phosphate buffer solution (PBS) was determined. Then the output power and current density was calculated. To determine the efficiency of the air cathode MFC in wastewater treatment, COD of wastewater (influent and effluent) was also measured.
Results: COD removal efficiencies of wastewater in both 25 and 50mM PBS were 90.86 ± 1.4 and 90.45 ± 0.48%, respectively. The maximum voltage, power and current density were 587mV, 830mW/m2 and 487mA/m2 in 25mM PBS and 596mV, 843mW/m2 and 502mA/m2 in 50mM PBS, respectively. Duration of the voltage produced in 50mM PBS was higher than 25mM PBS (2 times) due to higher resistance against decrease in pH value.
Conclusion: Air cathode microbial fuel cells in addition to compete with conventional systems such as activated sludge, in wastewater treatment, can produce energy simultaneously.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bioelectrochemical
  • Air cathode microbial fuel cells
  • Wastewater treatment