وثيقة
Simultaneous electricity production and organic removal from landfill leachate using microbial fuel cell
الناشر
Sultan Qaboos University
ميلادي
2017
اللغة
الأنجليزية
الموضوع
الملخص الإنجليزي
Recently, microbial fuel cells (MFCs) considered as a promising technology for direct
conversion of biochemical energy into electrical energy. The new technology is
environment friendly and efficient for recovering bio-electricity and removing organic
wastes. That's why, it is attracting the great attention to the scientific community. Different
substrates had been used in MFCs as food for bacteria. Landfill leachate showed a
promising feedstock for MFCs system.
In this study, two identical single chamber air-cathode MFCs (Volume, 1250 ml) with
carbon brushes as anode electrode and Platinum (Pt) coated carbon cloth as cathode
electrode was used to investigate the bio-electrical performance for two different
concentrations of diluted landfill leachate. The system operated with 8 hours hydraulic
retention time (HRT). The MFCs were operated in continuous mode after inoculation of
microbial community using raw domestic wastewater for 30 days. The COD content of the
raw wastewater used for inoculation was 376-593 mg/L. The MFC produced 161.9 mW/m2
of power density with an internal resistance of Rint = 36 12 during inoculation period, when
domestic wastewater was the sole substrate for bacteria. Then the systems were operated
with two mixtures of leachate and wastewater as 1:10 (leachate: wastewater) and 1:5
(leachate: wastewater). The mixtures, 1:10 and 1:5 (leachate: wastewater) contained COD
as 2,588-4,008 mg/L and 4,286- 6,068 mg/L, respectively. Each mixtures were used as substrates for 5 days during power optimization period. With the ratio of 1:5 mixture, the
maximum power density and columbic efficiency (CE) of the MFCs were observed as 1,031
mW/m2 and 11.1%, respectively, for an observed Rint = 6 12. For the ratio of mixture 1:10
(leachate/wastewater), the power density and Ce reached to 775 mW/m2 (Rint = 62) and
11.7% respectively. Increasing the fraction of leachate into the influent substrates of the
MFCs showed remarkable improvement of recovering power and coulombic efficiency.
The performances of COD and ammonium removal by the MFC systems were observed as
28.2% and 8.2% (for 1:10 mixture) and 23.2% and 4.7% (for 1:5 mixture), respectively. The higher removal of COD and ammonia were observed in case of low concentration of leachate in wastewater, whereas, the higher production of power and columbic efficiency were observed in case of high concentration of leachate in wastewater. The bio electrochemical performances of the MFCs revealed that the system had a great potential for recovering electrical power and removing contaminants from wastewater and leachate. As a new promising technology, the MFC system needs lot of improvement in terms of
reactor design, electrode materials, and operating parameters as pH, temperature, electrolytic conductivity and substrate loading.
المجموعة
URL المصدر
الملخص العربي
في الآونة الأخيرة اعتبرت خلايا الوقود الميكروبية تقنية واعدة في مجال الطاقة المتجددة وذلك بتحويل المباشر للطاقة الكيميائية الحيوية إلى طاقة كهربائية. حيث تعتبر هذه التكنولوجيا الجديدة ، صديقة للبيئة ولها كفاءة عالية لإستعادة الطاقة الحيوية وإزالة النفايات العضوية. لهذه الأسباب، جذبت هذه التكنولوجيا إهتماما كبيرا من قبل المجتمع العلمي. لقد استخدمت انواع مختلفه من المواد في خلية الوقود كغذاء للبكتيريا. وأظهرت دراسات سابقة بأن عصارة مرادم النفايات لها مستقبل واعدة كمادة غذائية للبكتيريا المستخدمة في خلايا الوقود الميكروبية.
في هذه الدراسة، تم استخدام اثنين من الخلايا الوقود الميكروبة متطابقة من ذوات الغرف الواحدة والكائود الملامس للهواء الخارجي (حجم الخلية الواحدة = 1250 مل) مع فرش الكربون كقطب الأنود وقماش الكربون المغلفة بطبقة من البلاتين (Pt) كقطب الكاثود للتحقيق من الأداء الحيوي والكهربائي لعدة تركيزات مختلفة من خليطي العصارة من المردم و مياة الصرف الصحي. شغلت المفاعل لمدة 8 ساعات كوقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT). تم تشغيل المفاعل في وضع مستمر بعد مرحلة تلقيح البكتيريا في الخلية باستخدام مياه الصرف الصحي الغير معالجة لمدة 30 يوما. وقد بلغ طلب الأكسجين الكيميائي (COD) في مياه الصرف الصحي المستخدمة 376- 593 ملغم/ل. أنتجت الخلية 161/9 ملي واط/م من كثافة الطاقة مع مقاومة داخلية 36 أوم خلال فترة التلقيح، عندما كانت مياه الصرف الصحي المنزلية تستخدم كغذاء وحيد للبكتيريا. ثم تم تشغيل هذه الخلايا باستخدام خليطين بتراكيز مختلفة من العصارة ومياه الصرف الصحي كالتالي 1 : 10 و 1: 5 (العصارة: مياه الصرف الصحي). حيث تحتوي الخلائط، 1: 10 و 1 : 5 (العصارة: مياه الصرف الصحي) على (COD) بتركيز من 588,٫2-4٫008, ملغم/ل و 4, 286 , 6,068 ملغم إل على التوالي. تم استخدام كل من التركيزين كغذاء للباكتيريا لمدة 5 أيام على التوالي خلال فترة تحسين الطاقة. لوحظ أن أقصى كثافة للطاقة عند إستخدام الخليط 1: 5 (عصارة: مياه صرف الصحي) ۱٫۰۳۱ ملي واط /م" بالنسبة و ۱۱٫۱ ٪ من الكفاءة الكولومبية ومقاومة داخلية تساوي 6 أوم. وبالنسبة للخليط 1: 10 عصارة: مياه صرف الصحي وصلت كثافة الطاقة و الكفاءه الكولومبية إلى ۷۷5 ملي واط /م۲ و ۱۱٫۷ ٪ على التوالي وبنفس المقاومة الداخلية للتركيز 1: 5. زيادة نسبة من عصارة مرادم النفايات المنزلية مؤثرة في الخلية الوقود الميكروبية، حيث أظهرت تحسنا ملحوظا في استعادة الطاقة والكفاءة كولومبيك من إستخدام مياه الصرف الصحي فقط. وقد تم إزالة المواد العضوية والأمونيوم بنسبة 23.2٪ و %4.7 (للخليط 1: 5 ) و ۲۳٫۲ ٪ و 4٫۷% وللخليط 1: 5) على التوالي. وأظهرت الدراسة أن الأداء الحيوي الكهروكيميائي للخلية الوقود المبكروبية إمكانات كبيرة لاستعادة الطاقة الكهربائية وإزالة الملوثات من مياه الصرف الصحي والعصارة. كما هذه التكنولوجيا واعدة، وهذا النظام يحتاج الكثير من التحسن من حيث تصميم المفاعل، والمواد الموصة للكهرباء.
في هذه الدراسة، تم استخدام اثنين من الخلايا الوقود الميكروبة متطابقة من ذوات الغرف الواحدة والكائود الملامس للهواء الخارجي (حجم الخلية الواحدة = 1250 مل) مع فرش الكربون كقطب الأنود وقماش الكربون المغلفة بطبقة من البلاتين (Pt) كقطب الكاثود للتحقيق من الأداء الحيوي والكهربائي لعدة تركيزات مختلفة من خليطي العصارة من المردم و مياة الصرف الصحي. شغلت المفاعل لمدة 8 ساعات كوقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT). تم تشغيل المفاعل في وضع مستمر بعد مرحلة تلقيح البكتيريا في الخلية باستخدام مياه الصرف الصحي الغير معالجة لمدة 30 يوما. وقد بلغ طلب الأكسجين الكيميائي (COD) في مياه الصرف الصحي المستخدمة 376- 593 ملغم/ل. أنتجت الخلية 161/9 ملي واط/م من كثافة الطاقة مع مقاومة داخلية 36 أوم خلال فترة التلقيح، عندما كانت مياه الصرف الصحي المنزلية تستخدم كغذاء وحيد للبكتيريا. ثم تم تشغيل هذه الخلايا باستخدام خليطين بتراكيز مختلفة من العصارة ومياه الصرف الصحي كالتالي 1 : 10 و 1: 5 (العصارة: مياه الصرف الصحي). حيث تحتوي الخلائط، 1: 10 و 1 : 5 (العصارة: مياه الصرف الصحي) على (COD) بتركيز من 588,٫2-4٫008, ملغم/ل و 4, 286 , 6,068 ملغم إل على التوالي. تم استخدام كل من التركيزين كغذاء للباكتيريا لمدة 5 أيام على التوالي خلال فترة تحسين الطاقة. لوحظ أن أقصى كثافة للطاقة عند إستخدام الخليط 1: 5 (عصارة: مياه صرف الصحي) ۱٫۰۳۱ ملي واط /م" بالنسبة و ۱۱٫۱ ٪ من الكفاءة الكولومبية ومقاومة داخلية تساوي 6 أوم. وبالنسبة للخليط 1: 10 عصارة: مياه صرف الصحي وصلت كثافة الطاقة و الكفاءه الكولومبية إلى ۷۷5 ملي واط /م۲ و ۱۱٫۷ ٪ على التوالي وبنفس المقاومة الداخلية للتركيز 1: 5. زيادة نسبة من عصارة مرادم النفايات المنزلية مؤثرة في الخلية الوقود الميكروبية، حيث أظهرت تحسنا ملحوظا في استعادة الطاقة والكفاءة كولومبيك من إستخدام مياه الصرف الصحي فقط. وقد تم إزالة المواد العضوية والأمونيوم بنسبة 23.2٪ و %4.7 (للخليط 1: 5 ) و ۲۳٫۲ ٪ و 4٫۷% وللخليط 1: 5) على التوالي. وأظهرت الدراسة أن الأداء الحيوي الكهروكيميائي للخلية الوقود المبكروبية إمكانات كبيرة لاستعادة الطاقة الكهربائية وإزالة الملوثات من مياه الصرف الصحي والعصارة. كما هذه التكنولوجيا واعدة، وهذا النظام يحتاج الكثير من التحسن من حيث تصميم المفاعل، والمواد الموصة للكهرباء.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية