توليد همزمان جريان الكتريسيته و تصفيه‌ي فاضلاب با استفاده از سيستم‌هاي الكتروشيميايي ـ بيولوژيكي، مطالعه‌ي موردي پيل سوخت ميكروبي با كاتد هوايي

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

زمينه و هدف: درحال حاضر، توليد انرژي ازمنابع تجديدپذير مثل زيست توده به‌عنوان جايگزين سوخت‌هاي فسيلي مورد توجه جدي قرارگرفته‌است. براين اساس، دراين مطالعه دو هدف تصفيه‌ي فاضلاب و توليد جريان الكتريسيته در پيل سوخت ميكروبي با كاتد هوايي در نظرگرفته شد. موادّ و روش‌ها: پايلوت پيل سوخت ميكروبي با كاتد هوايي درمقياس آزمايشگاهي مورد استفاده قرارگرفت. با استفاده از رسم منحني پلاريزاسيون، مقاومت خارجي بهينه در حد Ω1000تعيين‌شد. با بهره‌برداري منقطع در دو ظرفيّت بافري فاضلاب، ولتاژ خروجي از دستگاه، تعيين و دانسيته‌ي توان و جريان الكتريكي خروجي از سيستم محاسبه‌گرديد.COD فاضلاب ورودي و خروجي از سيستم جهت تعيين راندمان نيز مورد آزمايش قرارگرفت. يافته‌ها: راندمان حذف COD فاضلاب در دو ظرفيت بافري mM25 و mM50 به‌ترتيب برابر با 90.86 ± 1.4 و 90.45 ± 0.48 درصد بود. حداكثر ولتاژ توليدي نيز در اين دو ظرفيت برابر با mV 587 و mV596 به‌دست‌آمد. حداكثر دانسيته‌ي جريان توليدي در mM 50 برابر با mA/m2 843 و در mM 25 برابر با mA/m2 30 محاسبه‌شد. در طي اين مدت، دانسيته‌ي توان به‌دست‌آمده نيز در mM50 برابر با mW/m2 502 و در mM 25 برابر با mW/m2 487 محاسبه‌گرديد. همچنين به‌علت مقاومت بيشتر فاضلاب درمقابل كاهش pH ، طول مدت زمان توليد ولتاژ در ظرفيت بافري mM50 بيشتر از 2 برابر mM25 بود. نتيجه‌گيري: استفاده از پيل‌هاي سوخت ميكروبي با كاتد هوايي مي‌تواند علاوه بر رقابت با سيستم‌هاي متداول مثل لجن فعال در تصفيه‌ي فاضلاب، انرژي الكتريسته نيز توليد نمايد.

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.