حذف فنل و تولید الکتریسیته درپیل سوختی میکروبی با استفاده از بذر میکروبی فاضلاب پالایشگاه نفت

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی مازندران

2 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

هدف از این تحقیق تعیین میزان حذف فنل (Phenol) و تولید الکتریسیته در پیل سوختی میکروبی با استفاده از بذر میکروبی فاضلاب پالایشگاه نفت بود. یک پیل سوختی میکروبی دو محفظه ­ای مجهز به غشاء تباد­گر پروتون نفیونی (Nafion proton exchange membrane) و آند و کاتد از جنس پارچه کربنی در انکوباتور (Incubator) دمای 30 درجه سانتی­گراد به­ مدت 12 هفته به­ صورت جریان منقطع در دو حالت مدار باز و بسته مورد بهره ­برداری قرار گرفت. محفظه بی هوازی آند حاوی فنل و همچنین ترکیبات معدنی موردنیاز رشد باکتری بود. فاضلاب پالایشگاه نفت تهران مخلوط شده با محیط کشت به محفظه آند اضافه شد. محفظه کاتد به ­صورت هوازی حاوی بافر فسفات بود. با افزودن فنل در محدوده 50 تا 1000 میلی­گرم بر لیتر به محفظه آند میزان حذف فنل و برق تولیدی اندازه­ گیری شد. فنل به ­وسیله دستگاه HPLC و برق تولیدی به ­وسیله ولت­ سنج مجهز به ذخیره ­کننده داده­ ها اندازه ­گیری شد. در همه غلظت ­های مورد آزمایش فنل حداکثر طی 96 ساعت به­ طور کامل تجزیه می­ شد. حداکثر حذف فنل و برق تولیدی طی 24 ساعت اولیه هر مرحله از آزمایش مشاهده می­ شد. سرعت تجزیه فنل در سیستم مدار بسته نسبت به مدار باز بیشتر بود. ماکزیمم ولتاژ و توان تولیدی به ­ترتیب mv425 و  86/36 به­ دست آمد. بازده کولمبیک (Columbic efficiency) پیل ساخته‌شده 3/5% و حداکثر میزان حذف اکسیژن موردنیاز شیمیائی، COD (Chemical Oxygen Demand)، 95 درصد بود. با استفاده از مخلوط باکتریائی پالایشگاه نفت در پیل سوختی میکروبی می­توان غلظت های بالا از فنل را حذف و الکتریسیته تولید نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Removal of Phenol and Electricity Generation in Microbial Fuel Cell by Using Microbial Seeds from Wastewater of Oil Refinery

نویسندگان [English]

  • Ramazan ali Dianati Tilaki 1
  • Morteza Ghalenoei 1
  • Ghasem Najafpour 2
  • Masoumeh Eslamifar 1
1 Faculty of Health, Mazandaran University of Medical Sciences, Sari, Iran
2 Faculty of Chemical Engineering, Noshrivani Universityof Technology, Babol, Iran
چکیده [English]

Microbial fuel cells are an emerging technology that can convert biochemical energy into electrical energy. The driving force in these cells is the result of oxidation-reduction reactions of an organic substance in which microorganisms are used as biocatalysts. In these cells, the bacteria convert the biodegradable organic matter into electrical energy that is biodegradable. This can both treat wastewater and generate electricity. The main components of a microbial fuel cell are the anode, cathode, proton exchange membrane (PEM) and an electrical circuit. The bacterial population around the anode consumes the organic substrate as food and produces electrons and protons. Electrons are absorbed through the electron transfer chain at the anode surface and transferred to the cathode by an external electrical circuit, resulting in a measurable electric current.  The anode part is anaerobic and the cathode part is aerobic (Logan et al. 2006). In the effluents of oil refineries and petrochemicals, there is phenol and its derivatives that cause environmental pollution. On the other hand, in the wastewater treatment system of these industries, there are natural bacteria that cause the biological decomposition of phenolic compounds (Luo et al. 2009). According to the literature, research has been done to remove phenol in the microbial fuel cell, but none of them used the microbial seeds of a refinery wastewater treatment plant. By conducting this research, using this type of microbial seed, the decomposition of phenol and electricity produced in the microbial fuel cell was investigated. The purpose of this study was to determine the rate of decomposition of phenol and electricity produced in microbial fuel cells using microbial seeds obtained from wastewater treatment plants of oil refineries.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Microbial fuel cell
  • Phenol
  • Electricity
  • Oil refinery wastewater

مراجع

Ahn Y, Logan BE, “Effectiveness of domestic wastewater treatment using microbial fuel cells at ambient and mesophilic temperatures”, Bioresource Technology, 2010, 101 (2), 469-475.
Bagheri M, Vahabzade F, Davarpanah L, Arasteh A, “Application of microbial fuel cell in phenol degradation from synthetic waste water”, Amir Kabir University of Technology, October, 2014.
Feng Ch, Huang l, Yu H, Yi X, Wei Ch, “Simultaneous phenol removal, nitrification and denitrification using microbial fuel cell technology”, Water Research 76, 2015, 160-170, March 2015.
Franks AE, Nevin KP, “Microbial fuel cells, a current review”, Energies, 2010, 3 (5), 899-919.
Ghangrekar MM, Shinde VB, “Wastewater treatment in microbial fuel cell and electricity generation: a sustainable approach”, Department of Civil Engineering, Indian Institute of Technology, Kharagpur- 721302, India.
He Z, Minteer SD, Angenent LT, “Electricity generation from artificial wastewater using an upflow microbial fuel cell”, Environmental Science and Technology, 2005, 39 (14), 5262-5267.
Huang L Logan B, “Electricity production from xylose in fed-batch and continuousflow microbial fuel cells. Appl”, Microbiol, Biotechnol, 2008, 80 (4), 655-664.
Jafary T, Ghoreyshi AA, Najafpour GD, Fatemi S, Rahimnejad M, “Investigation on performance of microbia fuel cells based on carbon sources and  kinetic models”, International Journal of Energy Research, 2013, 37 (12), 1539-1549.
Liu H, Ramnarayanan R, Logan B, “Production of electricity during wastewater treatment using a single chamber microbial fuel cel”, The Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania, Environmental Science and Technology, 2004, 38 (7), 2281-2285.
Logan B, Hamelers B, Rozendal R, Schröder U, Jürg K, “Microbial fuel cells: methodology and technology”, Environmental Science and Technology, 2006, 40 (17), 5181-5192.
Luo H, Liu G, Zhang R, Jin S, “Phenol degradation in microbial fuel cells”, Chemical Engineering Journal, 2009, 147, 259-264.
Pant D, Van Bogaert G, Diels L, Vanbroekhoven K, “A review of the substrates used in microbial fuel cells (MFCs) for sustainable energy production”, Bioresource Technology, 2010, 101 (6), 1533-1543.
Patil SA, Surakasi VP, Koul S, Ijmulwar S, Vivek A, Shouche YS, Kapadnis BP, “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”, Bioresour Technol, 2009, 100 (21), 5132-5139.
Singh D, Pratap D, Baranwal Y, Kumar B, Chaudhary RK, “Microbial fuel cells: A green technology for power generation”, Annals of Biological Research, 2010, 1 (3), 128-138.
Wen Q, Wu Y, Cao D, Zhao L, Sun Q, “Electricity generation and modeling of microbial fuel cell from continuous beer brewery wastewater”, Bioresource Technology, 2009, 100 (18), 4171-4175.
Yang J, Zhao Y, Zhang Ch, Hu Y, Zhou M, “Electrosorption driven by microbial fuel cells without electric grid energy consumption for simultaneous phenol removal and wastewater treatment”, Electrochemistry Communications, 2013, 34 121-124.
Yang J, Zhou M, Zhao Y, Zhang Ch, Hu Y, “Electrosorption driven by microbial fuel cells to remove phenol without external power supply”, Bioresource Technology, 2013, 150, 271-277.
Zhang G, Zhao QL, Jiao Y, Zhang J, Jiang J, Ren N, Kim BH, “Improved performance of microbial fuel cell using combination biocathode of graphite fiber brush and graphite granules”, Journal of Power Sources, 2011, 196, 6036-6041.
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 52.3، شماره 108 - شماره پیاپی 108
پاییز 1401
آذر 1401
صفحه 21-27

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار