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优化的微生物燃料电池处理工业废水和同步发电

*通信:

Sabarunisha Begum年代生物技术学系Rajalakshmi工程学院,印度钦奈电话:+ 914437181111;电子邮件:sabarunisha@gmail.com

文摘

的双重应用微生物燃料细胞(MFC)使他们更多产的研究。在这项研究中,微生物燃料细胞是在一种经济的方式制作和实验在两个阶段进行。在第一阶段的实验运行,奶制品和皮革废水作为衬底没有任何介质在第二阶段,奶制品、皮革和污水废水作为衬底与ferroin中介。生化的特性等总溶解固体(TDS)、总悬浮物(TSS)、化学需氧量(COD),生化需氧量(BOD)测定治疗前后废水MFC利用酿酒酵母。重金属废水的生物降解过程中也被删除。在第一阶段的实验运行,COD和BOD去除效率被发现对皮革废水80.4%和59.3%,83.4%和64.3%的乳制品废水在第二阶段,COD和BOD去除效率被发现对皮革废水80%和64%,85.4%和79%对乳品废水和国内废水的65%和47%。产生的最大功率在第一阶段的治疗乳制品和皮革废水被发现385.25μW和304.5μW在第二阶段,1.98兆瓦,1.95兆瓦和1.28兆瓦的电力生成乳制品的治疗期间,皮革和国内废水。在这两个阶段的实验运行,电力在乳品废水的处理。结果表明,有机质已经有效地降解更多乳品废水和生产电子相比,皮革和国内废水。

关键字

微生物燃料细胞;废水;鳕鱼;生物降解;发电

介绍

在当今日益增长的世界中,我们正在根据化石燃料煤炭、石油、天然气等为我们能源要求。地球正面临着能源由于全球需求升级,危机继续依赖化石燃料为基础能源生成和世界人口的增加,超过七十亿人和稳步上升1]。过度燃烧化石燃料不仅耗尽自然不可再生资源也会导致二氧化碳排放引起威胁生命的条件如臭氧层耗竭、气候变化和酸雨2]。这让我们找到一个合适的选择能源源。许多研究已经开展找到一个工作能源源在本质上是可再生的,这样的一个事情是微生物燃料细胞。

微生物燃料细胞是一个生物反应器,它将化学能源存在于有机质成电能源通过使用微生物作为催化剂(3]。这发生在厌氧条件下,催化反应微生物使用称为electricigens [4]。使用微生物的优点燃料细胞是他们可以在室温下使用,容易处理,没有毒性,它可以从有机化合物中提取90%的电子,自给自足,更新5]。缺点是他们不能产生电流和扩展过程的主要问题(6]。应用程序可以被用来制造氢,用于废水处理,用作生物传感器,海水淡化过程可以用微生物来完成燃料细胞(7]。

背后的基本主要微生物燃料细胞,当微生物消耗物质如糖在有氧条件下,产生二氧化碳和水。然而,当氧气不存在,它们产生二氧化碳,质子和电子。这些电子和质子通过外部电路和盐桥阴极分别。在阴极,电子、质子和氧结合形成水(8]。每当电子流过导线时就会产生电流,完全同样的事情发生在微生物燃料细胞与电子通过外部电路,产生电流。电子产生的微生物通过代谢有机物存在于样品。的帮助下酶称为细胞色素c电子传递链中,微生物生成的直接电子转移到阳极的微生物燃料细胞。但是,并不是所有的微生物可以直接传递电子的阳极为他们之间的不同9]。主要有三种方式,电子可以通过人工介质传输a, b通过微生物的中介,通过直接电子转移(c .10]。最常使用的介质是甲基蓝、硫堇,中性红(11]。微生物可以作为纯粹的文化或混合文化。但混合文化产生更多的电流相比,纯粹的文化。一些常用的微生物是Shewanella putrefaciens, Geobacteraceae sulferreducens、大肠杆菌、梭状芽孢杆菌butyricum(12]。

本研究工作的主要目的是找到一种有效的方式来治疗废水和许多折叠增加电流采用廉价材料。实验进行了两个阶段,首先没有任何人工中介然后ferroin指标作为中介。系统评估之前和之后运行的设置使用不同的衬底,如日记,皮革和国内废水。

材料和方法

废水及其特征的集合

乳品废水收集来自政府的乳制品行业,Aavin位于Madhavaram,钦奈,印度Tamlnadu。皮革废水收集从皮革工业位于Madhvaram和国内废水收集Madhavaram污水。最初生化的特性和特征列表。

五日生化需氧量(BOD)测试和化学需氧量(COD)测定标准方法(13]。总悬浮固体(TSS)测量样本通过一个预先称量好的滤纸的过滤干燥紧随其后在105°C恒重(24小时表1)。实验在两个阶段进行,生化的特性也为每一个阶段分别分析。

表1。皮革和乳品废水的生化的特点进行第一阶段的研究。

文化和媒介

酿酒酵母作为纯粹的文化以及其他生物通常出现在特定的废水。商用活性干酵母用于代谢有机物。4克的酵母是颗粒的形式和迫击炮和杵砸的帮助下(表2)。酵母是在40毫升温水,搅拌溶解。溶解后现在转移到封闭瓶250毫升含废水和保持它在室温下24小时,适应环境。然后转移到制造20毫升的解决方案模型开展实验。

表2。国内的理化特性,皮革和乳制品废水进行第二阶段的研究。

MFC反应堆设置和实验过程

微生物燃料细胞由阳极和阴极室的500毫升容量。1数据。和2和摄影的照片显示了示意图表示MFC设置。所使用的电极是一个碳棒。铜线是用来挂碳棒,用来传递产生的电子从阳极到阴极作为它们之间的链接。盐桥是由使用PVC管长度8厘米,直径2.5厘米。在PVC管聚合物,如用5%琼脂连同0.1氯化钾形成盐桥,并有助于质子转移到阳极。万用表是连接到阳极和阴极电压记下了。

实验运行进行了两个阶段(一期和二期)MFC治疗各种废水如皮革、乳制品和国内污水。在第一阶段,微生物燃料细胞操作没有任何人工介质和第二阶段,微生物燃料细胞与人工ferroin中介。在实验过程中,电流、功率密度、电流密度、COD和BOD测定按标准程序。

双室微生物燃料电池容量500毫升是捏造的,用于实验。1数据。和2和摄影的照片显示了示意图表示MFC设置。所使用的电极是一个碳棒。铜线是用来挂碳棒,用来传递产生的电子从阳极到阴极作为它们之间的链接。盐桥是由使用PVC管长度8厘米,直径2.5厘米。在PVC管聚合物,如用5%琼脂连同0.1氯化钾形成盐桥,并有助于质子转移到阳极。阳极和阴极的万用表连接测量过程中产生的电压和电流。三种不同类型的衬底,如污水、乳制品废水和皮革废水被用于这项研究sacchromyces cerevesiae由于微生物,有机物的代谢基质中使用。酿酒酵母可以少量的电子转移到阳极的微生物吗燃料细胞本身,因为它不是电化学微生物(14]。但是中介的帮助下,可以增强电子转移。

实验运行进行了两个阶段(一期和二期)MFC治疗各种废水如皮革、乳制品和国内污水。在第一阶段,微生物燃料细胞操作没有任何人工介质和在二期人工ferroin中介。Ferroin指示器是用来增加的电子转移sacchromyces酵母通过氧化还原反应阳极,反之亦然。Ferroin有更高的电极电位的pH值约为1.24,比其他介质正常使用的独立MFC(15]。

在实验过程中,参数如化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD),总溶解固体(TDS)、总悬浮物(TSS),重金属如铬、铜和其他化合物的氯、硫酸、磷分析之前和之后运行的生物反应器模型。最后,电压、电流密度、功率密度也测量,比较和分析。

结果和讨论

实验结果讨论了以下详细的中介少(第一阶段)和中介(二期)在微生物燃料细胞。

中介不MFC(第一阶段)

在第一阶段实验运行使用乳制品和皮革废水作为微生物的基质,进行实验与阴极电解液和水Sacchromyces cerevesiae作为微生物降解有机物。不使用中介。产生的电流和电压MFC记下了每天大约十天的帮助下万用表。参数如功率、功率密度、电流密度计算和图形绘制详细的分析(图。3和7)。图。3和7说明了微生物的生长曲线随着电压的增加在指数期,但进入站电压阶段和减少设置进入下降阶段由于微生物的死亡将疲惫的营养物质在阳极室(16]。获得的最大电流和电压在乳品废水的处理被发现马0.67和0.57 V,马和0.58和0.52 V对皮革废水。治疗期间获取的最大电流密度和功率密度的奶制品和皮革废水被发现242.15 mA / m²和139.23μW / m²;209.68 mA /米²和110.04μW / m²分别。

生化的分析:乳品和皮革废水最初的生化的特征参数,然后处理的微生物燃料细胞(MFC)使用Saccromyces cereviseae。表3显示了皮革和乳品废水的生化的特性估计治疗前后使用MFC。未经处理的皮革和乳品废水的pH值被发现和治疗后pH值5.8和6.1增加到6.7和6.5,表明污水处理使用MFC改变了酸性废水的性质接近中性。的总溶解固体(TDS)和总悬浮物废水测定(TSS)和删除被发现50%的比例,皮革废水为66%和58%,分别为73%乳制品废水。其他参数如COD和BOD也估计和消除被发现80.4%的比例,皮革废水为59%和83.4%,分别为64%乳制品废水。

表3。皮革和乳品废水的生化的特征。

中介MFC(二期)

在第二阶段的实验运行,国内废水,乳制品废水,和皮革废水作为微生物生长的基质Sacchromyces cerevesiae高锰酸钾作为阴极电解液和ferroin指标如人工介质增加制作的效率模型一代。高锰酸钾(KMnO₄),一个强大的氧化剂作为阴极电解液可以增加电子阳极和阴极之间的流动。产生的电流和电压编造的MFC模型每24小时都记下了大约12天。数字8。和12说明了微生物的生长曲线随着电压的增加在指数期,但进入站电压阶段和减少设置进入下降阶段由于死亡的微生物将营养物质在阳极室的疲惫。治疗期间获取的最大电流和电压的乳制品、皮革和国内废水被发现是2.42 mA和0.98 V;2.1 mA和1.25 V;分别1 mA和1.46 V。治疗期间获取的最大电流密度和功率密度的乳制品、皮革和国内废水被发现874.90 mA / m²和719.23 mW / m²;759.21 mA /米²和705.13 mW / m²;361.53 mA /米²和464.49 mW / m²分别。

理化分析

表4显示了皮革的理化特征估计、奶制品和国内废水治疗前后使用MFC。未经处理的皮革,乳制品的pH值和国内废水被发现是5.6,5.1和6.2,治疗后pH值增加了6.8,6.7和6.5,表明污水处理使用MFC改变了中和酸性废水的性质。的总溶解固体(TDS)和总悬浮物(TSS)去除废水测定和比例的被发现65%,皮革废水为76% 71%,76%乳制品废水53%、57%分别为国内废水。其他参数如COD和BOD估计也被发现和删除比率是80%,64%,皮革废水,85.4%,乳品废水为79%和65%,47%为国内废水分别。

表4。皮的理化特性,奶制品和国内废水。

原子吸收光谱学(AAS)是用于分析的铬和铜等重金属废水中去除铬的比例是96%。铜的数量被发现在处理过的水相比,未经处理的废水由于氧化电极铜杆的失去电子。减少铜+离子释放到阳极室导致增加的铜。其他化学物质如硫酸盐和氯也估计和消除硫酸被发现32%皮革废水,乳制品废水52%和57%分别为国内废水。氯的量比未经处理的废水在处理废水由于氯离子和质子的转移通过盐桥从阳极到阴极。

结论

发电乳制品的治疗期间,皮革,国内使用微生物废水燃料细胞(MFC)成功地展示了在这个研究。实验运行进行了没有和中介分别作为第一和第二阶段。的结果,很明显,第二阶段的实验中运行MFC了更高权力的中介。中介分子增加了发电,穿梭在微生物产生的电子和它转移到阳极氧化还原反应的帮助。减少COD和BOD在治疗过程中显示的成功治疗乳制品、皮革和国内废水实验运行在这两个阶段。结果还表明,水平的重金属如铬和硫酸盐废水的处理后也减少。在这两个阶段的实验运行,电力在乳制品废水的处理。这表明有机体酿酒cerevesiae已经有效地降解有机物质存在于乳制品废水和生产更多的电子相比,皮革和国内废水。

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