بررسي كارايي پيل نمك‌زدايي ميكروبي اصلاح‌شده در شيرين سازي آب‌ شور دريا

Investigation of Modified Microbial Desalination Cell performance in Sweetening of saltwater

فقدان مقادير كافي آب شيرين يك چالش جهاني است. شيرين سازي آب را مي توان با استفاده از سيستم هاي حرارتي يا غشايي انجام داد كه هركدام به انرژي قابل توجهي نياز دارند. پيل نمك زدايي ميكروبي (mdc=microbial desalination cell) فناوري نويني است كه شيرين سازي آب ، توليد الكتريسيته و تصفيه فاضلاب را در يك راكتور انجام مي دهد. با توجه به توليد جريان و يون زدايي كم اين فناوري، اين مطالعه با هدف بهبود كارايي فرآيند انجام شد.مواد و روش ها: در اين مطالعه تجربي، قابليت فرآيند mdc اصلاح شده جهت شيرين سازي آب دريا (حاوي g/l 20 nacl) بررسي شد. بدين منظور، محلول كاتد تحت دمش با ازن (o3mdc)، و محلول مياني در معرض امواج فراصوت قرار گرفت و عملكرد راكتور طي يك دوره راهبري از لحاظ توليد جريان و نمك زدايي با راكتور شاهد تحت دمش با اكسيژن (o2mdc) و بدون امواج فراصوت مقايسه شد. حدود 75 نمونه از هر راكتور برداشت شد. تشكيل بيوفيلم روي آند توسط اسكن ميكروسكوپ الكتروني (sem) و باكتري هاي غالب با تعيين توالي ژن s rrna16 بررسي شدند.يافته ها: با اعمال امواج فراصوت بر محلول نمكي خام و بعد از 24 ساعت راهبري o2mdc، ولتاژ توليدي راكتور از 3/9 ±119 به 4/7 ±131 ميلي ولت افزايش يافت. در يك چرخه راهبري، حداكثر چگالي جريان o2mdc و o3mdcبه ترتيب 1/16 و a/m2 5/27 بود و اختلاف معني داري در نتايج توليد ولتاژ آنها وجود داشت(0/001>p). راندمان نمك زدايي o3mdc و o2mdc به ترتيب 74% و 55/58% بدست آمد. پروتئوباكتري ها، فيرميكويت ها و اسيدوباكتري ها باكتري هاي غالب بيوفيلم را شامل مي شدند.نتيجه گيري: براساس نتايج اين مطالعه mdc اصلاح شده با ازن و امواج فراصوت در صورت راهبري صحيح گزينه مناسبي براي نمك زدايي آب شور دريا مي باشد.

Lack of enough fresh water is a global challenge. Water sweetening can be done using thermal or membrane systems that each of them requires significant energy. Microbial desalination cell (MDC) is a new technology which can desalinate water, generate electricity, and simultaneously purify wastewaters in a reactor. However, low current generation and deionization are from main challenges of this process. This study aimed to improve the MDCs efficacy. METHODS: In this experimental study, a modified three-cell MDC consisted of anode, cathode, and middle chambers, was designed in order to water desalination (20 g/L NaCl). Here, the cathode solution was diffused via ozone (O3-MDC) and the middle saline solution was pretreated into an ultrasonic bath. Subsequently, the results achieved in O3-MDC in terms of water desalination and current generation were compared against those of another reactor operated under oxygen diffusion (O2-MDC), and without ultrasonic pretreatment (control). Biofilm formation on anode surface and dominant bacteria in the O3-MDC reactor were studied using Scanning Electron Microscopy (SEM), and 16S rRNA gene sequencing, respectively. FINDINGS: Saltwater pre-treatment caused to increase the electrical conductivity from 28.1 ms/cm to 35.5 ms/cm; and then current generation from 191 to 131 mV after 24 hr operation. O2-MDC and O3-MDC were able to remove 74% and 55.58% of NaCl from water, respectively. Proteobacteria, firmicuites and acidobacteria were dominant microbial communities in the anode biofilm based on 16S rRNA sequencing. CONCLUSION: Based on the results of this study, modified MDC with ozone and ultrasound waves could be an appropriate option for desalinating salt water.