طراحي و ساخت يك پيل سوختي ميكروبي براي توليد برق از پساب شهري با استفاده از ويناس صنعتي به‌عنوان پيش‌ماده

Design and Construction of a Microbial Fuel Cell for Electricity Generation from Municipal Wastewater Using Industrial Vinasse as Substrate

يكي از فناوري‌هاي مورد توجه براي توليد زيستي انرژي، پيل سوختي ميكروبي است. پيل سوختي ميكروبي به‌عنوان روشي جديد براي تصفيه پساب و توليد برق همزمان مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين روش ميكروارگانيسم‌ها در نقش كاتاليست ظاهر شده تا انرژي شيميايي ذخيره‌شده در مواد آلي را در شرايط بي‌هوازي به انرژي الكتريكي تبديل كنند. در اين پژوهش يك پيل سوختي ميكروبي طراحي و ساخته شد كه در آن از ميكروارگانيسم‌هاي موجود در پساب شهري براي توليد برق استفاده شد. در پيل سوختي ميكروبي ساخته‌شده از ساختاري تك‌محفظه‌ استفاده شد كه در مجاورت آند قرار دارد كه با لجن بي‌هوازي موجود در پساب شهري تغذيه شد. در پيل سوختي حاضر، كاتد هوايي مورد استفاده قرار گرفت كه با غشاي انتقال پروتون از محفظه آند جدا شد. به‌منظور اندازه‌گيري ولتاژ در شدت جريان‌هاي مختلف، از مقاومت خارجي متغير و مولتي‌متر ديجيتال با قابليت ذخيره داده‌ها استفاده شد. در اين مطالعه، مقدار ولتاژ توليدي در اثر تغييرات نوع مخلوط ميكروارگانيسم، نوع پيش‌ماده و مقاومت بررسي شد. از بين دو نوع پيش‌ماده ملاس و ويناس صنعتي، ويناس صنعتي ولتاژ بيشتري را توليد كرد. بيشينه چگالي جريان در مقاومت 200اهم، 312/7843ميلي‌آمپر بر متر مربع و بيشينه چگالي توان در مقاومت 600اهم و چگالي جريان 201/41ميلي‌‌آمپر بر متر مربع، به مقدار 685/60ميلي‌‌وات بر متر مربع اندازه‌گيري شد.

One of the technologies considered for bioenergy production is microbial fuel cell. The microbial fuel cells are used as a novel method for wastewater treatment and power generation simultaneously. In this method, microorganisms appear as catalysts to convert chemical energy stored in organic matter into electrical energy under anaerobic conditions. In this study, a microbial fuel cell was designed and constructed using microorganisms existing in municipal wastewater to generate electricity. The structure of the current microbial fuel cell was singlechamber, into which added the wastewater. This chamber was adjacent to the anode and fed with anaerobic sludge, existing in municipal wastewater. In the constructed fuel cell, an air-cathode was used which was separated from the anode chamber by a proton exchange membrane. In order to measure voltage at different currents, a variable resistance and a digital multimeter with data storage capability were used. In this study, the developed potential differences due to changes in the type of microorganism, substrate, and the value of external resistance were investigated. Among the two types of substrates molasses and industrial vinasse investigated, industrial vinasse produced more voltage. The maximum current density of 312.7843mA/m2 was measured at 200 Ohm resistance and maximum power density at 600 Ohm resistance and current density of 201.41mA/m2 was measured 85.6010mW/m2.