چکیده

الکترولیز میکروبی، فرآیندی نوین برای تولید هیدروژن زیستی از مواد آلی می باشد که توسط میکرو ارگانیزم ها صورت می پذیرد. این فرآیند به طور کلی به دو منبع انرژی شامل اکسیداسیون مواد آلی توسط باکتری ها و الکتریسیته وابسته است. در این مطالعه شیرابه ی خاکچال، استخراج شده از منطقه ی آراد کوه واقع در کهریزک، به عنوان منبع کربنی به کار رفت و پارامترهای موثر در افزایش هیدروژن تولیدی و راندمان حذف COD پساب، در پیل الکترولیز میکروبی مورد بررسی قرار گرفت. دو راکتور –H شکل با حجمی معادل 300 میلی لیتر در هر محفظه، در انجام آزمایش ها استفاده گردید. سپس ولتاژهای مختلف برای تولید گاز به سیستم اعمال شد و نتایج حاصله حاکی از آن بود که حداقل ولتاژ مورد نیاز برای تولید گاز از این پساب، مقدار 0.9 ولت می باشد. سپس تاثیر پاراترهای زمان ماند و غلظت اولیه ی فاضلاب بر روی عملکرد پیل الکترولیز میکروبی در ولتاژ کمینه ی حاصل از هر مرحله ی قبل، مورد مطالعه قرار گرفت. برای بررسی پارامتر زمان ماند، دو سری آزمایش شامل آزمایش هایی با زمان ماندطولانی (سیکل بلند مدت) و آزمایش هایی با زمان ماند کم (سیکل کوتاه مدت) طراحی گردید. این زمان در سیکل بلند مدت 22 روز و در سیکل کوتاه مدت 72 ساعت در نظر گرفته شد. مقدار هیدروژن تولیدی در سیکل بلند مدت در دو غلظت اولیه ی COD برابر 100 mg/l و 1000 mg/l اندازه گیری شد. در پیل با غلظت اولیه ی پساب 100mg/l مقدار هیدروژن تولیدی 570 ml بود که با بازده حذفی معادل 56% برای آلاینده های آلی همراه شد. در پیل با COD اولیه ی  1000 mg/l مقدار هیدروژ« تولیدی 343ml بوده که معادل 60% حذف آلودگی آلی بود. در سیکل های کوتاه مدت مقدار هیدروژن تولیدی برای COD های اولیه ی 500 mg/l و 2000 mg/l و 10000 mg/l و 20000 mg/l بررسی شد و مقادیر به دست آمده به ترتیب معادل 100 ml و 389 ml و 284 ml و 286 ml بودند. همچنین راندمان حذف آلاینده های آلی در این سیستم برای غلظت های مذکور به ترتیب معادل 33% و 30.5% و 21% و 19% اندازه گیری گردید.

کلمات کلیدی: پیل سوختی میکروبی، پیل الکترولیز میکروبی، شیرابه ی خاکچال، تولید هیدروژن زیستی

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه

۱-۱- مقدمه

دکتر ریچارد اسمایلی در مراسم جایزه ی نوبل عنوان کرد که ” انرژی مهمترین چالشی است که بشریت با آن روبرو است. حقیقت بدون انرژی امکان حیات نه در ساختارهای کوچک نانویی و میکروبی و نه در ساختارهای بزرگ وجود نخواهد داشت. وضعیت کنونی جهان در زمینه ی انرژی بسیار دشوار و پیچیده است. بیشترین سهم انرژی از منابع فسیلی تولید می شود که فناپذیر هستند و زمانی به پایان خواهند رسید. از طرفی دیگر، نگرانی در مورد تاثیرات سوختهای فسیلی در وضعیت آب و هوا، سلامتی انسان، و اکوسیستم جهان رو به افزایش است. بنا بر دلایل ذکر شده تحقیقات گستردهای در زمینهی رسیدن به انرژی های نو که میتوانند به عنوان یک منبع جایگزین سوخت های فسیلی در راستای تامین نیازهای انسان به انرژی، به کار روند انجام پذیرفته است. در سال ۲۰۰۵ مصرف جهانی انرژی به حدودBtu۱۰ × ۴۶۰ رسید که این میزان رشدی معادل ٪۶۳ از سال ۱۹۸۰ را نشان میدهد. همچنین پیشبینی ها اذعان داشته که مصرف انرژی به میزان ٪۵۷ دیگر بین سال های ۲۰۳۰-۲۰۰۴ رشد خواهد کرد. این امر در حالی است که سوختهای فسیلی همچنان بیشترین سهم را در تولید انرژی خواهند داشت [۳]. از جهتی دیگر، وابسته بودن به سوخت – های فسیلی نگرانی های ناشی از تغییرات آب وهوایی را بیشتر و بیشتر خواهد کرد [۴]. در صورت استفاده شدن تمام منابع جهانی سوختهای فسیلی در دسترسی، قابل پیش بینی است که غلظت گاز گلخانهای کربندی اکسید (CO2) به فراتر از ppm ۲۰۰۰ خواهد رسید که این امر منجر به تغییر بی سابقه ی اکوسیستم دنیا خواهد شد . بنابراین منابع پاک و جدید انرژی لازم است تا نیازهای نسل بعد و نیز اگرچه که مسئله انرژی مهمترین اولویت جوامع پیشرفته کنونی است، کشورهای در حال توسعه نیز با مشکلاتی روبرو هستند که به گونه ای به انرژی مرتبط است. در این راستا میتوان به مسئله ی دسترسی به میزان آب کافی و اهمیت تصفیه و بهداشت آن اشاره کرد. برای مثال در سال ۲۰۰۲ در حدود ۲٫۶ میلیارد نفر با عدم برخورداری از آب بهداشتی و سالم روبرو بودند و در حدود ۱/۱ میلیارد نفر نیز از کمبود منابع آبی رنج می بردند [۶ یکی از فاکتورهایی که منجر به این ارقام بزرگ میشود عدم دسترسی به منابع انرژی مناسب و قابل دسترس در کشورهای در حال توسعه میباشد. برای مثال در آفریقای جنوبی، تنها ۳۶٪ از شهروندان به آب تصفیه شده ی مناسب دسترسی دارند و بسیاری از جمعیت های روستایی با کمبود دسترسی به انرژی الکتریسیته برای راه اندازی تجهیزات مربوط به تصفیه روبرو هستند. جوامع پیشرفته ای که در حدود ۹۸٪ مردم آنها از آب آشامیدنی تصفیه شده بهرهمند هستند، دارای شبکههای الکتریسیته ی پیچیدهای می باشند که امکان راه اندازی تجهیزات تصفیه ی آب و فاضلاب را به طور دائم به وجود میآورند .یک مرحله ی جلوبرنده برای کشورهای در حال توسعه در راستای دسترسی به آب تصفیه شده و بهداشتی، این است که در مسیر گسترش تکنولوژی های جدید که امکان ایجاد انرژی را در ایزوله ترین جای دنیا بوجود میآورد، قدم بردارند. دو تکنولوژی تضمین شده که می توانند در زمینه ی تأمین انرژی و تهیه ی آب تصفیه شده به کار روند، پیلهای سوختی میکروبی ( MFC) و پیلهای الکترولیز میکروبی (MEC) میباشند [۸] در پیلهای سوختی میکروبی (MFC) باکتریها مواد آلی را اکسید کرده و تولید الکترون و پروتون می نمایند. این الکترونها توسط باکتریها به آند منتقل شده و سپس از آند به مدار خارجی انتقال یافته و بعد از گذشتن از یک مقاومت به الکترود کاتد منتقل می شوند. در کاتد الکترون ها، پروتون ها و اکسیژن محیط با هم دیگر ترکیب شده و به کمک کاتالیست تولید آب می نمایند. MEC ها نیز مشابه MFCها می باشند با این تفاوت که در آنها کاتد در شرایطی بیهوازی قرار دارد و در نتیجه به جای کاهیده شدن اکسیژن، انرژی الکتریسیته ی افزوده شده ی خارجی امکان کاهیده شدن پروتون و تولید هیدروژن را بوجود میاورد. MFCها و MECها امکان استفاده از محدوده ی وسیعی از مواد آلی قابل تجزیه را دارند. باقیمانده – های کشاورزی تا پسابهای حیوانی در این سیستمها استفاده شده و روند تولید انرژی و تصفیه آنها در این سیستمها بررسی گردیده است . علاوه بر این با توجه به آمارها و بررسی های انجام شده مشخص گردیده است که به طور مثال در کشوری مانند آمریکا ۸۰٪ از کل هزینه ی تصفیه آب و در حدود ۴۰٪ از کل الکتریسیته ی مصرفی مربوط به فرآیند تصفیه می باشد، در نتیجه استفاده کردن از MFCها و MECها برای استخراج بخشی از انرژی موجود در فاضلاب می تواند این امکان را فراهم کند که تجهیزات تصفیه ی آب به صورت خودکفا عمل کنند . این پتانسیل کاربردی برای جوامع ایزوله در کشورهای در حالی توسعه، که امکان اتصال به شبکه ی برقی را ندارند، می تواند بسیار موثر واقع شود. در همین راستا برای شتاب دادن به توسعه ی MFCها وMECها درجوامع توسعه یافته ودرحال توسعه باید این سیستم ها مورد حمایت واقع شوند.

1-1-مقدمه  2

MEC مکعبی شکل با غشا جدا کننده

MEC مکعبی شکل با غشا جدا کننده

فصل دوم:پیشینه ها و روشها 

۱-۲ – ۱- آند

موادی که در آند یک MFC بکار می روند باید رسانا بوده و با محیط میکروبی سازگار و از لحاظ شیمیایی نیز پایدار باشند. تمام فلزات غیر قابل خورده شدن مانند فولاد ضد زنگ امکان استفاده در این سیستمها را دارند .با اما فلزاتی مانند مس مناسب برای استفاده در این سیستمها نمی باشند. رایجترین و مناسب ترین مادهای که به عنوان الکترود آند در این سیستمها به کار میرود، کربن می باشد. کربنها به صورت صفحات گرافیتی، میلههای کربنی، گرانولی ها و فیبر کربنی وجود دارند و قابل استفاده در این سیستمها می باشند.

۱-۲ – ۳- کاند:

از آنجا که اکسیژن مناسب ترین و رایج ترین الکترون گیرندهای است که در MFCها وجود دارد، انتخاب نوع کاتد می تواند عملکرد سیستم را بسیار تحت تأثیر قرار دهد. با توجه به اینکه سینتیک کاهش اکسیژن بر روی کربن بسیار کند است، استفاده کردن از الکترودهای کرینی به عنوان کاتد بازده مناسبی ندارد. معمولاً برای بالا بردن سرعت کاهش اکسیژن، کاتالیست پلاتین روی صفحه ی کربنی به کار میرود . اما در سالهای اخیر استفاده از کاتالیستهای غیرفلزی بر روی کاتد مورد بررسی قرار گرفته است.

۱-۲ – ۵- طراحی و عملکرد پیلهای سوختی میکروبی:

طراحی ساختار پیل بر عملکرد آن تأثیر گذار است. در سالهای اخیر محققان طراحی های مختلفی جهت بهبود عملکرد پیل ارائه کردهاند. اما در یک دسته بندی کلی می توان این پیلها را از نظر ساختار به دو دسته تک محفظهای و دو محفظهای تقسیم نمود. در پیلهای دو محفظه ای، محفظه آند و کاتد به وسیله ی یک غشا که اجازه عبور پروتون را میدهد از هم جدا می شوند. در پیل های تک محفظهای کاتد به طور مستقیم در تماس با هوا قرار دارد و واکنشهای کاهش اکسیژن روی سطح آن رخ میدهد. در کنار این دستهبندی کلی، نوآوریها و تغییرات دیگری جهت بهبود عملکرد پیل و اقتصادی نمودن آن انجام گرفته است، جهت آشنایی و مطالعه بیشتر به فصل ۶ مرجع مراجعه شود.

2-1-پیل میکروبی سوختی (MFC)ا  6

2-1-1-اجزا و مواد مورد استفاده در پیل سوختی میکروبی  7

2-1-2-آند 7

2-1-3-کاتد  7

2-1-4-غشا  8

2-1-5-طراحی و عملکرد پیل های سوختی میکروبی  8

2-2-پیل الکترولیز میکروبی (MEC)ا  9

2-2-1-مقدمه ای بر پیدایش MECا  9

2-2-2-اجزا سیستم های MECا  12

2-2-3-میکرو اورگانیزمها  12

2-2-4-آند  14

2-2-5-کاتد  15

2-2-6-غشا  16

2-2-7-سیستم جمع آوری گاز  17

2-2-8-ساختار MECا 17

2-2-9-ولتاژ اعمالی  22

2-2-10-ترمودینامیک تولید هیدروژن 23

2-2-11-اندازه گیری میزان H2 در زمان طولانی  26

2-2-12-گزارش عملکرد  29

2-2-13-بازده هیدروژن (Hydrogen Yield)ا  29

2-2-14-بازیافت مولی هیدروژن  30

2-2-15-بازیافت هیدروژن کاتدی  31

2-2-16-بازده انرژی  31

2-2-17-دانسیته ی جریان  34

2-2-18-سرعت تولید هیدروژن  35

2-2-19-کاربردهای MECا  36

2-2-20-MEC برای تصفیه ی پساب  36

2-2-21-MEC ها برای تولید انرژی تجدیدپذیر  39

2-3-شیرابه چیست  40

2-3-1-روش های تصفیه شیرابه 41

2-3-2-روش های فیزیکی  41

2-3-3-روش های شیمیایی 41

2-3-4-روش های بیولوژیکی تصفیه شیرابه  42

2-3-5-بررسی نتایج بدست آمده از روش های تصفیه ی بیولوژیکی مختلف برای شیرابه  42

2-4-مروری بر تحقیق های گذشته  43

راکتور H-شکل

راکتور H-شکل

فصل سوم: مواد و روش ها 

۱-۲-۳- ساخت راکتور:

راکتور مورد استفاده راکتوری H- شکل بود که حجم هر یک از محفظه های آن ۲۵۰ میلیلیتر اتصال بین دو محفظه به صورت فلنج صورت گرفت. قطر هر یک از فلنجها ۳ سانتیمتر در نظر گرفته شد که محل قرار گرفتن غشاء در پیل میباشد. برای متصل کردن دو فلنج به یکدیگر که منجر به اتصال محفظه ی آند و کاتد به یکدیگر می شود ۲ دیسک از جنس پلی اتیلن طراحی شد. این دیسکها دارای قطر داخلی ۳ سانتیمتر و قطر خارجی ۵ سانتیمتر و ضخامت ۱/۳ سانتیمتر ساخته شدند. در پوسته ی این فلنج ها سه سوراخ برای قرار گرفتن پیچ ها تعبیه گردید. قبل از چسباندن غشاء در بین فلنج ها، دو دیسک در اطراف این فلنجها قرار داده شد و سپس با استفاده از چسب سیلیکون، غشاء به آنها چسبانده و سپس با استفاده از پیچ ها و مهرههایی که از بدنه ی دو دیسک عبور می کرد، دو سر فلنجها محکم به یکدیگر متصل شدند. برای اطمینان از آب بندی سیستم و عدم تبادل مایع در محفظههای آند و کاتد، بعد از چسباندن غشاء و بستن فلنج ها، هریک از محفظه ها به مدت ده ساعت پر از آب شد و خروج آب به محفظه ی دیگر و به خارج از سیستم مورد بررسی قرار گرفت.

3-3-5- وش جمع آوری داده:

برای اندازه گیری ولتاژ پیلی سو ختی میکروبی، یک دستگاه انتقال داده استفاده شد. دستگاه مذکور دارای ۱۲ پایانهای مثبت و منفی برای ثبت دادهای ۱۲ پیل به طور همزمان بود. پایانه ی دیگری برای اتصال دو سر ولت متر به دستگاه نیز تعبیه شد. ولت متر اتصالی به دستگاه انتقال داده، از طریق کابل به دستگاه کامپیوتر متصل گردید و ثبت اطلاعات در درون یک فایل Microsoft Office EXCell صورت پذیرفت. بدین منظور دو سر مقاومت به صورت موازی با دو سیم به پایانه های مثبت و منفی دستگاه انتقال داده، متصل شد. این دستگاه اطلاعات مربوط به ولتاژ را هر ۱۲ دقیقه یکبار از طریق دستگاه ولت متر به کامپیوتر منتقل نمود و در کامپیوتر این دادهها ثبت گردید. همچنین با توجه به پایین بودن تغییرات ولتاژ در طول زمان در نموداهای مذکور، ولتاژ در هر ساعت گزارش گردیده است.

۹-۳-۳- روش راه اندازی سیستم MEC

همانطور که در بخش قبل ذکر شد یکی از تفاوتهای اساسی پیل الکترولیز میکروبی و پیل سوختی میکروبی، در کاتد می باشد. کاتد بیهوازی پیل الکترولیز میکروبی، نحوه ی راه اندازی این سیستم را متفاوت میسازد. همانطور که ذکر شد؛ آند پیل، قبل از فاز MEC باید در فاز MFC سازگار شده و به ماکزیمم ولتاژ برسد. در این پروژه بعد از رسیدن پیل به ماکزیمم ولتاژ در حالت MIC، پیل به فاز MEC منتقل گردید. در این فاز محفظهای آند هیچ تغییری نمی کند اما محفظه ی کاتد باید به فرم بیهوازی تیدیل گردد. بدین منظور بعد از حذف اکسیژن دهی به محفظه ی کاتد، بافر فسفاتی با بافر جدید جایگزین شد و سپس گاز نیتروژن با خلوص ۹۹/۹۹ % به مدت ۲۰ دقیقه در درون محفظهای کاتد پخش گردید. بعد از اتمام نیتروژن زنی، درب محفظه ی آند بسته شد و پیل آمادهی راه اندازی گردید. درب محفظه ی آند همانطور که در شکل زیر مشخص می باشد، شامل یک لوله ی شیشه ای با سر فلنجی است که در انتهای آن یک سپتوم GC با بست به آن متصل شده است. این سپتوم محلی قرار گرفتن سوزن مربوط به ست سرم برای جمع آوری گاز می باشد. بعد از بستن درب، منبع تغذیه روی ولتاژ مورد نظر قرار داده شد و سر مثبت آن به آند و سر منفی آن به کاتد متصل گردید تا پتانسیل خارجی مورد نظر به دو سر پیل اعمال شود. یک مقاومت کوچک ۱۸ اهمی در سر راه مدار قرار داده شد تا با اندازه گیری ولتاژ دو سر آن، دانسیته ی جریان مدار بدست آید. بدین منظور یک سر مقاومت به سیم خارج شده از سر منفی منبع تغذیه متصل شد و سر دیگر آن بوسیله ی یک سیم سر سوسماری به کاتد متصل گردید. با اندازه گیری ولتاژ دو سر این مقاومت میزان جریان و نیز میزان افت اهمیک سیستم بدست آمد.

3-1-وسایل، دستگاه ها و مواد شیمیایی مورد استفاده  48

3-1-1-وسایل مورد استفاده  48

3-1-2-فاز MFCا  48

3-1-3-فاز MECا  49

3-1-4-مواد مورد استفاده  50

3-2-تهیه و آماده سازی مواد و تجهیزات مورد استفاده در دو فاز  51

3-2-1-ساخت راکتور  51

3-2-2-تهیه ی پساب  51

3-2-3-روش آماده سازی غشا  52

3-3-راه اندازی سیستم و آزمایش های انجام شده 53

3-3-1-فاز MFCا 53

3-3-2-راه اندازی سیستم MFCا  53

3-3-3-رقیق سازی پساب برای غلظت های مختلف  54

3-3-4-خوراک دهی MFCا  55

3-3-5-روش جمع آوری داده  55

3-3-6-روش بدست آوردن منحنی دانسیته ی توان   56

3-3-7-روش اندازه گیری CODا  56

3-3-8-فاز MECا  57

3-3-9-روش راه اندازی سیستم MECا  57

3-3-10-آزمایش ها با زمان ماند کوتاه  58

3-3-11-آزمایش ها با زمان ماند بلند مدت  58

3-3-12-روش اندازه گیری حجم گاز تولیدی  58

3-3-13-بی اثر کردن متانوژن ها در انتهای سیکلMECا  59

3-3-14-روش اندازه گیری CODا  59

راکتور تک محفظه ای بدون غشا

راکتور تک محفظه ای بدون غشا

فصل چهارم: نتایج و بحث 

۴- ۲- عملکرد پیل در زمان های ماند طولانی:

این آزمایش برای بررسی میزان تولید هیدروژن و حذف آلاینده ها در زمان ماند طولانی، در نظر گرقته شد. با توجه به اینکه احتمال تولید هیدروژن در غلظتهای اولیه ی COD برابر ۱۰۰ و ۱۰۰۰ میلی گرم بر لیتر در آزمایش مربوط به تعیین ولتاژ بهینه تأیید شده بود و نیز با توجه به عملکرد بهینه – ی پیلها در غلظتهای مذکور در قاز MFC این غلظت ها برای آزمایش طولانی مدت در قاز MEC مورد بررسی قرار گرفتند. از طرفی غلظت پایین منبع کربنی احتمال رشد بالای متانوژنها را کاهش می دهد و این مسئله انتخاب این دو غلظت را برای آزمایش در زمان ماند طولانی تر، که رشد متانوژنها در آن بیشتر است، تأیید می نماید. برای آداپته شدن میکرو اورگانیزمها به محیط جدید آند، پیلها به مدت ۱۴ روز در شرایط MFC با کاتد هوادهی شده قرار گرفتند و در انتهای روز ۱۴ ام نمودار پلاریزاسیون، منحنی ولتاژ – زمان و نیز منحنی دانسیته ی توان برای آن بدست آمده و در زیر برای هر COD به صورت مجزایی نشان داده شده است. میزان حذف آلاینده نیز برای این فاز بررسی شد و نتایج مربوط به آن در نمودار زیر آورده شده است. با توجه یه اینکه سطح کاتد برای دو پیل متفاوت می باشد، دانسیته ی توان جریان بر أساس سطح کاتد محاسبه شده است.

برنامه ی کلی تحقیق  61

4-1-بدست آوردن حداقل ولتاژ مورد نیاز  61

4-2-عملکرد پیل در زمان های ماند طولانی  64

4-2-1-فاز MFCا  65

4-2-2-نمدارهای مربوط به COD=100mg/l در پیل سوختی میکروبی  65

4-2-3-نمودارهای مربوط به COD=1000mg/l در پیل سوختی میکروبی  67

4-2-4-تحلیل نتایج فاز MFC برای دو پیل  69

4-2-5-فاز NECا  70

4-2-6-نمودارهای مربوط به پیل با COD اولیه ی 100mg/lا  70

4-2-7-نمودارهای مربوط به پیل با غلظت اولیه ی COD معادل 1000mg/lا  72

4-2-8-نتایج بازده کلمبیک هیدروژن  73

4-2-9-بازده تولید هیدروژن  74

4-2-10-بازیافت هیدروژن کاتدی  74

4-2-11-نتایج بدست آمده در فاز MEC برای دو غلظت COD=100mg/l و COD=1000mg/l ا 75

4-8-عملکرد پیل در زمان ماند کوتاه 81

4-8-1-فازMFCا  82

4-8-2-نمودارهای پلاریزاسیون برای غلظت های COD=500mg/l و COD=2000mg/l وCOD=10000mg/l و COD=20000mg/l ا  82

4-8-3-نمودارهای دانسیته توان-دانسیته ی جریان برای غلظت های های COD=500mg/l و COD=2000mg/l وCOD=10000mg/l و COD=20000mg/lا  83

4-8-4-نمودارهای ولتاژ مقاومت برای غلظت های های COD=500mg/l و COD=2000mg/l وCOD=10000mg/l و COD=20000mg/lا  83

4-8-5-نمودار حذف COD در غلظت های مختلف  84

4-8-6-تحلیل نتایج بدست آمده در فاز MFC برای دو پیل  85

4-10-1-فاز MECا  88

4-10-2-نمودارهای مربوط به دانسیته ی جریان بر حسب زمان  88

4-10-3-دانسیته ی جریان در COD=500mg/lا  88

4-10-4-دانسیته ی جریان در COD=2000mg/lا       89

4-10-5-دانسیته ی جریان در COD=10000mg/lا  89

4-10-6-دانسیته ی جریان در COD=20000mg/lا  90

4-11-1-مقدار هیدروژن تولیدی  92

4-11-2-حذف CODا 94

4-11-3-بازیافت هیدروژن کلمبیک  95

4-11-4-بازده تولید هیدروژن 96

4-11-5-بازیافت هیدروژن کاتدی  97

4-11-6-کل بازده حذف COD در طول سیکل MFC و MECا  98

4-11-7-روند تغییرات COD در انتهای سیکلMFC برای هر 6 غلظت  99

راکتور دیسکی دومحفظه ای

راکتور دیسکی دومحفظه ای

فصل پنجم

5-2- پیشنهادها:

– با توجه به این موضوع که غلظت آمونیاک در شیرابه بالا می باشد و این امر عملکرد سیستم را تحت تأثیر قرار میدهد و نیز با توجه به توانایی سیستم MEC در حذف آمونیاک از پساب، بررسی غلظت آمونیاک در محفظه ی آند حائز اهمیت می باشد.

 -با توجه با اهمیت پتانسیل آند در میزان تولید هیدروژن، بررسی این پتانسیل به صورت پیوسته در آند نقش مؤثری در ارزیابی نتایج ایفا می کند.

 -استفاده از روش جمع آوری گاز بهتر نظیر فلومتر گاز و یا کیسه ی جمع آوری گاز، که میزان هدر رفتهای هیدروژن را در سیستم کاهش می دهد نقشی اساسی در بهبود عملکرد سیستم دارد. -پیش تصفیه های فیزیکی و شیمیایی بر روی شیرابه در بهبود راندمان سیستم مؤثر می باشد.

-استفاده کردن از سطح بزرگتری برای کاتد که از تجمع هیدروژن بر روی سطح آن و افزایش مقاومت های انتقال جرمی، جلوگیری می کند راندمان بازیافت هیدروژن کاتدی را افزایش میدهد. لذا کاتد بزرگتر میتواند عاملی مهم در بهبود عملکرد سیستم به شمار آید.

-استفاده کردن از ساختارهای جدیدتر برای پیلی، که سطح غشا بیشتری را در اختیار قرار داده و

مقاومت درونی کمتری ایجاد می کند، نقش کلیدی در افزایش راندمان سیستم خواهد داشت.

نتیجه گیری و پیشنهاد ها  100

5-1-نتیجه گیری  101

5-2-پیشنهادها  103

مراجع  102

نمودار پلاریزاسیون برای پیل با COD

نمودار پلاریزاسیون برای پیل با COD

فهرست اشکال

شکل(2-1) راکتور-H شکل    18

شکل(2-2)MEC مکعبی شکل با غشا جداکننده      18

شکل(2-3) راکتور دیسکی دو محفظه ای        19

شکل(2-4)راکتور مکعب شکل MECا  20

شکل(2-5) راکتور تک محفظه ای بدون غشا   20

شکل(7-1) نمودار هیدروژن تولیدی بر حسب ولتاژ اعمالی در دو غلظت اولیه ی متفاوت  62

شکل(7-2) نمودار مربوط به مقدار هیدروژن تولیدی در ولتاژ اولیه ی 0.9 در دو غلظت اولیه  62

شکل(7-3) نمودار پلاریزاسیون برای پیل با COD=100mg/l ا 65

شکل(7-4) نمودار مربوط به دانسیته ی توان بر حسب دانسیته ی جریان برای پیل با COD اولیه ی 100mg/lا  65

شکل(7-5) نمودار ولتاژ بر حسب مقاومت برای پیل با COD= 100mg/lا   66

شکل(7-6) نمودار مربوط به مقدار COD محفظه ی آند قبل و بعد از MFCا  66

شکل(7-7) نمودار پلاریزاسیون برای پیل COD=1000mg/lا  67

شکل(7-8)  نمودار مربوط به دانسیته ی توان بر حسب دانسیته ی جریان برای پیل با COD اولیه ی 100mg/lا  67

شکل(7-9) نمودار ولتاژ بر حسب مقاومت برای پیل با COD=100mg/lا  68

شکل(7-10) نمودار مربوط به مقدار CODمحفظه ی آند قبل و بعد از MFCا  68

شکل(7-11) نمودار مربوط به دانسیته ی جریان بر حسب زمان COD= 100mg/l ا 70

شکل(7-12)  نمودار هیدروژن تولیدی بر حسب زمان برای COD=100mg/l ا 71

شکل(7-13) نمودار مربوط به حذف COD در محفظه ی آند قبل و بعد از MEC برای COD=100mg/lا 71

شکل(7-14) نمودار مربوط به دانسیته ی جریان بر حسب زمان COD=1000mg/lا  72

شکل(7-15) نمودار مقدار هیدروژن تولیدی بر حسب زمان برای COD=100mg/lا  72

شکل(7-16) نمودار مربوط به حذف COD در محفظه ی آند قبل و بعد از MEC برای COD=100mg/lا  73

شکل(7-17)نمودار مربوط به بازده کلمبیک هیدروژن در انتهای سیکل MECا  73

شکل(7-18) نمودارهای مربوط به بازده تولید هیدروژن  74

شکل(7-19) نمودار مربوط به بازیافت هیدروژن کاتدی  74

شکل(7-20) نمودار مربوط به COD در انتهای MEC  75

شکل(7-21) نمودار مربوط به منحنی پلاریزاسیون برای غلظت های مختلف  82

شکل(7-22)نمودارهای مربوط به دانسیته ی توان بر حسب دانسیته ی جریان  83

شکل(7-23) نمودار مربوط به ولتاژ بر حسب مقاومت  83

شکل(7-24) نمودار مربوط به مقدار COD محفظه ی آند در ابتدا و انتهای سیکل  84

شکل(7-25)  نمودار مقدار حذف COD در انتهای سیکل MFC برای4 غلظت مختلف  84

شکل(7-26) نمودار مربوط به دانسیته ی جریان بر حسب زمان در COD=500mg/lا  88

شکل(7-27)نمودار مربوط به دانسیته ی جریان بر حسب زمان در COD=2000mg/lا  89

شکل(7-28)نمودار مربوط به دانسیته ی جریان بر حسب زمان در COD=10000mg/lا       89

شکل(7-29)نمودار مربوط به دانسیته ی جریان بر حسب زمان در COD=20000mg/lا       90

شکل(7-30) نمودار مربوط به هیدروژن تولیدی در غلظت های مختلف  92

شکل(7-31) مقدار COD ابتدا وانتهای سیکل MECا  94

شکل(7-32) نمودار مربوط به حذف COD بر حسب مقادیر COD ورودی به پیل  94

شکل(7-33) نمودار بازیافت هیدروژن کلمبیک برای غلظت های مختلف  95

شکل(7-34) نمودار مربوط به بازده تولید هیدروژن  96

شکل(7-35) نمودار مربوط به بازیافت هیدروژن کاتدی در غلظت های مختلف  97

شکل(7-36) نمودار مربوط به میزان کل حذف COD از ابتدا تا انتهای فرآیند  98

شکل(7-37) نمودار مربوط به راندمان حذف COD در انتهای فاز MFCا   99

نمودار مربوطبه مقدار COD محفظه ی آند قبل وبعد از MFC

نمودار مربوطبه مقدار COD محفظه ی آند قبل وبعد از MFC

فهرست جداول

جدول (2-1) انرژی مورد نیاز و تولید انرژی در فرآیند های تصفیه   39

جدول (3-1) جدول مربوط به ویژگی های پساب  52


Abstract

Microbial Electrolysis is a new method for producing Biohydrogen from oxidation of organic materials by microorganisms. Generally, this process is depended on two different kinds of energy source containing Organic Material Oxidation by bacteria and Electricity. In this specific study, landfill leachate, extracted from ARADKOOH Tehran Iran was used as a carbon source and effective parameters in Microbial Electrolysis Cell were scrutinized for increasing the hydrogen production and efficiency of COD removal in wastewater. Two H-type rectors with 300 ml of volume in each side were used during the experiments. Various amount of voltages started with 0.4 (V), were tested in the system and it was observed that the minimum voltage for producing hydrogen is 0.9 (V) in this specific leachate. Moreover, the influence of two parameters containing Residence Time” and Initial Concentration of Wastewater” were scrutinized on the performance of Microbial Electrolysis Cell in minimum voltage which was derived from previous step. To study the Resident Time parameter, two sets of experiments were designed including the runs with long resident time as well as the other runs with short resident time. 22 days was considered as the time length in long resident time runs and in the other hand, 72 hours was considered in short resident time experiments. In the long cycle time studies the amount of produced hydrogen in two different initial COD (100 ppm and 1000 ppm) was scrutinized. The amount of produced hydrogen in the cell with 100 mg/l of initial COD concentration was 570 ml. Also a 56 percent of COD removal efficiency for organic pollutants was observed. Furthermore the amount of produced hydrogen in the cell with 1000 mg/l of initial COD concentration was measured 343 ml with 60 percent of COD removal efficiency. In short resident time cycle, the amount of produced hydrogen for 500 mg/l. 2000 mg/l, 10000 mg/l and 20000 mg/l of initial COD concentration were measured and the results are 100 ml, 389 ml, 284 ml and 286 ml respectively, Moreover the removal efficiency of organic pollutant for mentioned COD concentrations in that system were measured 19%. 21%. 30.5% and 33% respectively.


تعداد صفحات فایل : 110

مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf و word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید