محیط زیست و مهندسی آب

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

بانک ها و نمایه نامه ها

اطلاعات آماری نشریه

فرایند پذیرش مقالات

پرسش‌های متداول

پیوندهای مفید

اخبار و اعلانات

فرمت مقاله

فرمها و فایلهای لازم

پرداخت هزینه

راهنمای استفاده از سایت مجله

اصول اخلاقی انتشار مقاله

سیاست دسترسی آزاد

اصول بایگانی

بررسی کارایی پیل نمک زدای میکروبی بیوکاتدی به طور هم‌زمان در فرآیند نمک زدایی و تصفیه فاضلاب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه علوم محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 استاد، گروه حرارت و سیالات، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

3 استاد، گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحدعلوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

در شرایط کمبود منابع آب شیرین، تصفیه آب‌های آلوده و نمک‌زدایی آب‌های شور و لب‌شور می‌تواند به‌عنوان یک مکانیسم دفاعی درست، به­کار گرفته شود. پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی پیل نمک­زدای میکروبی در مقیاس آزمایشگاهی به‌طور هم‌زمان جهت بررسی فرایند نمک‌زدایی و تصفیه فاضلاب انجام گرفت. بدین‌صورت که یک راکتور سه محفظه‌ای با استفاده از بیوکاتد لجن فعال و فاضلاب سنتتیک به دو روش منقطع و پیوسته در 4 زمان‌ماند مختلف با غلظت g/l ۳۵ نمک بررسی و مطالعه گردید. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، حداکثر آهنگ نمک‌زدایی و آهنگ کاهش EC به­ترتیب 3/52 و 1/51٪ در حالت پیوسته به­دست آمد. pH آنولیت در هر دو حالت منقطع و پیوسته به­ترتیب از 7 به 47/6 و 48/6 کاهش یافت. درصد حذف COD در حالت پیوسته در آنولیت و کاتولیت به­ترتیب 61 و 65% بیش­تر از حذف در حالت منقطع بود. همچنین نتایج حاصل از بررسی روابط آماری بین راندمان سیستم (آهنگ حذف COD، آهنگ نمک‌زدایی و آهنگ کاهش EC ) و زمان‌ماند هیدرولیک و سطح معناداری 05/0Sig<، رابطه مستقیم معناداری بین پارامترهای فوق نشان داد. بررسی روابط آماری بین راندمان سیستم و جریان هیدرولیک پیوسته و سطح معناداری 05/0Sig< نیز نشان داد بین پارامترهای فوق رابطه مستقیم معناداری وجود دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Performance Assessment of Bio-Cathode Microbial Desalination Cell for Simultaneous Desalination and Wastewater Treatment

نویسندگان [English]

  • Avin Habibi 1
  • Madjid Abbaspour 2
  • Amir hossein Javid 3
  • Amir hessam Hassani 3

1 PhD Scholar, Department of Environmental Science, Faculty of Environment & Natural Recourses, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

2 Professor, Department of Heat and Fluids, Faculty of Mechanic, Sharif University of Technology, Tehran, Iran

3 Professor, Department of Environmental Engineering, Faculty of Environment and Natural Recourses, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Under fresh water shortage conditions, polluted water treatment and brackish water desalination could be a correct defense mechanism in this situation. In the present study, Microbial Desalination Cell (MDC) performance was tested on a laboratory scale to investigate the desalination process and wastewater treatment. The experiments were designed in a three-chamber reactor using activated sludge as bio-catholyte and synthetic wastewater in four different hydraulic retention times and 35 g/l NaCl concentration in two functional mods (batch & continuous). According to the results, maximal salt removal and EC reduction rate of about were obtained in continuously fed mode, respectively. The anolyte pH in both batch and continuous modes dropped from 7 to 6.47 and 6.48 respectively. The chemical oxygen demand (COD) removal values in the continuous mode were 61 and 65% in the anolyte and catholyte respectively, higher than those of fed-batch MDC. Moreover, the result of examining indicated the statistical relationship between system efficiency (salt removal, COD removal, and EC reduction rate) and hydraulic retention time and also between system efficiency and hydraulic flow. On the other hand there is a significant level (Sig< 0.05) which represents direct relationship between the above parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Activated sludge
  • Bio-Fouling
  • Bio-cathode
  • Hydraulic Retention Time
  • Microbial Desalination Cell
مراجع
Berman, T., Mizrahi, R. and Dosoretz, C. G. (2011) Transparent exopolymer particles (TEP): A critical factor in aquatic biofilm initiation and fouling on filtration membranes. Desal., 276, 184-190.
Bigas, H. (2012). The global water crisis: Addressing an urgent security issue. United Nations University-Institute for Water, Environment and Health. 19-21.
Brastad, K. S. and He, Z. (2013). Water softening using microbial desalination cell technology. Desal., 309, 32-37.
Cao, X. X. Huang, P. Liang, K. Xiao, Y. J. Zhou, X. Y. Zhang, B. and Logan, E. (2009) A new method for water desalination using microbial desalination cells, Environ. Sci. Technol., 43(18), 7148–7152.
Chen, S., Luo H., Hou Y., Liu G., Zhang R. and Qin B., (2013). Comparison of the removal of monovalent and divalent cations in the microbial desalination cell. Front. Environ. Sci. Eng., 9, 317-323. doi: 10.1007/s11783-013-0596-y
Ebrahimi, A., Najafpour, G. D. and Yousefi Kebria, D. (2017). Effect of batch vs. Continuous mode of operation on microbial desalination cell performance treating municipal wastewater. Iran. J. Hydrogen Fuel Cell, 4, 281- 290. doi: 10.22104/ijhfc.2016.473
Elmakawy, A., Hegab, H. and Deepak, P. )2014(. The near-future integration of microbial desalination cell with Reverse Osmosis technology. Energy Environ. Sci., 7, 3921-3933.
Gude, V. G., Nirmalakhandan, N., and Deng, S. (2010). Renewable and sustainable approaches for desalination. Renew. Sustain. Energy Rev., 14(9), 2641 -2654.
Habibi, A., Abbaspour, M., Javid, A. H.  and Hassani, A. H. (2020). An investigation on using MDCs for an efficient desalination process as pretreatment of reverse osmosis. J. Water Suppl. Res. Technol., AQUA, 4, 322 – 331. doi:10.2166/aqua.2020.073
Haiping L., Pei X., Timberley M. Roane, P. E. and Jenkins, Z. R. (2012). Microbial desalination cells for improved performance in wastewater treatment, electricity production and desalination. Bioresour. Technol., 105, 60-66. doi: 10.1016/j.biortech.2011.11.098
Huang J., Ewusi-Mensah, D., Eyram N. (2017). Microbial desalination cells technology: a review of the factors affecting the process, performance and efficiency. Desal. Wastewater Treat., 87, 140 -159.

Jacobson, K. S., Drew, D. M. and Zhen H. (2011). Use of a liter-scale microbial desalination cell as a platform to study bioelectrochemical desalination with salt solution or artificial seawater. Environ. Sci. Technol. 2011, 45, 10, 4652-4657. doi: 10.1021/es200127p

Kim, Y. and Logan, B. E. (2013). Microbial desalination cells for energy production and desalination. Desal., 308, 122-130.
Knust, K. N., Hlushkou D., Anand R. K., Tallarek U., Crooks R. M., (2013). Electrochemically mediated seawater desalination. Angewandte Chemie International Edition, 52, 8107-8110.
Kokabian and Gude, (2015). Sustainable photosynthetic biocathode in microbial desalination cells. Chem. Eng. J., 262, 958-965.
Li Y., Styczynski J., Huang Y. Xu. Z., Mccutcheon J. and Li B. (2017). Energy-positive wastewater treatment and desalination in an integrated Microbial desalination cell (MDC)- Microbial electrolysis cell (MEC). Appl. Energy, 163, 352-360.
Logan, B. E. (2008). Microbial fuel cells. Wiley – Inter-Science. 125pp.
Luo, H., Xu, P., Jenkins, P. E. and Ren, Z. (2012). Ionic Composition and transport mechanisms in microbial desalination cells, J. Membr. Sci., 409, 16-23.
Mahdi, A. A. (2016), Study of the desalination efficiency for different configurations of microbial desalination cell (MDC). Institute of Water & Environment, Al-Azhar University-Gaza, 57-59.
Mehanna, M., Tomonori S., Jingling Y., Hichner, M., Cao, X., Huang X. and Logan, B. E. (2010). Using microbial desalination cells to reduce water salinity prior to Reverse Osmosis. Energy Environ. Sci., 3, 1114-1120.
Meng F., Jiang J., Zhao Q., Wang K., Zhang G., Fan Q., Wei L., Ding J. and Zheng Z., (2014). Bio electrochemical desalination cell and electricity generation in microbial desalination cell with dewatered sludge as fuel. Bioresour. Technol., (157) 120. doi:10.1016/j.biortech.2014.01.056
Ping, Q., Porat, O., Dosoretz, C. and He, Z. (2016) Bioelectricity inhibits back diffusion from the anolyte into the desalinated streams in microbial desalination cells. Water Res., 88, 266-273. doi: 10.1016/j.watres.2015.10.018
Qu, Y., Yujie F., Jia L., Weihua H., Xinxin S., Qiao Y., Jiangwei, L. and Logan, B. E., (2013). Salt removal using multiple microbial desalination cells under continuous flow conditions. Desal., 318, 17-22.
 Ragab, M.,  Elawwad, A. S. and  Abdel-Halim, H., (2019). Evaluating the performance of microbial desalination cells subjected to different operating temperatures. Desal., 462, 56-66.
Sevda, S., Abu-reesh, I. M., Yuan, H. and He, Z. (2017). Bioelectricity generation from treatment of petroleum refinery wastewater with simultaneous seawater desalination in microbial desalination cells. Energy Conver.  Manage., 141, 101- 107. doi : 10.1016/j.enconman.2016.05.050
Sophia, A. C. and Bhalambaal, V. M., (2015). Utilization of coconut shell carbon in the anode compartment of microbial desalination cell (MDC) for enhanced desalination and bio-electricity production. J. Environ. Chem. Eng., 3, 2768–2776.doi: 10.1016/j.jece.2015.10.026
Surya, E. A., Fachryan Z. and Prabaningtyas, R. K. (2015), The potency of three-chambered microbial desalination cells implementation as an alternative solution for energy conservation in Indonesia. New, Renewable Energy and Energy Conservation Conference and Exhibition,doi:10.18502/ken.v2i2.356
Sutzkover-Gutman, I.  and Hassan, D. (2010). Feed water pretreatment for desalination plants. Desal., 264, 289-296. Doi : 10.1016/j.desal.2010.07.014
Ter Heijne, A., Hamelers, H. V. M., Rozendal, R. A., Cees, J. and Buisman. N. (2006). A bipolar membrane combined with ferric iron reduction as an efficient cathode system in microbial fuel cells. Environ. Sci. Technol., 40, 5200-5205.
Wen, Q., Zhang, H., Chen, Z., Li, J. N. and Feng, Y. (2012). Using bacterial catalyst in the Cathode of microbial desalination cell to improve wastewater treatment and desalination. Bioresour. Technol., 125, 108-113 doi: 10.1016/j.biortech.2012.08.140
محیط زیست و مهندسی آب
دوره 8، شماره 2
تیر 1401
صفحه 481-495
فایل ها
سابقه مقاله
  • تاریخ دریافت: 18 فروردین 1400
  • تاریخ بازنگری: 31 خرداد 1400
  • تاریخ پذیرش: 06 آبان 1400
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار