Development of microbial fuel cell as a sensor for analyzing quality of industrial wastewater

รายงานการวิจัยฉบับสมบูรณ์การพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์เพื่อใช้เป็นเซ็นเซอร์ตรวจคุณภาพน้ำเสียอุตสาหกรรม

การพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์เพื่อใช้เป็นเซ็นเซอร์ตรวจคุณภาพน้ำเสียอุตสาหกรรม

Name: Siriorn Boonyawanich

Organization : King Mongkut's Institute of Technology North Bangkok. Faculty of Applied Science

Email : siriorn2002@yahoo.com

LCSH: Microbial fuel cells

Classification :.LCCS: TP248.27.M53

LCSH: Water -- Pollution

LCSH: Effluent quality

LCSH: Sewage -- Purification

LCSH: Detectors

LCSH: Biosensors

LCSH: Factory and trade waste

Noted: Grant Source King Mongkut's University of Technology North Bangkok 2018

Abstract: The membrane less, single chamber microbial fuel cell (SCMFC) was applied for measuring the polluted concentrations as a biosensor. Heat pretreated microbial seed was enriched and acclimated in a small volume of SCMFCs for two months. The SCMFCs were activated using different concentrations of wastewater to evaluate the relationship between COD concentrations with current outputs and the performance of the SCMFCs. The results showed that current outputs could be detected according to the synthetic wastewater (SW) concentrations from 25-1,000 mgCOD/L. There was the best correlation between COD concentrations with current outputs at 150 mgCOD/L. (R2=0.92) and the substrate removal efficiency was approximately 90 %. When the SCMFCs were fed with the distillery wastewater (DW), the results indicated that current outputs could be detected according to DW concentrations from 50-2,000 mgCOD/L. There was the best correlation between COD concentrations with current outputs at 1,200 mgCOD/L. (R2=0.97) and the substrate removal efficiency was approximately 60 %. Moreover, the research demonstrated the high repeatability of current outputs and regeneration ability after long starvation period in the distillery wastewater. Therefore, this SCMFCs is a device used for electricity generation and accomplished wastewater treatment. The influence of the high concentration of wastewater on the power generation and wastewater treatment in the SCMFCs was investigated. The results showed that the maximum current density was 2.36 mA/m-2 and power density was 39.21 mW/m-3 with an optimum concentration at 2,000 mgCOD/L of the DW. However, the current and power density were lower than the SW (152.5 mA/m-2 and 207.29 mW/m-3) with an optimum concentration at 3,500 mgCOD/L. The maximum soluble COD removal was 90.7 % (CE = 1.72 %, 1,500 mgCOD/L) of the SW and 62.2 % (CE = 8.77 %, 1,500 mgCOD/L) of the DW, respectively. The microbial communities on the anode and the cathode biofilms fed with the high concentration of the DW (4,000 mgCOD/L) operation were analyzed based on 454 pyrosequencing of the 16S rRNA gene by next generation sequencing technology. The results showed the dominant phylum of Proteobacteria (29%), Bacteroidetes (23%), Chlorobi (23%) and Firmicutes (9%) on the anode biofilm. The microbial community of the cathode biofilm was mainly similar to that on the anode in relation to Chlorobi (30.9%), Bacteroidetes (26.6%), Proteobacteria (25.9%) and Firmicutes (4.6%).

Abstract: งานวิจัยนี้เป็นการประยุกต์ใช้เซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์ (microbial fuel cell) เพื่อพัฒนาเป็น เครื่องมือตรวจวัดค่ามลพิษทางน้ำ โดยอาศัยหลักการที่จุลินทรีย์ย่อยสลายสารอินทรีย์ภายใต้สภาวะ ไร้อากาศซึ่งสามารถบำบัดน้ำเสียและผลิตกระแสไฟฟ้าได้ กระแสไฟฟ้าที่ผลิต ได้นี้จะถูกนำมาแปลง เป็นค่ามลพิษทางน้ำโดยอาศัยความสัมพันธ์ที่เป็นสมการเส้นตรงซึ่งได้จากการทดลอง งานวิจัยนี้จะ ใช้เซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์แบบห้องเดี่ยวที่ไม่ใช้เยื่อเลือกผ่านในการทดลองและทำการปรับสภาพ จุลินทรีย์ก่อนที่จะเลี้ยงจุลินทรีย์ให้เกาะที่ขั้วแอโนดเป็นเวลาสองเดือน จากนั้นทำการทดลองหา ความสัมพันธ์ที่เป็นเส้นตรงระหว่างความเข้มข้นน้ำเสียกับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเพื่อศึกษา ความเป็นไปได้ในการนำเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์ไปใช้เป็นอุปกรณ์ตรวจวัดสารอินทรีย์ในน้ำเสียแบบ เรียลไทม์ ผลการวิจัยพบว่าเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ตามความเข้มข้นน้ำเสียสังเคราะห์จากต่ำไปสูงในช่วง 25-1,000 มก.ซีโอดี/ลิตร โดยความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้น ซีโอดีน้ำเสียกับกระแสไฟฟ้าที่เป็นสมการเส้นตรงอยู่ที่ 150 มก.ซีโอดี/ลิตร (R2= 0.92) ประสิทธิภาพ ในการกำจัดสารอินทรีย์มากกว่า 90 % ในขณะที่เซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ตามความเข้มข้นน้ำเสียกากส่าจากต่ำไปสูงในช่วง 50-2,000 มก.ซีโอดี/ลิตร โดยความสัมพันธ์ ระหว่างความเข้มข้นซีโอดีน้ำเสียกับกระแสไฟฟ้าที่เป็นสมการเส้นตรงอยู่ที่ 1,200 มก.ซีโอดี/ลิตร (R2= 0.97) ส่วนประสิทธิภาพในการกำจัดสารอินทรีย์มากกว่า 60 % เมื่อศึกษาอิทธิพลความเข้มข้น น้ำเสียที่เพิ่มขึ้นต่อปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้ พบว่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูงสุดคือ 2.36 มิลลิแอมป์/ตร.ม. และกำลังไฟฟ้าสูงสุดเท่ากับ 39.21 มิลลิวัตต์/ลบ.ม. ที่ความเข้มข้นน้ำเสียกากส่า 2,000 มก. ซีโอดี/ลิตร อย่างไรก็ตามความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูงสุดและกำลังไฟฟ้าสูงสุดที่ผลิตได้ ค่อนข้างต่ำกว่าน้ำเสียสังเคราะห์ที่ความเข้มข้น 3,500 มก.ซีโอดี/ลิตร (152.20 มิลลิแอมป์/ตร.ม. และ 207.29 มิลลิวัตต์/ลบ.ม.) ส่วนการกำจัดซีโอดีละลายน้ำสูงสุดในน้ำเสียสังเคราะห์และน้ำเสีย กากส่าคือ 90.7 % (CE = 1.72 % ที่ 1,500 มก.ซีโอดี/ลิตร) และ 62.2 % (CE = 8.77 % ที่ 1,500 มก.ซีโอดี/ลิตร) ตามลำดับ เมื่อวิเคราะห์ประเภทกลุ่มประชากรจุลินทรีย์ที่ทำงานในเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์โดยเทคนิค next generation sequencing ด้วยเทคนิค 454 pyrosequencing ของยีน 16S rRNA พบว่า จุลินทรีย์บนขั้วไฟฟ้าแอโนดที่ทดลองด้วยน้ำเสียกากส่าคือ Proteobacteria (29 %) Bacteroidetes (23 %) Chlorobi (23 %) และ Firmicutes (9 %) ส่วนกลุ่มจุลินทรีย์ที่อยู่บนขั้วไฟฟ้าแคโทดคือ Chlorobi (30.9 %) Bacteroidetes (26.6 %) Proteobacteria (25.9 %) และ Firmicutes (4.6 %) จากการทดลองสรุปได้ว่าเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์สามารถพัฒนาเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าไป พร้อมกับบำบัดน้ำเสียที่มีสารอินทรีย์เป็นองค์ประกอบหลักและยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้เป็น อุปกรณ์เพื่อตรวจวัดสารอินทรีย์แบบออนไลน์ได้

King Mongkut's University of Technology North Bangkok. Central Library

Address: BANGKOK

Email: library@kmutnb.ac.th

Name: King Mongkut's University of Technology North Bangkok

Role: funding agency

Created: 2018

Modified: 2564-03-19

Issued: 2021-03-19

งานวิจัย/Research report

application/pdf

eng

©copyrights King Mongkut's University of Technology North Bangkok

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	B17498387.pdf	3.66 MB

ใช้เวลา

0.031324 วินาที