تصفیه پساب نفتی و تولید جریان الکتریکی با استفاده از پیل سوختی میکروبی تک محفظه ای به صورت ناپیوسته
چکیده
این پژوهش به بررسی تصفیه و تولید توان از پساب نفتی پالایشگاه اصفهان با استفاده از پیل سوختی میکروبی تک محفظه-ای می¬پردازد. پساب¬های نفتی شامل هیدروکربن¬های محلول در آب مانند تولوئن، بنزن، فنول و آلکان¬های شاخه دار است. این ترکیب¬های سخت تجزیه پذیر برای محیط زیست خطرناک و مضر هستند. تصفیه بیولوژیکی هوازی و بی¬هوازی به عنوان روش-های معمول در تصفیه به کار گرفته می¬شوند. در این پژوهش از یک پیل سوختی میکروبی تک محفظه¬ای حلقوی به صورت ناپیوسته استفاده شد. بدنه پیل سوختی میکروبی از جنس پلکسی گلاس ساخته شد. حجم کل محفظه پیل سوختی حدود 90 سانتیمتر مکعب بود. پیل سوختی میکروبی تک محفظه¬ای حلقوی از یک استوانه به ارتفاعcm 3 ، قطر داخلیcm 1/7 و قطر خارجی cm 9 ساخته شده است. آند پیل سوختی از جنس استیل ضد زنگ با مش400 و به اندازه cm 57 × cm 2 انتخاب شد و برای افزایش رسانایی، آند با رنگ¬های گرافیتی و مسی پوشش دهی شد. از پارچه¬ کربنی (cm 5/11×cm 3) برای ساخت کاتد استفاده شد. از کربن پلاتین 40% برای ساخت کاتالیست و از محلول نفیون 5% به عنوان غشای تبادل یون استفاده شد. بعد از پوشش دهی آند با رنگ های گرافیتی و مسی، آند به¬صورت حلقوی به دور کاتد پیچانده شد. از لجن بی هوازی تصفیه خانه فاضلاب شمال اصفهان و آب نهر کشاورزی به عنوان منابع میکروارگانیسم استفاده شد. این لجن¬ها به مدت 95 روز با مواد ویتامینه و مواد معدنی و پساب نفتی که تأمین کننده منابع معدنی و آلی میکروارگانیسم¬ها هستند، خوراک دهی شد. پساب نفتی دارای اکسیژن خواهی شیمیایی حدود 6000 میلی¬گرم بر لیتر بود که برای کاهش زمان مرحله تأخیر فاز در تشکیل زیست لایه، پساب نفتی بعد از رقیق سازی به اکسیژن¬خواهی شیمیایی 1290 میلی¬گرم بر لیتر رسید. فاصله مناسب بین الکترودهای آند و کاتد حدود 8/0 سانتیمتر و مقدار ph مناسب برای میکروارگانیسم¬ها بین 5/6 تا 8 انتخاب شد، که با استفاده از تست ولتاژ مدار باز به دست آمد. بیشینه ولتاژ مدارباز برای آند گرافیتی 767 میلی¬ولت و برای آند مسی 572 میلی¬ولت به¬دست آمد. در این مطالعه بیشینه چگالی توان برای آند گرافیتی وآند مسی به ترتیب 5/7 و 4 وات بر متر مکعب به دست آمد. همچنین بیشینه شدت جریان برای پیل سوختی میکروبی با آند گرافیتی و مسی به ترتیب 6/2 و 54/1 میلی¬آمپر در مقاومت 100 اهم به¬دست آمد. عملکرد پیل سوختی میکروبی به عنوان مولد برق بر مبنای رفتار پلاریزاسیون و پتانسیل های پیل نشان داده شده است. مقاومت درونی پیل سوختی میکروبی با آند گرافیتی حدود 100 اهم و برای آند مسی حدود 200 اهم بود. با بررسی کاهش اکسیژن¬خواهی شیمیایی و بیوشیمیایی مورد نیاز مشخص گردید که برای آند با پوشش گرافیتی بعد از 72 ساعت اکسیژن¬خواهی شیمیایی حدود 7/91% و اکسیژن¬خواهی بیوشیمیایی پنج روزه حدود 90% کاهش پیدا کرده است، همچنین برای آند با پوشش مسی پس از 72 ساعت مقدار اکسیژن¬خواهی شیمیایی 3/83% و اکسیژن خواهی بیوشیمیایی پنج روزه حدود 6/82% کاهش پیدا کرد. بازدهی کلومبیک برای آند گرافیتی حدود 71/29% بود.