Investigation of domestic wastewater treatment and electricity generation using a two chambered microbial fuel cell with composite anode electrode

Abstract

Microbial fuel cell is a bioelectrochemical system that generate electricity with the oxidation of organicsubstrates by exoelectrogenic microorganisms. It can be said that the studies on microbial fuel cells(MFCs) are generally aimed to increase the amount of energy produced. In this study, domesticwastewater treatment was investigated by using a two-chamber microbial fuel cell. Ankara TatlarWastewater Treatment Plant influent water was used as substrate. In order to reduce the diffusionalresistance by reducing the distance between the anode and cathode electrode, the cathode chamberwas placed in the middle of the anode chamber. Anode and cathode chambers separated by Nafion 117membrane. In addition, an anode consisting of a stainless-steel mesh and a graphite supported catalysthas been developed to increase the electricity generation potential. During the experiment, themaximum voltage and the maximum power density values were obtained as 595 mV and 205.867mW/m2respectively. COD value is a criteria which indicates the waste treatment ability of the systems.For this experiment COD values of the wastewaster were measured both the beginning and the end ofthe experiment as 451 mg/L O2 and 361 mg/L O2. These results proved that the developed electrodestructure is at a comparable level with the values reported in the literature for two-chamber MFCstudies.

Mikrobiyal yakıt hücresi, ekzoelektrojenik mikroorganizmalar tarafından organik substratların oksidasyonu ile elektrik üreten bir biyoelektrokimyasal sistemdir. Mikrobiyal yakıt pilleri (MYH) üzerine yapılan çalışmaların genel olarak üretilen enerji miktarını artırmaya yönelik olduğu söylenebilir. Bu çalışmada, iki bölmeli bir mikrobiyal yakıt hücresi kullanılarak evsel atıksu arıtımı araştırılmıştır. Substrat olarak Ankara Tatlar Atıksu Arıtma Tesisi giriş suyu kullanılmıştır. Anot ve katot elektrotu arasındaki mesafeyi azaltarak difüzyon direncini düşürmek için katot bölmesi anot bölmesinin ortasına yerleştirilmiştir ve bu bölmeler Nafion 117 membranı ile ayrılmıştır. Ayrıca elektrik üretim potansiyelini artırmak için paslanmaz çelik kafes ve grafit destekli bir anot elektrodu geliştirilmiştir. Deney sırasında maksimum voltaj 595 mV ve maksimum güç yoğunluğu değerleri 205.867 mW/m2 olarak elde edilmiştir. KOİ değeri, sistemlerin atıksu arıtma kabiliyetini gösteren bir kriterdir. Bu deney için atıksuların KOİ değerleri deney başlangıcında ve sonunda 451 mg/L O2 ve 361 mg/L O2 olarak ölçülmüştür. Bu sonuçlar, geliştirilen elektrot yapısının iki bölmeli MYH çalışmaları için literatürde bildirilen değerlerle karşılaştırılabilir düzeyde olduğunu kanıtlamıştır.