Bioelectricity production and wastewater treatment using a microbial fuel cell Domestic wastewater and dairy wastewater
Kelechi,Agomuoh Paul
Bioelectricity production and wastewater treatment using a microbial fuel cell Domestic wastewater and dairy wastewater Agomuoh Paul Kelechi; Supervisor: Hatice Erkurt - Nicosia Cyprus International University 2013 - XI, 99 p. pic., tab. 30.5 cm
CD Adı/Name:Bioelectricity production and wastewater treatment using a microbial fuel cell: Domestic wastewater and dairy wastewater
Includes references (94-97 p.)
CHAPTER 1 1 Introduction to Fuel cells 1 Bioelectrochemical Systems 3 Microbial fuel cell technology and Energy production from wastewater 6 Exoelectrogens 8 Electron transport mechanism in exoelectrogens 9 Direct Electrons Transfer 9 Mediated Electron Transfer via Electron shuffles 10 Microbial Nanowire or Pilli 10 Electron Transfer via Conductive Biofilm 10 Advantages of Microbial Fuel cell Technology 11 Limitations facing Microbial Fuel cell Technology 13 Aims and Objectives of this Research 13 Significance of this Researh 14 CHAPTER 2 15 LITERATURE REVIEW 15 Bioelectricity production from different subtrates using Microbial Fuel cells 15 Microbial Fuel Cells using Mixed cultures and ısolated strains of Bacteria 17 Microbial Fuel Cell Architecture and Design 21 CHAPTER 3 24 Instruments 24 Hach Lange Portable spectrophotometer 24 Working principle of Digital Multimeter 24 Digital Multimeter 27 Working principle of Digital Multimeter 27 Scanning Electron Microscope 28 Working Principle of Scanning Electron Microscope 29 pH meter and Probe 32 Working Principle of Scanning Electron Microscope 32 Bod Oxitop Device 33 Working Principle 33 Bod Oxitop Device 32 Working Principle 33 Total Nitrogen Measuring Unit 34 Working Principle 34 CHAPTER 4 39 Materials and Methods 39 Microbial Fuel Cell Design and Configuration 39 The MFC Wastewaters 44 Domestic Wastewater 44 Dairy Wastewater 46 Wastewater Analytical Methods 50 pH 50 TSS 50 COD Test 51 BOD 5 52 TN/TOC/IC/TC 53 Testing and Running the Cells 53 Precautions and Challenges faced 54 Precautions taken during testing and running the MFC 55 CHAPTER 5 57 RESULTS AND ANALYSIS 57 DOMESTICS WASTE WATER RESULTS (MFC 1) 58 DAIRY WASTE WATER 1 RESULTS (MFC 2) 65 DAIRY WASTE WATER 2 RESULTS(MFC 2/2) 71 Comparison Data Analysis with Graphs 77 MFC 1 (Domestic wastewater) VS MFC 2(Dairy wastewater 1) 77 MFC 1 (Domestic wastewater) VS MFC 2/2 (Dairy wastewater 2) 82 MFC 2 (Dairy wastewater 1) VS MFC 2/2 (Dairy wastewater 2) 86 Microscopic Analysis of Graphite Electrodes 89 Chapter 6 92 Conclusions 92 REFERENCES 94
'Abstract Two wastewaters, Domestic wastewater and Dairy wastewater were used as inoculums in the operation of mediator-less Double chamber Microbial fuel cells operated in batch mode in the laboratory. The Microbial fuel cells were tested for voltage, current, power density, current density and Cod removal to determine which gave the best results in terms of Bioelectricity Generation and Cod removal. One MFC was inoculated with Domestic wastewater, while two MFC's were inoculated with Dairy wastewater. All MFC's were tested with a sample volume of 1800cm3, an electric circuit resistance of 220 ohms and operated for 5 days continuously in the laboratory. The first Dairy MFC (Dairy wastewater 1) produced the highest voltage with a maximum voltage of 12 millivolts, with the highest rate of voltage generation (dv/dt = 2.34), while the second Dairy MFC (Dairy wastewater 2) produced the second highest voltage of 5.8 millivolts, with the 2nd highest rate of Cod removal (dc/dt= 1.01) among the three MFC'S. The Domestic wastewater MFC had the lowest voltage generation of 2.1 millivolts and the highest rate of Cod removal with (dc/dt= -3.15). The results obtained proved that the first Dairy MFC (Dairy wastewater 1) had the highest concentration of exoelectrogenic bacteria hence its high voltage production, while the second Dairy cell had the average amount of exeoelectrogenic bacteria with a substantial amount of other anaerobic and facultative bacteria hence it's high Cod removal rate, while the Domestic MFC had the least amount of exeolectrogenic bacteria, hence its low voltage production, but the highest amount of other anaerobic and facultative bacteria , hence its very high cod removal.Keywords: Mfc, Exoelectrogenic, Cod, Power Density, Current Density Özet Laboratuvar ölçekli çift odalı kesikli Mikrobiyal Yakıt Pilleri sisteminde evsel ve süt fabrikası atık suyu aşı olarak kullanılmıştır. Mikrobiyal Yakıt Pillerinde voltaj, akım, güç yoğunluğu akım yoğunluğu ve Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) giderimi takip edilerek Biyoelektrik üretimi ve KOİ giderimi takip edilmiştir. Mikrobiyal Yakıt Pillerinin biri evsel atık su ile diğer ikisi süt fabrikası atık suyu ile aşılanmıştır. Mikrobiyal Yakıt Pillerinin üçünün de hacmi 1800 cm3 olup 220 ohms elektrik akımı kullanılarak laboratuvar koşullarında 5 gün sure ile çalıştırılmışlardır. Birinci süt fabrikası atık suyu ile aşılanmış Mikrobiyal Yakıt Pili ile en yüksek biyoelektrik üretimi (12 mV) ve biyoelektrik üretim hızı (dv/dt = 2.34) elde edilmiştir. İkinci süt fabrikası atık suyu ile aşılanmış Mikrobiyal Yakıt Pili ile ikinci en yüksek biyoelektrik üretimi (5.8 mV) ve ikinci en yüksek KOİ giderim verimi (dC/dt = 1.01) elde edilmiştir. Evsel atık su ile aşılanmış Mikrobiyal Yakıt Pili ile en düşük biyoelektrik üretimi (2.1 mV) fakat en yüksek KOİ giderim hızı (dc/dt= -3.15) saptanmıştır. Sonuçlar, en yüksek elektrik üreten bakteri derişiminin birinci süt fabrikası atık suyu ile aşılanmış olan Mikrobiyal Yakıt Pilinde oluştuğunu gösermektedir. İkinci süt fabrikası atık suyu ile aşılanmış Mikrobiyal Yakıt Pilinde ortalama miktarda biyoelektrik üreten bakteri oluşumu meydana gelmasine rağmen yüksek KOİ giderim verimini sağlayacak önemli miktarda anaerobic ve fakültatif anaerobic mikrorganizma gelişimi meydana gelmiştir. Deneysel sonuçlar, en düşük biyoelektrik üretimi ve en yüksek KOİ gideriminin saptandığı evsel atık su ile aşılanmış Mikrobiyal Yakıt Pilinde ise elektrik üreten bakteri miktarının çok düşük fakat fakültatif anaerobic ve anaerobic bakteri derişimlerinin en yüksek miktarda olduğunu göstermektedir. Tüm bu bulgular, biyoelektrik üreten bakteriler ile KOİ giderimi sağlayan fakültatif ve zorunlu anaerobik bakteriler arasında bir rekabet olabileceğini göstermektedir.'
Domestic Wastewater
Evsel Atıksu
Microbial fuel cell
Mikrobiyal yakıt hücresi
Bioelectricity production and wastewater treatment using a microbial fuel cell Domestic wastewater and dairy wastewater Agomuoh Paul Kelechi; Supervisor: Hatice Erkurt - Nicosia Cyprus International University 2013 - XI, 99 p. pic., tab. 30.5 cm
CD Adı/Name:Bioelectricity production and wastewater treatment using a microbial fuel cell: Domestic wastewater and dairy wastewater
Includes references (94-97 p.)
CHAPTER 1 1 Introduction to Fuel cells 1 Bioelectrochemical Systems 3 Microbial fuel cell technology and Energy production from wastewater 6 Exoelectrogens 8 Electron transport mechanism in exoelectrogens 9 Direct Electrons Transfer 9 Mediated Electron Transfer via Electron shuffles 10 Microbial Nanowire or Pilli 10 Electron Transfer via Conductive Biofilm 10 Advantages of Microbial Fuel cell Technology 11 Limitations facing Microbial Fuel cell Technology 13 Aims and Objectives of this Research 13 Significance of this Researh 14 CHAPTER 2 15 LITERATURE REVIEW 15 Bioelectricity production from different subtrates using Microbial Fuel cells 15 Microbial Fuel Cells using Mixed cultures and ısolated strains of Bacteria 17 Microbial Fuel Cell Architecture and Design 21 CHAPTER 3 24 Instruments 24 Hach Lange Portable spectrophotometer 24 Working principle of Digital Multimeter 24 Digital Multimeter 27 Working principle of Digital Multimeter 27 Scanning Electron Microscope 28 Working Principle of Scanning Electron Microscope 29 pH meter and Probe 32 Working Principle of Scanning Electron Microscope 32 Bod Oxitop Device 33 Working Principle 33 Bod Oxitop Device 32 Working Principle 33 Total Nitrogen Measuring Unit 34 Working Principle 34 CHAPTER 4 39 Materials and Methods 39 Microbial Fuel Cell Design and Configuration 39 The MFC Wastewaters 44 Domestic Wastewater 44 Dairy Wastewater 46 Wastewater Analytical Methods 50 pH 50 TSS 50 COD Test 51 BOD 5 52 TN/TOC/IC/TC 53 Testing and Running the Cells 53 Precautions and Challenges faced 54 Precautions taken during testing and running the MFC 55 CHAPTER 5 57 RESULTS AND ANALYSIS 57 DOMESTICS WASTE WATER RESULTS (MFC 1) 58 DAIRY WASTE WATER 1 RESULTS (MFC 2) 65 DAIRY WASTE WATER 2 RESULTS(MFC 2/2) 71 Comparison Data Analysis with Graphs 77 MFC 1 (Domestic wastewater) VS MFC 2(Dairy wastewater 1) 77 MFC 1 (Domestic wastewater) VS MFC 2/2 (Dairy wastewater 2) 82 MFC 2 (Dairy wastewater 1) VS MFC 2/2 (Dairy wastewater 2) 86 Microscopic Analysis of Graphite Electrodes 89 Chapter 6 92 Conclusions 92 REFERENCES 94
'Abstract Two wastewaters, Domestic wastewater and Dairy wastewater were used as inoculums in the operation of mediator-less Double chamber Microbial fuel cells operated in batch mode in the laboratory. The Microbial fuel cells were tested for voltage, current, power density, current density and Cod removal to determine which gave the best results in terms of Bioelectricity Generation and Cod removal. One MFC was inoculated with Domestic wastewater, while two MFC's were inoculated with Dairy wastewater. All MFC's were tested with a sample volume of 1800cm3, an electric circuit resistance of 220 ohms and operated for 5 days continuously in the laboratory. The first Dairy MFC (Dairy wastewater 1) produced the highest voltage with a maximum voltage of 12 millivolts, with the highest rate of voltage generation (dv/dt = 2.34), while the second Dairy MFC (Dairy wastewater 2) produced the second highest voltage of 5.8 millivolts, with the 2nd highest rate of Cod removal (dc/dt= 1.01) among the three MFC'S. The Domestic wastewater MFC had the lowest voltage generation of 2.1 millivolts and the highest rate of Cod removal with (dc/dt= -3.15). The results obtained proved that the first Dairy MFC (Dairy wastewater 1) had the highest concentration of exoelectrogenic bacteria hence its high voltage production, while the second Dairy cell had the average amount of exeoelectrogenic bacteria with a substantial amount of other anaerobic and facultative bacteria hence it's high Cod removal rate, while the Domestic MFC had the least amount of exeolectrogenic bacteria, hence its low voltage production, but the highest amount of other anaerobic and facultative bacteria , hence its very high cod removal.Keywords: Mfc, Exoelectrogenic, Cod, Power Density, Current Density Özet Laboratuvar ölçekli çift odalı kesikli Mikrobiyal Yakıt Pilleri sisteminde evsel ve süt fabrikası atık suyu aşı olarak kullanılmıştır. Mikrobiyal Yakıt Pillerinde voltaj, akım, güç yoğunluğu akım yoğunluğu ve Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) giderimi takip edilerek Biyoelektrik üretimi ve KOİ giderimi takip edilmiştir. Mikrobiyal Yakıt Pillerinin biri evsel atık su ile diğer ikisi süt fabrikası atık suyu ile aşılanmıştır. Mikrobiyal Yakıt Pillerinin üçünün de hacmi 1800 cm3 olup 220 ohms elektrik akımı kullanılarak laboratuvar koşullarında 5 gün sure ile çalıştırılmışlardır. Birinci süt fabrikası atık suyu ile aşılanmış Mikrobiyal Yakıt Pili ile en yüksek biyoelektrik üretimi (12 mV) ve biyoelektrik üretim hızı (dv/dt = 2.34) elde edilmiştir. İkinci süt fabrikası atık suyu ile aşılanmış Mikrobiyal Yakıt Pili ile ikinci en yüksek biyoelektrik üretimi (5.8 mV) ve ikinci en yüksek KOİ giderim verimi (dC/dt = 1.01) elde edilmiştir. Evsel atık su ile aşılanmış Mikrobiyal Yakıt Pili ile en düşük biyoelektrik üretimi (2.1 mV) fakat en yüksek KOİ giderim hızı (dc/dt= -3.15) saptanmıştır. Sonuçlar, en yüksek elektrik üreten bakteri derişiminin birinci süt fabrikası atık suyu ile aşılanmış olan Mikrobiyal Yakıt Pilinde oluştuğunu gösermektedir. İkinci süt fabrikası atık suyu ile aşılanmış Mikrobiyal Yakıt Pilinde ortalama miktarda biyoelektrik üreten bakteri oluşumu meydana gelmasine rağmen yüksek KOİ giderim verimini sağlayacak önemli miktarda anaerobic ve fakültatif anaerobic mikrorganizma gelişimi meydana gelmiştir. Deneysel sonuçlar, en düşük biyoelektrik üretimi ve en yüksek KOİ gideriminin saptandığı evsel atık su ile aşılanmış Mikrobiyal Yakıt Pilinde ise elektrik üreten bakteri miktarının çok düşük fakat fakültatif anaerobic ve anaerobic bakteri derişimlerinin en yüksek miktarda olduğunu göstermektedir. Tüm bu bulgular, biyoelektrik üreten bakteriler ile KOİ giderimi sağlayan fakültatif ve zorunlu anaerobik bakteriler arasında bir rekabet olabileceğini göstermektedir.'
Domestic Wastewater
Evsel Atıksu
Microbial fuel cell
Mikrobiyal yakıt hücresi