استفاده از پیل سوختی میکروبی در اندازه گیری میزان BOD فاضلاب

مقدمه

آب مهم­ترین عامل زنده ­ماندن همه موجودات اعم از گیاهان، حیوانات و انسان­ ها است. گاهی در شرایط سخت انسان­ ها یا حیوانات بدون غذا چند روز زنده می­ مانند، اما بدون آب دوام زیادی نخواهند آورد. با ثابت ­بودن مقدار آب کره زمین در مقابل افزایش جمعیت و احتیاج روز افزون انسان­ ها ب ه آب، این امر موجب وابستگی به آب بیشتر می­ گردد که با گذشت زمان آب به شکل یک کالای کمیاب در می ­آید که این مساله کل جهان را درگیر خواهد کرد. به طوری که آمار حاکی از آن است که تا سال 2040 بیش از نیمی از مردم جهان با بحران جدی آب و کمبود منابع آبی مواجه هستند. در سال­ های اخیر به دلیل رشد جمعیت و توسعه صنعت، مصرف سرانه آب و به تبع آن تولید پساب­ هاي صنعتی افزايش چشمگیرب يافته­ است. به همین سبب، باتوجه به بحران­ آبی در جهان، مطالعه و ایجاد روش ­های مناسب تصفیه فاضلاب به منظور استفاده مجدد یا حذف آلودگی به یک زمینه مهم تبدیل شده ­است. در این مقاله، بیوسنسور MFC BOD، اصول کار آن، مزایا نسبت به روش‌های سنتی و کاربردهای بالقوه آن در نظارت بر فاضلاب، بررسی خواهد شد.

تشخیص شیمیایی آلاینده‌ ها با کمک بیوسنسورها

با توجه به نگرانی­ های عمده در خصوص سلامت انسان و محیط زیست در اثر ورود فاضلاب به منابع آبی، تکنیک ‌های متعددی برای تشخیص آلاینده ‌ها در فاضلاب توسط گروه‌های تحقیقاتی مختلف ارائه شده است. نظارت و مدیریت فاضلاب یک جنبه بحرانی از پایداری محیط زیست است. روش ‌های سنتی بررسی کیفیت آب به طور معمول شامل تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی زمان ‌بر و هزینه ‌بر است. تشخیص شیمیایی آلاینده‌ ها در خارج از سایت زمان‌ بر است، به همین سبب در سال­ های اخیر سیستم پایش آنلاین مورد توجه قرار گرفته­ اند، زیرا می‌ توانند سیستم‌ های هشدار اولیه آنلاین را برای اقدامات احتیاطی و راهکارهای به موقع ارائه دهند. از جمله سیستم ­های پایش آنلاین می ­توان به بیوسنسورها اشاره نمود.

بیوسنسورها به دلیل مزایایی همچون امکان حمل و نقل آسان، آنلان بودن و تعیین اثرات بیولوژیکی به عنوان ابزار تحلیلی مناسب برای پایش محیط زیست مورد توجه بسیاری قرار گرفته ­است. به طور معمول، بیوسنسورها شامل عناصر تشخیص بیولوژیکی و مبدل های فیزیکی هستند که پاسخ بیولوژیکی را به سیگنال الکتریکی، حرارتی یا نوری مرتبط با غلظت آنالیت ترجمه می کنند. اخیرا، ارزیابی آلاینده­ های فاضلاب توسط حسگرهای زیستی مبتنی بر پیل سوختی میکروبی به دلیل طراحی ساده و قیمت ارزان، برای نظارت سریع بر کیفیت فاضلاب مورد استفاده قرار گرفته ­است. به عنوان بیوسنسورهای مبتنی بر سلول، سلول‌های سوختی میکروبی برای نظارت بر محیط‌ زیست استفاده شده‌اند. MFC ها دستگاه­ هایی هستند که از میکروارگانیسم ­ها به عنوان کاتالیزور برای تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به انرژی الکتریسیته استفاده می­ کنند.

پارامتر BOD در فاضلاب

باکتری‌ های هوازی برای تجزیه مواد آلی موجود در فاضلاب، به میزان اکسیژن نیاز دارند. ارتباط مستقیمی بین مقدار مواد آلی و آلاینده در فاضلاب و افزایش BOD وجود دارد. بنابراین، BOD بالا نشانگر آلودگی شدید فاضلاب است. جهت کسب اطلاعات بیشتر در مورد پکیج های تصفیه فاضلاب با کارشناسان ما تماس حاصل نمایید.

اصول کار پیل سوختی میکروبی بر پایه بیوسنسور

بیوسنسور مطروحه بر اساس فناوری پیل سوختی میکروبی استوار است که از ترکیب میکروبیولوژی و الکتروشیمی برای تولید برق از مواد آلی در فاضلاب استفاده می‌کند. پیل های سوختی میکروبی شامل یک بخش آند و یک بخش کاتد هستند که توسط یک غشاء تبادل پروتون از هم جدا می‌ شوند. در بخش آند، میکروارگانیسم‌ ها مواد آلی را مصرف کرده و الکترون ‌ها را آزاد می ‌کنند. این الکترون ‌ها سپس از طریق یک مدار خارجی به بخش کاتد منتقل می‌ شوند و جریان الکتریکی تولید می ‌شود.

پیل سوختی میکروبی بر پایه بیوسنسور

از فناوری MFC برای اندازه‌گیری غلظت BOD در فاضلاب استفاده می ‌کند. هنگامی که میکروارگانیسم ‌ها در MFC مواد آلی را مصرف می ‌کنند، بیوسنسور BOD کاهش غلظت اکسیژن در فاضلاب را اندازه‌گیری می ‌کند. این کاهش به طور مستقیم به غلظت BOD مرتبط است و امکان نظارت به مدت زمان واقعی و مداوم بر کیفیت آب را فراهم می ‌کند. شرکت مهندسی کاشفان نیلفام با سابقه ای بیش از یک دهه فعالیت در زمینه طراحی پکیج تصفیه فاضلاب، ساخت پکیج تصفیه فاضلاب و بهره برداری تصفیه خانه فاضلاب آماده ارائه مشاوره به شما عزیزان می باشد.

مزایای پیل سوختی میکروبی بر پایه بیوسنسور

پیل سوختی میکروبی بر پایه بیوسنسور چندین مزیت نسبت به روش ‌های سنتی اندازه‌گیری BOD در نظارت بر فاضلاب دارد:

• نظارت در مدت زمان واقعی

برخلاف روش‌ های سنتی که نیازمند تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی هستند و ساعت ‌ها یا حتی روزها طول می ‌کشد تا نتایج به دست آید، پیل سوختی میکروبی بر پایه بیوسنسور نظارت به مدت زمان واقعی بر غلظت BOD را فراهم می ‌کند. این امکان را به دست می ‌دهد که تغییرات در کیفیت فاضلاب خروجی پکیج تصفیه فاضلاب را بلافاصله تشخیص داده و اقدامات به موقع صورت بگیرد.

• هزینه‌ های مقرون به صرفه

پیل سوختی میکروبی بر پایه بیوسنسور نیاز به تجهیزات گران قیمت و مواد شیمیایی ندارد که هزینه کل اندازه‌گیری BOD را کاهش می ‌دهد. علاوه بر این، قابلیت نظارت مداوم آن فراوانی نمونه ‌برداری دستی را کاهش می ‌دهد و همچنین در زمان و منابع صرفه جویی می ‌کند.

• دقت بالا

پیل سوختی میکروبی بر پایه بیوسنسور دقت بالایی در اندازه‌گیری سطوح BOD دارد. قابلیت نظارت به مدت زمان واقعی آن اطمینان می ‌دهد که تغییرات در کیفیت فاضلاب به طور فوری ثبت شوند و ارزیابی دقیق ‌تری از سطوح آلاینده ‌های آلی در فاضلاب ارائه شود.

کاربردهای بی پیل سوختی میکروبی بر پایه بیوسنسور در مدیریت فاضلاب

پیل سوختی میکروبی بر پایه بیوسنسور کاربردهای متعددی در مدیریت فاضلاب دارد:

• سیستم های هشدار اولیه

با ارائه پایش بی‌درنگ سطوح BOD پیل سوختی میکروبی بر پایه بیوسنسور می ‌تواند به عنوان یک سیستم هشدار اولیه برای تشخیص تغییرات ناگهانی یا افزایش سطح آلاینده ‌های آلی در فاضلاب عمل کند. این امر اجازه می دهد تا اقدامات سریع برای جلوگیری از آسیب های زیست محیطی انجام شود.

• بهینه سازی فرآیند

قابلیت‌ های نظارت مستمر پیل سوختی میکروبی بر پایه بیوسنسور، تصفیه خانه‌ های فاضلاب را قادر می‌ سازد تا فرآیندهای تصفیه را بهینه کنند. با نظارت دقیق سطوح BOD، اپراتورها می توانند تنظیماتی را برای فرآیندهای تصفیه در زمان واقعی انجام دهند و از عملکرد و کارایی مطلوب اطمینان حاصل کنند.

• ارزیابی اثرات زیست محیطی

پیل سوختی میکروبی بر پایه بیوسنسور را می توان برای ارزیابی اثرات زیست محیطی فعالیت های صنعتی بر روی بدنه های آبی استفاده کرد. با نظارت بر سطوح BOD در پساب تخلیه شده از تاسیسات صنعتی، تنظیم کننده ها می توانند از رعایت مقررات زیست محیطی اطمینان حاصل کنند و اقدامات لازم را برای کاهش هر گونه اثرات منفی انجام دهند.

نتیجه گیری

پیل سوختی میکروبی مبتنی بر بیوسنسور پیشرفتی در نظارت بر فاضلاب ارائه می دهد و اندازه گیری های لحظه ای و دقیق سطوح BOD را ارائه می دهد. مزایای آن نسبت به روش های سنتی، مانند مقرون به صرفه بودن، دقت بالا و پایداری، آن را به یک فناوری امیدوارکننده برای مدیریت فاضلاب تبدیل کرده است. حسگر زیستی MFC BOD با کاربردهای بالقوه خود در سیستم‌های هشدار اولیه، بهینه‌سازی فرآیند، ارزیابی اثرات زیست محیطی این پتانسیل را دارد که روش نظارت و مدیریت فاضلاب را متحول کند.