مناقشة ارطروحة دكتوراه في قسم الهندسة الكيمياوية

مناقشة اطروحة الدكتوراه الموسومة بـ (دراسة أداء خلية الوقود الميكروبية لمعالجة مياه الصرف الصحي وتوليد الكهرباء) والمقدمة من قبل الطالب (حيدر عبد الرزاق وهيب) في جامعة بغداد / كلية الهندسة / قسم الهندسة الكيمياوية وقد أشرف على إعداد الاطروحة (أ.د احمد فائق حسن) وتألفت لجنة المناقشة من

أ.د حسن فرهود مكي / رئيساً / جامعة بغداد-كلية الهندسة/قسم الهندسة الكيمياوية

أ.م.د سرمد طالب نجم / عضواً / جامعة النهرين-كلية الهندسة/قسم الهندسة الكيمياوية

أ.م.د أسرار عبد الله حسن / عضواً / جامعة بغداد-كلية الهندسة/قسم الهندسة الكيمياوية

أ.م.د أثير محمد غالب / عضواً / جامعة بغداد-كلية الهندسة/قسم الهندسة الكيمياوية

أ.م.د فرات ياسر شراد / عضواً / جامعة المثنى-كلية الهندسة/قسم الهندسة الكيمياوية

أ.د احمد فائق حسن / مشرفاً / جامعة بغداد-كلية الهندسة/قسم الهندسة الكيمياوية

المستخلص

خلية الوقود الميكروبية (MFC) وخلية الوقود الميكروبية التناضحية (OsMFC) هي أجهزة تستخدم الكائنات الحية الدقيقة كمحفز بيولوجي لمعالجة مياه الصرف الصحي وإنتاج الطاقة الكهربائية والمياه النظيفة. في هذا العمل تم إنشاء تصميم مبتكر لخلية الوقود الميكروبية التي تتكون من خمس غرف. تم استخدام أقطاب الجرافيت كقطب كاثود وأنود لدراسة تأثير عوامل التشغيل الكاثودية والأنودية بشكل منفصل على أداء خلية الوقود الميكروبية. تضمنت عوامل التشغيل التي تم دراستها مساحة سطح القطب الكاثود (١٥٦-٩٣٦ سم ٢) والمسافة بين قطب الكاثود وحجرة الانود (٣-٩ سم)، تركيز الملح المستخدم في محلول الكاثود (٢.٥-٣٥ غم كلوريد الصوديوم / لتر) وأنواع الملح مستخدم في محلول الكاثود (Na_٢SO_٤ وKCl وNaCl)، والمقاومة الخارجية المستخدمة (٤٠-١٠٠٠ أوم) كحمل كهربائي. وكذلك تم استخدام الأوزون بدلاً من الهواء للتحقيق في تحسين الأداء الكاثودي. تم استخدام أربعة أنواع من الأغشية (غشاء التبادل الكاتيوني (CEM)، وثلاثي أسيتات السليلوز (CTA)، والغشاء المركب الرقيق (TFC)، وغشاء تبادل البروتون (PEM)) لدراسة المقارنة بين MFC وOsMFC.

أظهرت النتائج أن الزيادة في مساحة سطح القطب السالب كان لها تأثير ملحوظ في زيادة توليد الطاقة الكهربائية، في حين أن الزيادة في مسافة القطب كان لها تأثير معاكس. كانت كثافة الطاقة الكهربائية الأعلى ٢٣.٠٥١ مللي واط / م٢ لمساحة سطح الكاثود البالغة ٩٣٦ سم٢ و٩.٣٠٣ مللي واط / م٢ عند أقرب مسافة قطب كاثود تبلغ ٣ سم من الغشاء. عند تركيز محلول الكاثود المنخفض البالغ ٢.٥ غم كلوريد الصوديوم / لتر، أنتجت MFC طاقة كهربائية أعلى تبلغ ٩.١٢١ مللي واط / م٢. أنتج محلول Na_٢SO_٤ كمحلول كاثود ذو أعلى موصلية كهربائية تبلغ ٩.١٤ مللي سيمنز/ سم أعلى كثافة طاقة كهربائية تبلغ ٣.٠٦٨ مللي واط / متر مربع. أدى استخدام الأوزون إلى تحسين الأداء الكاثودي وتوليد طاقة كهربائية تبلغ ٣١.٨١٨ مللي واط/ م٢، وهو ما يزيد بنحو ١٥ مرة عن استخدام الأكسجين المذاب.

بالنسبة لدراسة الأداء الكاثودي، أوضحت النتائج أن PEM أثر بشكل كبير على توليد الطاقة الذي زاد إلى ٢٠.٤٩٢ مللي واط / م٢. أدى استخدام غشاء CTA، الذي كان له أعلى نفاذية مياه، إلى زيادة إنتاج الماء إلى ١٧٨.١٦ غم / يوم. لدراسة الأداء الانودي، أثر تدفق الملح العكسي وتدفق الماء عبر الغشاء على قيمة التوصيل الكهربائي لمحلول الانود وزاد من إنتاج الطاقة الكهربائية. أدى استخدام غشاء CTA في OsMFC إلى زيادة التوصيل الكهربائي لمحلول الانود إلى ٢.٩٣ مللي سيمنز / سم وكثافة الطاقة الكهربائية إلى ١٢.٥٥٥ مللي واط / م٢. كانت الكفاءة الاعلى لإزالة الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) ٤٨,٩٤% تم الحصول عليها باستخدام غشاء TFC. في ظروف توليد الطاقة المستقرة عند بدء التشغيل، كان الاتفاق بين النموذج الرياضي ونتائج التجربة لتوليد الطاقة الكهربائية ٩٨.٢٠ إلى ٩٩.٠٦٪ لأنواع مختلفة من الأغشية و٩٥.٩٠ إلى ٩٧.٣٢٪ للقيم المختلفة للمقاومة الخارجية.

أظهر هذا العمل أن ظروف تفاعل الاختزال الكاثودي تلعب دورًا مهمًا إلى جانب ظروف تفاعل الأكسدة الأنودية في توليد الطاقة الكهربائية في MFC. من ناحية أخرى، حدد نوع الغشاء الهدف الرئيسي لتطبيق MFC. كان PEM فعالاً لتوليد طاقة كهربائية أعلى. كان لغشاء CTA أداء أفضل لإنتاج المياه، وكان غشاء TFC أكثر كفاءة لإزالة COD.