Elektrohemijska degradacija reaktivnih organskih boja upotrebom mikrobnih gorivnih ćelija

Abstract

Cilj ove disertacije je primena MFC sistema kao obnovljivog izvora „zelene“ energije zatretman otpadnih voda. U tu svrhu je izvršena optimizacija MFC radi dobijanja struje odgovarajućegintenziteta, koja se može iskoristiti za razgradnju reaktivnih organskih boja, glavnih zagađujućihsupstanci otpadnih voda. Prvi deo istraživanja obuhvata fizičko-hemijsku i mikrobiološkukarakterizaciju rečnog sedimenta koji je dalje korišćen za konstrukciju MFC sistema. Formirane sučetiri MFC ćelije: sa sterilnim, sa originalnim, sa biostimulisanim i sabiostimulisanim/biaugmentisanim rečnim sedimentom. Merenja napona na formiranim ćelijama supokazala da MFC sistem sa biostimulisanim sedimentom daje najbolje performanse.Fokus u drugom delu eksperimenata je bio izolovanje i karakterizacija mikroorganizama kojisu dominantno zastupljeni u sedimentu, a ujedno su i zaslužni za procese oksidacije u anodnom delukoji omogućavaju generisanje struje preko MFC. Izvršena je metagenomska analiza u uzorku rečnogsedimenta i u biostimulisanom rečnom sedimentu, kako bi se uporedio profil zastupljenih zajednicamikroorganizama.Studija degradacije i dekolorizacije Reactive Black 5 (RB5) azo boje izvedena je pomoćuelektrohemijski unapređenog oksidacionog procesa i opisana je u trećem segmentu disertacije.Elektro-Fentonov proces je uspostavljen upotrebom radne elektrode od 15% Fe i dodatkom H2O2 urastvor RB5 boje, dok je set od tri paralelno vezane MFC, sa biostimulisanim sedimentom, služiokao izvor struje. Optimizacija procesa elektrohemijskog tretmana RB5 je sprovedena na koncentracijiboje od 25 mg/L. Efikasnost degradacija RB5 boje je potvrđena upotrebom analitičkih metodaUV/VIS, FTIR i HPLC-MS. Testovi za procenu ekotoksičnosti, izvedeni pomoću Aliivibrio fischeri,pokazuju da su degradacioni proizvodi nastali u ovom eksperimentu manje toksični od polazne boje

The goal of this dissertation is application of the MFC system as a renewable „green“ energysource in wasterwater treatment. For this purpose MFC was optimized in order to obtain a suitableamount of electricity that can be used to decompose reactive organic dyes, the primary pollutants ofwastewaters.The first part of the research includes physico-chemical and microbiological analysis ofthe river sediment, which was further used to construct the MFC system. Four MFC cells were formedcontaining: sterile, original, stimulated and biostimulated/bioaugmented river sediment. Voltagemeasurements on the established cells showed that the MFC with biostimulated sediment exibitedthe best performance.The focus of the second part of the study was the isolation and characterization ofmicroorganisms that are dominantly represented in the sediment, which enable the generation ofcurrent through the MFC. Metagenomic analysis was used to compare the profiles of microbialpopulations in a composite of river sediment and biostimulated river sediment.The study of degradation and decolorization of Reactive Black 5 (RB5) azo dye investigatedusing an electrochemically improved oxidation process is described in the last part of the dissertation.The Electro-Fenton process was established using a working electrode of 15% Fe and the addition ofH2O2 to the RB5 dye solution, while a set of three MFCs connected in parallel, with biostimulatedsediment, served as the current source. Optimization of the RB5 electrochemical treatment processwas carried out at a dye concentration of 25 mg/L. The efficiency of degradation of RB5 dye wasconfirmed using analytical methods UV/VIS, FTIR and HPLC-MS. Ecotoxicity assessment tests,performed using Aliivibrio fischeri, show that the degradation products formed in this experiment areless toxic than the starting dye.