شماره راهنما :
1310 دكتري
پديد آورنده :
روستازاده شيخ يوسفي، پگاه
عنوان :
بررسي عملكرد پيل سوختي ميكروبي به منظور تصفيه آب توليدي از ميادين نفت
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هشت، ۹۴ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محسن نصراصفهاني
توصيفگر ها :
پيل سوختي ميكروبي , آب توليدي , تصفيه زيست الكتروشيميايي , عمليات ناپيوسته , كاتاليست پلاتين , غشا جداكننده , عمليات پيوسته , زمان ماندهيدروليكي , مقاومت خارجي
استاد داور :
سهيلا يغمايي، محمد ژياني، حميد زيلويي، علي اكبر دادخواه
تاريخ ورود اطلاعات :
1397/11/06
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1397/11/10
كد ايرانداك :
ID1310 دكتري
چكيده فارسي :
1 چكيده در اين پژوهش عملكرد كلي پيل سوختي ميكروبي براي تصفيه يك نمونه آب توليدي به عنوان بزرگترين جريان پساب ايجاد شده در صنايع استخراج نفت و گاز بررسي شده است نمونه مورد نظر از ميدان نفتي چشمه خوش تهيه شده بود مطالعات در دو مرحله عمليات ناپيوسته و عمليات پيوسته انجام شد در مرحله ابتدايي عمليات ناپيوسته بود ساختارهاي مختلفي از پيل سوختي ميكروبي ساده تك محفظه اي به منظور تعيين ساختار مناسب پيل براي استفاده در عمليات پيوسته مورد مطالعه قرار گرفت اين ساختار هاي مختلف در 4 گروه طبقه بندي شدند 1 ساختار داراي غشا و داراي كاتاليست كاتد 2 ساختار داراي غشا و فاقد كاتاليست كاتد 3 ساختار فاقد غشا و داراي كاتاليست كاتد و 4 ساختار فاقد غشا و فاقد كاتاليست كاتد در مرحله عمليات ناپيوسته عالوه بر بررسي اثر استفاده از ساختار هاي مختلف براي پيل اثر نوع منبع كربن مورد استفاده براي ريز زيست سازواره ها نيز بررسي شد براي اين منظور در اين فاز پيل ها با دو نوع پساب خوراك دهي شدند 1 پساب واقعي آب توليدي و 2 پساب مصنوعي مشابه با آب توليدي حاوي سديم استات به عنوان منبع كربن پس از اتمام مرحله اول مطالعات در عمليات ناپيوسته ساختاري از پيل كه نتيجه بهتري نسبت به ساير ساختارها از خود نشان داده بود براي ساخت پيلي با حجم بزرگتر براي استفاده در عمليات پيوسته ا نتخاب شد در اين مرحله براي اولين بار اثر متغير هاي مختلفي شامل زمان ماند هيدروليكي و مقاومت خارجي بر عملكرد پيل سوختي ميكروبي تك محفظه اي حاوي آب توليدي در رژيم جريان پيوسته مورد مطالعه قرار گرفت با توجه به نتايج به دست آمده در عمليات ناپيوسته ساختارهايي از پيل كه داراي غشا بودند در زمان نسبتا كوتاهي از شروع عمليات به شرايط بي هوازي مناسب در پيل دست يافتند و در ابتدا عملكرد پيل در توليد توان الكتريكي بهبود يافت ليكن با گذشت زمان مقاومت داخلي پيل افزايش يافت اين ميزان افزايش مقاومت داخلي براي 2 گروه ابتدايي پيل هاي ذكر شده در باال براي زماني كه با پساب واقعي خوراك دهي شده بودند به ترتيب برابر با 53 و 82 درصد بود كه در نهايت باعث كاهش عملكرد اين پيل هاي داراي غشا با گذشت زمان بيشتر در اين مرحله عمليات ناپيوسته شد در حين ع مليات ناپيوسته پيل هاي فاقد غشا رفتاري كامال متفاوت را نشان دادند به اين ترتيب كه در اين نوع پيل ها دستيابي به شرايط بي هوازي درون پيل به سرعت و سهولت پيل هاي داراي غشا به وقوع نپيوست و به همين دليل اين سامانه ها در ابتداي عمليات پيوسته عملكرد مناسبي در ت وليد توان الكتريكي از خود نشان ندادند ليكن با گذشت زمان و تبديل كاتد معمولي اين پيل ها به زيست كاتد در اثر تجمع اليه باكتري روي كاتد از نفوذ اكسيژن از سمت كاتد به آند جلوگيري به عمل آمد و كم كم شرايط بي هوازي مناسب در پيل ايجاد شد در اين پيل ها مشاهده شد با تشكيل زيست كاتد عمال ميزان اثر بخشي كاتاليست پالتين بر روي كاتد كمرنگ تر شده و ب ه تدريج اهميت خود را از دست داد ميزان افزايش مقاومت داخلي در حين عمليات در اين پيل هاي فاقد غشا به مراتب كمتر از پيل هاي داراي غشا بود به نحوي كه اين ميزان افزايش براي گروه هاي 3 و 4 ساختار پيل هاي ذكر شده در باال براي زماني كه با پساب واقعي خوراك دهي شده بودند به ترتيب برابر با 6 1 و 2 1 درصد بود عملكرد اين دسته از پيل ها در توليد توان الكتريكي با گذشت عمليات ناپيوسته رو به ب هبود رفت و با گذشت زمان بيشتر در اين مرحله افت قابل مالحظه اي مشاهده نشد نتايج عمليات ناپيوسته نشان دهنده عملكرد برتر ساختار فاقد غشا و فاقد كاتاليست پالتين بر روي كاتد بود گرچه ميزان چگالي توان توليدي 3 ميلي ولت بر متر مربع از پيل سوختي ميكروبي حاوي آب توليدي به عنوان خوراك بسيار كم بود اما همين مقدار بهترين عملكردي است كه تا كنون در عمليات ناپيوسته پيل سوختي ميكروبي براي اين خوراك گزارش شده است عالوه بر اين هيدروكربن هاي موجود در پساب تقريبا به صورت كامل 2 79 درصد در هر دوره كاري عمليات ناپيوسته تجزيه شدند بررسي توالي DNA زيست الي ه موجود بر روي آند كاري سامانه حاوي آب توليدي در عمليات ناپيوسته نشان داد گونه هاي باكتريايي Desulfobulbaceae داراي توانايي فعاليت الكتريكي و Burkholderiales داراي توانايي تخريب زيستي هيدروكربن هاي نفتي بر روي اين آند حضور داشتند آزمايش هاي عمليات پيوسته در پيل سوختي ميكروبي فاقد غشا و كاتاليست كه با خوراك آب توليدي واقعي تغذيه شد با هدف بررسي اثر دو متغير مختلف در اين عمليات دنبال شد در بخش اول اين مطالعات اثر زمان ماند هيدروليكي در مقاومت خارجي ثابت بررسي شد و در بخش دوم تاثير مقاومت خارجي در زمان ماند هيدروليكي ثابت مطالعه شد نتايج بخش اول نشان دهنده اين امر بود كه كاهش زمان ماند هيدروليكي از 01 ب
چكيده انگليسي :
Abstract Performance of microbial fuel cell MFC for treating produced water as the largest wastestream in oil and gas production industries has been studied Waste water sample wasoriginated from Cheshmeh Khsoh oilfield in Iran Both batch and continuous operations wereinvestigated Four different configurations of single chamber MFCs in batch operation werestudied in order to determine the appropriate configuration for continuous operation 1 cellswith membrane and with cathode catalyst 2 cells with membrane and without cathode catalyst 3 cells without membrane and with cathode catalyst 4 cells without membrane and withoutcathode catalyst Batch MFCs were fed by 2 different kinds of wastewater 1 actual producedwater 2 synthetic wastewater similar to produced water but containing sodium acetate insteadof petroleum hydrocarbons The cells with membrane established appropriate anaerobic condition and their powergeneration were improved in a short time Internal resistance of MFCs with membrane fed withproduced water increased significantly leading to deceased power generation In contrary inthe cells without membrane anaerobic condition was not stablished quickly and their initialperformance in power generation was poor After a while their cathode transformed tobiocathode and due to the accumulation of microorganisms on the cathode oxygen wasprevented migrate to the anodic chamber and the appropriate anaerobic condition wasestablished After the formation of biocathode the role of Platinum as the cathode catalyst wasfaded out Internal resistance increase in the cells without membrane was much less than thatof the cells containing membrane Although slowly their power generation remained stabletoward the end of the batch operation and not a significant decrease was seen during the lastdays of batch phase Batch operations indicated the superior performance of cells without both membrane andcathode catalyst Although the power density of microbial fuel cells fed with actual producedwater was low 3 mW m2 it is the best that has been reported so far Rather completedegradation of hydrocarbons 97 2 was observed during each cycle of batch operation The biofilm produced on anode in batch operation were characterized by 16S rRNA andDesulfobulbaceae with electroactive abilities and Burkholderiales having the ability ofpetroleum hydrocarbon degradation were present on the anode samples Membrane less MFCs without cathode catalyst used in continuous operation decreasinghydraulic retention time from 10 to 1 day decreased the chemical oxygen demand removalfrom 89 to 24 While increased maximum power density and coulombic efficiency up to 20mW m2 and 3 respectively Maximum power density was reached when the externalresistance of 450 was installed which was the closest one to that of internal resistance i e 404Ohm Decreasing external resistance increased columbic efficiency while COD removalremained unchanged Keywords Microbial fuel cell produced water bioelectrochemical treatment batchoperation membrane cathode catalyst continuous operation hydraulic retention time externalresistance
استاد راهنما :
محسن نصراصفهاني
استاد داور :
سهيلا يغمايي، محمد ژياني، حميد زيلويي، علي اكبر دادخواه
