Skip to main content
SUPERVISOR
Ali akbar Dadkhah,Hamed Zilouei
علی اکبر دادخواه (استاد راهنما) حمید زیلوئی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mehdi Bagheri
مهدی باقری اسفه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Petroleum Refinery WasteWater Treatment and Eletricity Generation in Microbial Fuel Cell
Petroleum refinery wastewater contain soluble petroleum hydrocarbons in water such as phenol, benzene, amonia that is not removed by physical method. Various methods have been considered for treatment of petroleum refinery wastewater in recent years, such as biological, phothocatalytic and electro-photo phenton method. Microbial fuel cells (MFCs) represent a promising candidate as a new method for wastewater treatment, because of high efficiency, electricity generation, and low cost in comparison with other methods of wastewater treatment that can be used for treatment of petroleum refinery wastewater. In MFCs, microorganisms act as biocatalyst to catalyze the oxidation reactions of organic matters in the anodic chamber. In general, microbial fuel cells consist of anaerobic anodic chamber and aerobic cathodic chamber that may be separated by a selective membrane limiting diffusion of oxygen into the anode chamber. Electrons and protons produced from oxidation reactions are traorted to cathode from different paths and electrochemically react with cathodic electron acceptor. In this project, treatment of Isfahan petroleum refinery waste water (COD = 213.9 mg/l, PH =7.1) was investigated in double chamber microbial fuel cell (non-catalyzed graphite electrodes) having a total volum of 350ml anode and cathode chamber.The MFC was inoculated with activated sludge was collected from anaerobic biological treatment wastewater reactors of Isfahan petroleum refinery. After injection of 300 ml fresh wastewater and 50 ml mixed culture to anode chamber maximum power production with oxygen cathodic electron acceptor in cathode chamber was 0.09 w/m 3 at 33?. Decreasing the temperature from 33? to 24? reduced the maximum power density to 0.057 W/m 3 . COD of treated wastewater was measured after different batch times. COD removal of petroleum wastewater after 44 hr was 49%, 44% and Coloumbic efficiency was 6%, 4.7% at 33? and 24?, respectively for 200? external resistant that indicate the COD removed by the electricity generation is very small. For recovering more electrical power, permangenate used as effective cathodic electron acceptor. Its high redox potential offers the possibility of appliction in a microbial fuel cell system to estabilish a high potantial difference between the anode and the cathode. Maximum power production at 33? using permangenate with initail concentration of 0.03, 0.06, 0.13, 0.2 g/l was 0.19, 1.55, 2.66, 2.72 W/m 3 respectively. Moreover, the internal resistant of the microbial fuel cell with 0.2 g/l permangenate as cathodic electron acceptor (500?) redused relative to MFC with oxygen electron acceptor (1300?). Infact internal resistance is slope of polarization curve. COD removal of petroleum wastewater using permangenate after 44 hr was 78% and Coloumbic efficiency was 25.4% at 33? for 200? external resistant (maximum Current, 2.1 A/m 2 ). Moreover, COD removal was 57.7% for 3000 ? external resistance at 33? (maximum Current, 0.357A/m 2 ) that indicate the COD removed by the electricity generation is more than in relative to oxygen electron acceptor MFC. The amount of permangenate consumed per unit of removing COD was 1.68, 1.32 kg KMnO 4 /kg COD at 33? and 24?, respectively. With decreasing surface cathode from 10 cm 2 to 5 cm 2 maximum power density decreased from 2.4 W/m 3 to 1.6 W/m 3 using permangenate as cathodic electron acceptor at 33?. Keywords: petroleum refinery waste water, microbial fuel cell, chemical oxygen demand, potassium permangenate
پساب های نفتی حاوی هیدروکربن های نفتی محلول در آب ، از جمله فنول، بنزن، آمونیاک هستند که قابل جداسازی به روش فیزیکی نیستند. روش های متعددی در سال های اخیر برای تصفیه پساب های نفتی مد نظر قرار گرفته است. از جمله روشهای بیولوژیکی، روش فوتو-کاتالیستی، روش الکترو فوتو-فنتون. پیل سوختی میکروبی به علت بازدهی بالا، تولید الکتریسیته و هزینه پایین، گزینه مناسبی برای تصفیه انواع پساب ها، از جمله پساب نفتی می باشد. در پیل سوختی میکروبی میکروارگانیسم ها، نقش کاتالیست واکنش های اکسیداسیون مواد آلی را بر عهده دارند. پیل سوختی میکروبی در واقع شامل یک محفظه آند بی هوازی و یک محفظه کاتد هوازی می باشدکه توسط غشایی که از نفوذ اکسیژن به درون محفظه آند جلوگیری می کند از هم جدا شده اند. الکترون ها و پروتون های تولید شده در اثر واکنش های اکسیداسیون از دو مسیر متفاوت وارد محفظه آند شده، و در آنجا با احیاءکننده واکنش می دهند. در این پروژه تصفیه پساب های نفتی پالایشگاه نفت اصفهان با COD، mg/l 9/213 در پیل سوختی میکروبی دو محفظه ای با حجم محفظه آند وکاتد 350 میلی لیتر ( با استفاده از الکترودهای گرافیتی بدون پوشش کاتالیستی) مورد بررسی قرار گرفت. از مخلوط میکروبی بی هوازی تهیه شده از راکتور های تصفیه بیولوژیکی غیر هوازی پالایشگاه نفت اصفهان به عنوان میکروارگانیسم استفاده شد. پس از تزریق 300 میلی لیتر پساب تازه و 50 میلی لیتر مخلوط میکروبی به درون محفظه آند، حداکثر توان تولیدی پیل در دمای 33 درجه سانتی گراد و با استفاده از احیاء کننده اکسیژن در کاتد، W/m 3 09/0 بود . با کاهش دما از 33 درجه به 24 درجه سانتی گراد ماکزییمم توان تولیدی پیل به W/m 3 057/0 کاهش یافت. میزان حذف COD از پساب در مدت 44 ساعت دردمای 33 و 24 درجه سانتی گراد به ترتیب، 49 % و 44 % بود. همچنین بازده کولنی در مقاومت 200 اهم به ترتیب برابر6% و 7/4% بود.که نشان می دهد میزان حذف COD در اثر تولید برق بسیار پایین است. به منظور افزایش توان پیل از احیاء کننده قوی پرمنگنات پتاسیم در کاتد استفاده شد. ماکزیمم توان پیل با استفاده از احیاء کننده پرمنگنات پتاسیم با غلظت g/l 03/0، 06/0، 13/0، 2/0 در دمای 33 درجه سانتی گراد به ترتیب W/m 3 19/0، 55/1، 66/2، 72/2 بود. همچنین مقاومت درونی پیل با احیاء کننده پرمنگنات پتاسیم با غلظت 2/0 گرم بر لیتر (500 اهم) نسبت به مقاومت درونی پیل با استفاده از احیاء کننده اکسیژن (1300 اهم) کاهش داشت. مقاومت درونی در واقع شیب منحنی پلاریزاسیون است. میزان حذف COD و بازده کولنی با استفاده از احیاء کننده پرمنگنات پتاسیم در دمای 33 درجه سانتی گراد و با مقاومت خارجی 200 اهم (ماکزییم جریانA/m 2 1/2) در مدت 44 ساعت به ترتیب 78 % و 4/25% بود. میزان حذف COD با مقاومت خارجی 3000 اهم (ماکزییم جریانA/m 2 35/0) نیز برابر 7/57% بود که نشان می دهد میزان حذف COD در اثر تولید برق نسبت به احیاء کننده اکسیژن بسیار بیشتر است. همچنین میزان پرمنگنات مصرفی درمدت 44 ساعت و با مقاومت خارجی 200 اهم، در دمای 33 و24 درجه سانتی گراد به ترتیب برابر kg KMnO 4 /kg COD 68/1و32/1 بود. با کاهش سطح کاتد از cm 2 10 به cm 2 5 در پیل سوختی با احیاء کننده پرمنگنات پتاسیم و در دمای 33 درجه سانتی گراد ماکزیمم توان تولیدی از W/m 3 7/2 به W/m 3 6/1رسید.. کلمات کلیدی : 1- پساب های نفتی 2- پیل سوختی میکروبی 3- اکسیژن خواهی شیمیایی 4- پرمنگنات پتاسیم

ارتقاء امنیت وب با وف بومی