Zeitschrift für mikrobielle und biochemische Technologie

Abstrakt

Energie- und Leistungsvergleich zwischen mikrobieller Brennstoffzelle und konventioneller Belüftung bei der Abwasserbehandlung

Tyler Huggins, Paul H. Fallgren, Song Jin und Zhiyong Jason Ren

Die mikrobielle Brennstoffzellentechnologie (MFC) bietet eine kostengünstige Alternative zur herkömmlichen belüfteten Abwasserbehandlung. Allerdings gibt es bisher kaum Vergleiche zwischen MFC und Belüftungsbehandlung mit echtem Abwasser als Substrat. Diese Studie versucht, die Abwasserbehandlungseffizienz sowie den Energieverbrauch und die -erzeugung zwischen drei Reaktorsystemen direkt zu vergleichen – einem traditionellen Belüftungsprozess, einer einfachen untergetauchten MFC-Konfiguration und einem Kontrollreaktor, der ähnlich wie natürliche Lagunen funktioniert. Die Ergebnisse zeigten, dass alle drei Systeme in der Lage waren, >90 % des COD zu entfernen, die Belüftung jedoch weniger Zeit (8 Tage) benötigte als die MFC (10 Tage) und der Kontrollreaktor (25 Tage). Im Vergleich zur Belüftung zeigte die MFC eine geringere Entfernungseffizienz bei hoher COD-Konzentration, jedoch eine viel höhere Effizienz bei niedriger COD-Konzentration. Nur das Belüftungssystem zeigte während des Betriebs eine vollständige Nitrifikation, was sich in einer vollständigen Ammoniakentfernung und Nitratansammlung widerspiegelte. Messungen der Schwebstoffe zeigten, dass die MFC die Schlammproduktion im Vergleich zur Belüftung um 52–82 % reduzierte und außerdem 100 % der Belüftungsenergie einsparte. Obwohl der MFC-Reaktor nicht für die Erzeugung hoher Energie ausgelegt ist, konnte bei der Stromerzeugung ein Nettoenergiegewinn von 0,3 Wh/g COD/L bzw. 24 Wh/m3 (aufbereitetes Abwasser) erzielt werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass die MFC-Technologie in die Abwasserinfrastruktur integriert werden kann, um die Abwasserqualität zu verbessern und Betriebskosten zu sparen.