Valorization of wastewater treatment from benthic microbial fuel cells
Description
The strong demographics, industry development, increase of global energy demand and the associated growth in waste volume are the main factors affecting the sustainable development of overseas territories and the French Guyana particularly. Solutions must be found for two major issues: the treatment of urban effluents and the energy autonomy. The work described in this document is oriented to enhancing the treatment of wastewater from benthic microbial fuel cell (BMFC) for electricity production. This technology allows the production of electricity from electro-active (EA) microorganisms and carbonated substrate which may be the wastewater. Four types of wastewater from human activity are selected. The presence of electroactive microorganisms (EA) is highlighted by two electrochemical methods. This shows a potential difference depending on the technique used. In real conditions, the lagoon environment has the best electrical performance (6, 6 mW/m2). The lagoon environment offers the most favorable environment for installation BMFC in-situ. Different parameters (oxygen concentrations, electrode surfaces, nitrates consumption...) are explored. The results show a strong influence of microalgae on the EA biofilms activities and thus on the production of electricity. In lagoon conditions, with a day/night cycle, this production varies according to the lighting cycles. Microalgae, by their photosynthetic activities bring oxygen necessary for cathode reactions at lower cost. It is thus not necessary to add conventional mechanical ventilation systems for electricity production. BMFC also improve the consumption of pollutants including organics. Electrical supply by small devices such as sensors necessarily requires an increase of the voltage delivered by BMFC. The different voltage boosting techniques such as series and parallel connections of several units or the use of DC/DC converters are performed and analyzed. A temperature and humidity sensor worked for more than fifteen hours directly powered by a BMFC with a power of 328 μW. Its output voltage is increased by a flyback type DC/DC converter, from 560 mV to more than 5,5 V. The use of PCM in-situ in the lagoon can be an alternative to the power generation and the treatment of wastewater. (author)
Abstract (French)
La forte demographie, le developpement de l'industrie, l'accroissement de la demande en besoin energetique, ainsi que l'augmentation des dechets associes sont les principaux facteurs qui conditionnent un developpement durable des territoires d'Outre- Mer et de la Guyane en particulier. Des solutions doivent etre trouvees pour deux problematiques majeures: le traitement des effluents urbains et l'autonomie energetique. Le travail decrit dans ce document s'oriente vers la valorisation du traitement d'eaux usees a partir de piles a combustibles microbiennes (PCM) benthiques, appelees biopiles dans ce document, pour la production d'electricite. Cette technologie permet la production d'electricite a partir de micro-organismes electro-actifs (EA) et d'un substrat carbone qui peut etre de l'eau usee. Quatre types d'eaux usees issues de l'activite anthropique sont selectionnees. La presence de micro-organismes electro-actifs est mise en evidence par deux methodes electrochimiques. Il en ressort une difference de potentiels des milieux en fonction de la technique utilisee. En condition reelle, le milieu lagunaire presente les meilleurs performances electriques (6,6 mW/m2). Le milieu lagunaire propose l'environnement le plus favorable a l'installation de PCM benthiques in-situ. Differents parametres (concentrations en oxygene, surfaces d'electrodes, consommations des nitrates...) y sont etudies. Les resultats montrent une forte influence des micro-algues sur l'activite des biofilms EA et donc sur la production d'electricite. En condition lagunaire, avec un cycle jour/nuit, cette production varie en suivant les cycles d'eclairage. Les micro-algues, par leurs activites photosynthetiques apportent l'oxygene necessaire aux reactions cathodiques. Il n'est donc pas necessaire d'ajouter des systemes d'aeration mecaniques traditionnels pour avoir une production electrique. Les PCM ameliorent egalement la consommation de polluants notamment en matieres organiques du milieu cathodique. L'alimentation de petits dispositifs tels que des capteurs passe obligatoirement par une augmentation de la tension delivree par les biopiles. Differentes techniques d'elevation de la tension comme la mise en serie et en parallele de plusieurs piles ou l'utilisation de convertisseurs DC/DC sont effectuees et analysees. Un capteur de temperature et d'humidite a fonctionne durant plus de quinze heures directement alimente par une de nos biopiles benthiques avec une puissance de 328 μW. Sa tension de sortie est augmentee par un convertisseur de type Flyback, passant de 560 mV a plus de 5,5 V. L'utilisation de PCM in-situ dans la lagune peut constituer une alternative a la production electrique et au traitement des eaux usees. (auteur)
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Valorisation du traitement d'eaux usees a partir de piles a combustibles microbiennes benthiques
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 197 p.
- Report number
- FRNC-TH--12002
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 52097834
- Subject category
- S37: INORGANIC, ORGANIC, PHYSICAL AND ANALYTICAL CHEMISTRY; S36: MATERIALS SCIENCE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ELECTRODES; OXYGEN; PHOTOSYNTHESIS; POLARIZATION; THIN FILMS
- Descriptors DEC
- CHEMICAL REACTIONS; ELEMENTS; FILMS; NONMETALS; PHOTOCHEMICAL REACTIONS; SYNTHESIS
Optional Information
- Notes
- 234 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses