Tədqiqat çətin təmizlənən iki fərqli tullantı suyu axınını eyni mikrobial yanacaq hüceyrəsində qiymətləndirir: yüksək duzluluq və aşağı bioparçalanma ilə əlaqələndirilən şist qazı geri axın tullantı suyu (shale gas flowback wastewater, SGFW) ilə yüksək ammonium, aşağı karbon/azot balansı və zəif bioparçalanma ilə xarakterizə olunan yaşlanmış sanitar poliqon sızma suyu (aged landfill leachate, ALL). İki real tullantı suyu bərabər həcmdə qarışdırılmış və üç fərqli anod quruluşuna malik iki kameralı mikrobial yanacaq hüceyrəsində (microbial fuel cell, MFC) müqayisə edilmişdir.

Araşdırılan anodlar NiCo₂O₄ ilə modifikasiya edilmiş karbon parça (NCOC), nikel-fosforla örtülmüş karbon parça (NPC) və modifikasiya edilməmiş karbon parçadır (CC). Bütün sistemlərdə katod kimi karbon parça istifadə edilmişdir. Ən güclü elektrik istehsalı performansı NPC-MFC-də əldə edilmişdir: maksimum çıxış gərginliyi 643,3 mV, maksimum güc sıxlığı 1412,9 mW/m² və görünən daxili müqavimət 155 Ω kimi ölçülmüşdür. Eyni qarışıq tullantı suyunda NCOC-MFC 398,2 mV maksimum gərginlik, 196,2 mW/m² maksimum güc sıxlığı və 870 Ω görünən daxili müqavimət göstərmiş; CC-MFC-nin maksimum güc sıxlığı isə 526,8 mW/m² olmuşdur.

Ni–P örtüklü NPC anodun elektrokimyəvi üstünlüyü yalnız güc əyrilərində görünməmişdir. NPC-nin yük ötürmə müqaviməti 7,9 Ω kimi ölçülərkən örtüksüz CC üçün 75,7 Ω bildirilmiş; NPC-nin mübadilə cərəyanı sıxlığı 4,0×10⁻² mA/cm² ilə CC-nin 1,5×10⁻³ mA/cm² dəyərinin təxminən 26,7 qatına çatmışdır. Tədqiqatçılar bu nəticələri Ni–P örtüyünün biofilm–elektrod interfeysində hüceyrədənkənar elektron ötürülməsini asanlaşdırması ilə əlaqələndirirlər.

Bununla birlikdə ən çox elektrik istehsal edən anod ən çox üzvi maddə aradan qaldıran anod deyil. Kimyəvi oksigen tələbatı (COD) giderimi NCOC-MFC üçün 1103,4±69,3 mg/L və %42,88, NPC-MFC üçün 931,9±34,6 mg/L və %36,21, CC-MFC üçün 980,9±103,9 mg/L və %38,12 kimi hesablanmışdır. Buna qarşılıq Coulomb səmərəliliyi NPC-MFC-də %38,0±1,4 ilə NCOC-MFC-nin %15,6±1,0 və CC-MFC-nin %9,0±1,0 dəyərlərindən yuxarı qalmışdır. Nəticələr üzvi maddə giderimi ilə elektronların elektrik enerjisinə geri qazanılmasının eyni performans meyarı olmadığını göstərir.

Qarışıq tullantı suyunun faydası da elektrod materialından asılıdır. NPC-MFC-nin maksimum güc sıxlığı qarışıq tullantı suyunda 1412,9 mW/m²-yə çıxarkən, təkbaşına ALL-də 383,4 mW/m² və SGFW-də 436,1 mW/m² kimi verilmişdir. Buna qarşılıq NCOC-MFC-nin qarışıq tullantı suyundakı maksimum güc sıxlığı 196,2 mW/m² olub SGFW-dəki 649,8 mW/m² və ALL-dəki 502,9 mW/m² dəyərlərindən aşağıdır. Buna görə çalışma “tullantı sularını qarışdırmaq bütün MFC-ləri yaxşılaşdırır” nəticəsini dəstəkləmir; birgə təmizləmənin təsiri anod səth kimyası, biofilm və elektron ötürülməsi ilə birlikdə dəyişir.

NPC anod üzərindəki biofilm analizində 30.000-dən çox keçərli 16S rRNA ardıcıllığı əldə edilmiş və əhatə indeksi 0,99-un üzərində tapılmışdır. Tədqiqatçıların taksonomik təsnifatına görə elektroaktiv mikroorqanizmlərlə əlaqələndirilən filumların ümumi bolluğu %97,4-dür. Desulfobacterota %57,4 ilə ən dominant filum, Desulfuromonadia %57,14 ilə ən dominant sinif və Desulfuromonas %47,13 ilə ən dominant cins kimi bildirilmişdir. SEM görüntülərində NPC səthinin sıx və davamlı biofilmlə örtüldüyü, çubuqşəkilli mikroorqanizmlərin karbon lifləri boyunca yerləşdiyi raporlanmışdır.

Çalışma laboratoriya miqyasında 500 mL-lik iki kameralı MFC-lərə əsaslanır. Pilot və ya tam miqyaslı təmizləmə qurğusu, uzunmüddətli davamlı qidalandırılan istismar, enerji balansı, investisiya dəyəri, nikel/fosfor örtüyünün həyat dövrü və ya real sahədə miqyas böyütmə test edilməmişdir. Buna görə 1412,9 mW/m² güc sıxlığı və ya bildirilən COD giderimləri sənaye təmizləmə qurğusunun birbaşa performans dəyəri kimi şərh edilməməlidir.

Türkiye baxımından yanaşma; yüksək duzluluqlu sənaye tullantı suları ilə sanitar poliqon sızma sularının birlikdə təmizlənməsi və eyni prosesdə müəyyən qədər elektrik enerjisinin geri qazanılması baxımından araşdırılmağa dəyər bir bioelektrokimyəvi metoddur. Ancaq çalışma Çindəki müəyyən iki real tullantı suyu axınını istifadə edir. Türkiyedəki sanitar poliqonların sızma suyu tərkibi, sənaye tullantı sularının duzluluq və ağır metal profilləri, temperatur, qanunvericilik, hidravlik yük və ön təmizləmə ehtiyacları fərqli ola biləcəyi üçün yerli tullantı suyu xarakterizasiyası və pilot miqyaslı doğrulama aparılmadan performans dəyərləri birbaşa köçürülə bilməz.

Araşdırmanın əsas problemi nədir?

Şist qazı hasilatında hidravlik parçalamadan sonra yaranan geri axın suyu, formasiya duzları və rezervuardan həll olan komponentlər səbəbindən yüksək duzluluq, aşağı bioparçalanma və kimyəvi sabitliklə əlaqələndirilir. Yaşlanmış sanitar poliqon sızma suyu isə uzun müddət istismar edilmiş poliqonlarda yaranan, nisbətən aşağı asan parçalanan üzvi karbon, yüksək ammonium və tarazsız karbon/azot nisbəti kimi xüsusiyyətlər göstərə bilən mürəkkəb tullantı suyudur.

Tədqiqatçıların hipotezi bu iki çətin tullantı suyunun müəyyən nisbətlərdə birləşdirilməsinin hər ikisinin bəzi inhibitor xüsusiyyətlərini qismən tarazlaşdıra biləcəyidir. SGFW-nin çox yüksək duzluluğunun seyreltilməsi, iki axındakı toksik və ya inhibitor komponentlərin konsentrasiyalarının azalması və ALL-nin fərqli qida komponentlərinin mikrob metabolizmasına töhfə verməsi mümkün sinerji mexanizmləri kimi təklif edilir.

Ancaq bu yalnız tullantı suyu tərkibindən asılı problem deyil. Mikrobial yanacaq hüceyrəsində üzvi maddədən açığa çıxan elektronların elektroda ötürülməsi lazım gəldiyindən, anod səthinin mikroorqanizmlərlə uyğunluğu və hüceyrədənkənar elektron transferinə (extracellular electron transfer, EET) imkan verməsi əsas performans məhdudlaşdırıcılarından biridir. Bu səbəbdən tədqiqat tullantı suyu qarışığını iki fərqli nikel əsaslı anod modifikasiyası ilə birlikdə araşdırmışdır.

Tullantı suları haradan alınmışdır?

Yaşlanmış sanitar poliqon sızma suyu Chongqingdəki Changshengqiao sanitar poliqonundan; şist qazı geri axın tullantı suyu isə Chongqingin Nanchuan bölgəsindəki Xing'ao şist qazı sahəsi təmizləmə stansiyasının qarışdırma çənindən alınmışdır. Nümunələr təcrübələrdən əvvəl soyuq şəraitdə saxlanılmışdır.

Qarışıq tullantı suyu SGFW ilə ALL-nin bərabər həcmlərinin birləşdirilməsi ilə hazırlanmışdır.

Mənbə “qida əlavə edilmiş qarışıq tullantı suyu” üçün COD və pH dəyərini versə də, bu əsas mətndə əlavə olunan qida maddələrinin kimyəvi tərkibini və miqdarlarını açıqlamır. Eyni şəkildə qarışdırma hipotezində duzluluq vacib dəyişən olsa da, Cədvəl 1-də sayısal keçiricilik və ya duzluluq dəyəri, ammonium konsentrasiyası, sulfat miqdarı və ya ağır metal konsentrasiyaları verilmir. Buna görə qarışığın kimyəvi olaraq inhibitor komponentləri hansı sayısal nisbətdə azaltdığı yalnız bu mənbədən istifadə edilərək hesablana bilməz.

NiCo₂O₄ örtüklü NCOC anod necə hazırlanmışdır?

Bütün karbon parçaların effektiv sahəsi 6 cm²-dir. NiCo₂O₄ elektroliti üçün 1 mmol Ni(NO₃)₂·6H₂O və 2 mmol Co(NO₃)₂·6H₂O, 100 mL deionizə suda həll edilmişdir.

Elektrodepozisiya üç elektrodlu quruluşda həyata keçirilmişdir. Ön işləmədən keçirilmiş karbon parça işçi elektrod, Ag/AgCl referans elektrod və Pt qarşı elektrod kimi istifadə edilmişdir. −3 mA/cm² sabit cərəyan sıxlığı 900 saniyə tətbiq edilmişdir. Elektrod yuyulub qurudulduqdan sonra 1 °C/dəqiqə qızdırma sürəti ilə 300 °C-yə çıxarılmış və 2 saat mufel sobasında kalsine edilmişdir. Əldə edilən NiCo₂O₄-modifikasiya edilmiş karbon parça NCOC adlandırılmışdır.

Ni–P örtüklü NPC anod necə hazırlanmışdır?

Ni–P elektroliti üçün 0,7 mmol NaH₂PO₂·H₂O, 0,2 mmol C₆H₅Na₃O₇·2H₂O və 1,75 mmol NiSO₄·6H₂O, 100 mL deionizə suda həll edilmişdir.

Ni–P örtük çevrimsel voltammetriya əsaslı elektrodepozisiya ilə aparılmışdır. Potensial aralığı −1,0–0 V, tarama sürəti 20 mV/s və çevrim sayı iki olaraq verilmişdir. Yuyulma və qurudulmadan sonra Ni–P örtüklü karbon parça NPC adlandırılmışdır.

Mikrobial yanacaq hüceyrələri necə qurulmuşdur?

Hər sistem tipik iki kameralı H-tipli mikrobial yanacaq hüceyrəsidir və hər kameranın həcmi 500 mL-dir. Anod və katod kameraları DuPont Nafion 117 proton dəyişim membranı ilə ayrılmışdır. Elektrik bağlantısında titan tellər istifadə edilmiş; bütün sistemlərdə katod elektrodu kimi modifikasiya edilməmiş karbon parça seçilmişdir.

Üç təcrübə sistemi belədir:

• NCOC-MFC: NiCo₂O₄ örtüklü karbon parça anod + karbon parça katod.
• NPC-MFC: Ni–P örtüklü karbon parça anod + karbon parça katod.
• CC-MFC: örtüksüz karbon parça anod + karbon parça katod.

Proton dəyişim membranının ön işlənməsi və mikrob kültürləmə addımları bu çalışmada ayrıntılı şəkildə təkrar verilməmiş, tədqiqatçıların daha əvvəl yayımlanan çalışmasına yönləndirilmişdir. Bu vəziyyət yalnız incələnən əsas mətn istifadə edilərək təcrübənin tam yenidən qurula bilməsi baxımından bir metod ayrıntısı çatışmazlığıdır.

Elektrik istehsalı necə ölçülmüşdür?

Çıxış gərginliyi 1000 Ω sabit xarici müqavimət altında davamlı olaraq qeydə alınmışdır. Cərəyan sıxlığı və güc sıxlığı anod effektiv sahəsi nəzərə alınaraq hesablanmışdır:

\[ I_v=\frac{U}{S R} \]

\[ P_v=\frac{U^2}{S R} \]

Burada \(U\) gərginliyi, \(S\) effektiv anod sahəsini və \(R\) xarici müqaviməti ifadə edir.

NPC-MFC gərginlik istehsalında necə davranmışdır?

NPC-MFC maksimum 643,3 mV çıxış gərginliyinə çatmışdır. Maksimum gərginliyə çatma müddəti yalnız 4,8 gün kimi verilmişdir. Müqayisədə NCOC-MFC 25,1 gündə, CC-MFC isə 22,1 gündə öz maksimumuna çatmışdır.

NCOC-MFC-nin maksimum gərginliyi 398,2 mV-də qalmış, CC-MFC isə 614,7 mV-lik bir pik göstərmiş və sonra gərginliyi mərhələli şəkildə azalmışdır. NPC sistemi eyni reaksiya məhlulu ilə 60. günə qədər işlədilmişdir. Nəticə bölümündə NPC-nin “steady-state operation time” dəyəri ayrıca 30 gün kimi verildiyindən 60 günlük ümumi istismar müddəti ilə 30 günlük sabit çalışma müddəti eyni anlayış kimi qiymətləndirilməməlidir.

Güc sıxlığında ən böyük fərq nədir?

Qarışıq tullantı suyu şəraitində NPC-MFC-nin maksimum güc sıxlığı 1412,9 mW/m²-dir. Eyni dəyər NCOC-MFC üçün 196,2 mW/m², CC-MFC üçün 526,8 mW/m²-dir. Tədqiqatçılar NPC dəyərini NCOC-nin təxminən 7,2, CC-nin təxminən 2,7 qatı kimi raporlayırlar.

Açıq dövrə gərginlikləri bir-birinə daha yaxındır: NPC-MFC 739,7 mV, NCOC-MFC 722,2 mV və CC-MFC 726,8 mV. Bu vəziyyət maksimum güc sıxlığındakı böyük fərqin yalnız açıq dövrə gərginliyi ilə açıqlana bilməyəcəyini, sistemdaxili polarizasiya və elektron ötürmə müqavimətlərinin vacib olduğunu göstərir.

Görünən daxili müqavimət nəticələri nə göstərmişdir?

NPC-MFC-nin 155 Ω görünən daxili müqaviməti üç sistem arasındakı ən aşağı dəyərdir. Güc sıxlığı/polarizasiya qrafikləri ilə birlikdə qiymətləndirildikdə bu nəticə NPC anodlu sistemdə elektron axınını məhdudlaşdıran ümumi itkilərin daha aşağı olduğuna işarə edir.

EIS analizi anod–biofilm interfeysi haqqında nə göstərmişdir?

Elektrokimyəvi impedans spektroskopiyası (EIS) 0,01 Hz–100 kHz tezlik aralığında və 5 mV amplituda ilə həyata keçirilmiş, verilər ZView ilə ekvivalent dövrə üzərindən uyğunlaşdırılmışdır.

Ohmik müqavimətlər üç elektrod üçün bir-birinə yaxındır: NCOC 2,7 Ω, NPC 2,4 Ω və CC 3,0 Ω. Buna qarşılıq yük ötürmə müqavimətində böyük fərq görülür. NPC üçün 7,9 Ω, CC üçün 75,7 Ω bildirilmişdir. NCOC-nin qarışıq tullantı suyundakı yük ötürmə müqaviməti isə 129,4 Ω kimi verilmişdir.

Örtüksüz CC-nin Nyquist qrafikində iki yarımdairə bənzəri relaksasiya prosesi görülərkən NPC və NCOC-də eyni xüsusiyyət aydın deyil. Tədqiqatçılar CC-dəki yüksək tezlik komponentini elektrod–biofilm yük ötürməsi ilə, orta/aşağı tezlik komponentini isə biofilm daxili ion hərəkəti, paylanmış kapasitans və kütlə ötürülməsi ilə əlaqələndirirlər.

NPC-dəki kiçik yarımdairə daha sürətli yük ötürülməsi kimi şərh edilmişdir. NCOC-dəki böyük müqavimət isə qarışıq tullantı suyundakı üzvi/qeyri-üzvi hissəciklərin səthi qismən örtməsi və zəif qələvi şəraitdə metal hidroksid/karbonat çöküntülərinin yarana bilməsi kimi mümkün mexanizmlərlə açıqlanır. Bunlar tədqiqatçıların mexanizm şərhləridir; çöküntü miqdarı bu çalışma daxilində ayrıca sayısal səth kütlə analizi ilə verilməmişdir.

Tafel analizi Ni–P anodun üstünlüyünü dəstəkləyirmi?

NPC-nin mübadilə cərəyanı sıxlığı CC-nin təxminən 26,7 qatıdır. Tədqiqatçılar bunu biofilm ilə elektrod arasında elektron ötürülməsi üçün daha əlverişli interfeys və daha yüksək bioelektrokatalitik aktivlik göstəricisi kimi şərh edirlər.

Ən yaxşı elektrik istehsalı ən yaxşı COD giderimi deməkdirmi?

Xeyr. Nəticələrin vacib nöqtələrindən biri enerji geri qazanımı ilə üzvi maddə gideriminin eyni istiqamətdə sıralanmamasıdır.

NCOC-MFC ən yüksək COD giderimini təmin edərkən ən aşağı maksimum güc sıxlığını istehsal edən sistemdir. Tədqiqatçılar NCOC-nin daha pürüzlü səthinin fərqli üzvi maddə çevirən mikroorqanizmlər üçün daha çox tutunma sahəsi təmin edə biləcəyini irəli sürürlər.

NPC-MFC isə daha aşağı COD gideriminə baxmayaraq daha yüksək Coulomb səmərəliliyi göstərmişdir. Coulomb səmərəliliyi istehlak edilən üzvi maddədən nəzəri olaraq açığa çıxa biləcək elektronların nə qədərinin xarici dövrədə ölçülə bilən elektrik yükünə çevrildiyini ifadə edir. Buna görə NPC-də istehlak edilən üzvi yükün daha böyük hissəsinin elektrik istehsalına yönəlmiş olması çalışma tərəfindən əsas üstünlüklərdən biri kimi qiymətləndirilir.

Tullantı sularının qarışdırılması həqiqətən sinerji yaratmışdırmı?

Nəticə yalnız anod materialı göstərilərək cavablandırıla bilər.

NPC baxımından qarışıq tullantı suyu güclü müsbət təsir göstərmişdir. Maksimum güc sıxlığı ALL-yə görə təxminən 3,7 qat, SGFW-yə görə təxminən 3,2 qat artmışdır. Daxili müqavimət də təkil tullantı sularındakı 583,3 və 396,7 Ω dəyərlərindən qarışıq sistemdə 155 Ω-a düşmüşdür.

Örtüksüz CC üçün qarışıq tullantı suyu SGFW ilə müqayisədə maksimum güc sıxlığını 55,7-dən 526,8 mW/m²-yə yüksəltmiş; tədqiqatçılar bunu təxminən 9,5 qat artım kimi ifadə etmişdir. Buna baxmayaraq CC-nin Coulomb səmərəliliyi qarışıq sistemdə ALL-dəki %15,1 dəyərini aşmamış və %9,0-da qalmışdır.

NCOC üçün nəticə əks istiqamətdədir. Qarışıq tullantı suyunda COD giderimi 1103,4±69,3 mg/L ilə yüksələrkən maksimum güc sıxlığı 196,2 mW/m²-yə düşmüşdür. Buna görə NCOC-nin qarışıq mühitdə üzvi maddə çevirmə qabiliyyəti elektrik istehsalına eyni ölçüdə əks olunmamışdır.

Çalışmanın “sinerji” nəticəsi buna görə bütün performans metriklərinin eyni anda yaxşılaşması kimi deyil, elektroda bağlı birgə təmizləmə üstünlüyü kimi oxunmalıdır.

NPC üzərindəki biofilm nə göstərir?

Çalışmadan sonra NPC anod taramalı elektron mikroskopu ilə incələnmişdir. SEM görüntülərində səthin sıx və kompakt biofilmlə örtüldüyü, açıq qalan sahələrin məhdud olduğu və qatı hissəcik yığılmasının aşağı göründüyü bildirilmişdir.

Daha yüksək böyütmələrdə çox sayda çubuqşəkilli mikroorqanizmin karbon lifləri boyunca bir-birinə bağlı şəkildə olduğu görülmüşdür. Tədqiqatçılar Ni–P örtüyünün yaratdığı daha pürüzlü səthin mikrobial tutunmanı dəstəklədiyini və elektroaktiv bölgələrin biofilm tərəfindən effektiv istifadəsinə töhfə verdiyini şərh edirlər.

Mikrobial toplum necə analiz edilmişdir?

Biofilm toplumu Illumina MiSeq PE300 platformasında yüksək məhsuldarlıqlı ardıcıllama ilə incələnmişdir. Bakterial 16S rRNA bölgəsinin çoxaldılmasında 338F və 806R primerləri istifadə edilmişdir.

NPC anod nümunəsindən 30.000-dən çox keçərli sekans əldə edilmiş və əhatə indeksi 0,99-un üzərində raporlanmışdır.

Filum səviyyəsində hansı mikroorqanizmlər baskındır?

Tədqiqatçılar elektroaktiv mikroorqanizmlərlə əlaqələndirdikləri filumların ümumi bolluğunu %97,4 kimi hesablamışdır. Bu %97,4 dəyəri ardıcıllama verilərindəki taksonomik bolluğun funksional ədəbiyyat bilgisi ilə təsnif edilməsinə əsaslanır; hər hüceyrənin elektron ötürmə aktivliyinin ayrı-ayrılıqda birbaşa elektrokimyəvi ölçümü deyil.

Sinif və cins səviyyəsində dominant toplum nədir?

Sinif səviyyəsində Desulfuromonadia %57,14 ilə dominantdır. Gammaproteobacteria %17,02, Clostridia %8,58, Bacteroidia %8,23 və Bacilli %5,48 kimi verilmişdir.

Cins səviyyəsində ən dominant qrup Desulfuromonas %47,13-dür. Onu Marinospirillum %8,58, Geoalkalibacter %6,86, Alkalibacter %5,29 və Acholeplasma %5,05 izləyir.

Tədqiqatçılar Desulfuromonasın hüceyrədənkənar elektron ötürmə qabiliyyətini NPC-MFC-nin yüksək elektrik istehsalı ilə əlaqələndirirlər. Marinospirillumun halofilik və ya duza dözümlü xüsusiyyətləri isə SGFW-nin yüksək duzluluq mühiti ilə uyğun bir toplum seçilimi kimi şərh edilir.

Çalışmanın dəstəklədiyi nəticələr

• Araşdırılan qarışıq tullantı suyunda Ni–P örtüklü NPC anod, NCOC və örtüksüz CC-yə görə ən yüksək maksimum güc sıxlığını istehsal etmişdir.
• NPC-MFC-nin maksimum güc sıxlığı 1412,9 mW/m² və maksimum çıxış gərginliyi 643,3 mV-dir.
• NPC-MFC-nin görünən daxili müqaviməti 155 Ω ilə üç qarışıq-tullantı suyu sisteminin ən aşağı dəyəridir.
• NPC anodun yük ötürmə müqaviməti 7,9 Ω və mübadilə cərəyanı sıxlığı 4,0×10⁻² mA/cm² kimi ölçülmüşdür.
• NPC-nin Coulomb səmərəliliyi %38,0±1,4 ilə müqayisə edilən digər iki qarışıq-tullantı suyu MFC-sindən yüksəkdir.
• NCOC-MFC 1103,4±69,3 mg/L ilə üç qarışıq-tullantı suyu sisteminin ən yüksək COD giderim miqdarını göstərmişdir.
• Tullantı sularını birləşdirmənin təsiri anod materialına görə dəyişmişdir; bütün metriklərdə universal yaxşılaşma görülməmişdir.
• NPC biofilmində Desulfobacterota, Desulfuromonadia və Desulfuromonas yüksək nisbi bolluq göstərmişdir.

Çalışmanın dəstəkləmədiyi nəticələr

• Laboratoriya nəticələri tam miqyaslı tullantı suyu təmizləmə qurğusunda eyni performansın əldə ediləcəyini sübut etmir.
• 1412,9 mW/m² güc sıxlığı bir qurğunun xalis elektrik istehsalı və ya enerji artıqlığı anlamına gəlmir.
• Nasos, qarışdırma, elektrod istehsalı və digər yardımçı sistemlərin enerji istehlakı ilə birlikdə xalis enerji balansı hesablanmamışdır.
• Ni–P elektrodun uzunmüddətli material itkisi, nikel buraxılması və ya çox uzun müddətli çevrim dayanıqlığı qiymətləndirilməmişdir.
• Tullantı suyu qarışığının bütün SGFW və ALL tərkiblərində eyni sinerjini yaradacağı göstərilməmişdir.
• Mənbədə sayısal duzluluq, ammonium və ağır metal profilləri tam verilmədiyindən təklif edilən seyrəltmə mexanizminin bütün kimyəvi addımları sayısal olaraq doğrulanmamışdır.
• %97,4-lük taksonomik bolluq doğrudan bütün bu hüceyrələrin eyni anda elektrik istehsal etdiyini göstərən tək-hüceyrə funksional ölçümü deyil.
• İqtisadi fizibilite, pilot miqyas və real sahə tətbiqi bu çalışmada doğrulanmamışdır.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Eksperimental sistemin əsas parametrləri

Elektrod hazırlama parametrləri

Qarışıq tullantı suyundakı əsas elektroelektrik nəticələr

Elektrik istehsalı ilə çirkləndirici giderimi arasındakı ödünləşmə

Çalışma bir MFC-nin yalnız maksimum güc sıxlığına baxılaraq “ən yaxşı təmizləyici” kimi seçilə bilməyəcəyini açıq şəkildə göstərir. NPC anodun aşağı yük ötürmə müqaviməti və yüksək mübadilə cərəyanı sıxlığı elektronları xarici dövrəyə daşımaqda üstünlük təmin edərkən, NCOC səthində daha müxtəlif üzvi maddə çevirən mikroorqanizmlərin ola biləcəyi və bunun COD giderimini artıra biləcəyi irəli sürülür.

Buna görə NPC daha çox elektron geri qazanımı və elektrik istehsalı istiqamətində, NCOC isə mövcud təcrübədə ümumi COD giderimi istiqamətində üstünlük göstərmişdir. İki hədəf proses dizaynında ayrı qiymətləndirilməlidir.

Mikrobial nəticələrin mexanizmlə əlaqəsi

NPC-nin yüksək Coulomb səmərəliliyi ilə Desulfuromonadia və Desulfuromonasın yüksək bolluğu eyni sistemdə müşahidə edilmişdir. Tədqiqatçılar bu toplum quruluşunu hüceyrədənkənar elektron transferi baxımından üstünlüklü kimi şərh edirlər.

Bununla birlikdə çalışma Ni–P örtüyünün müəyyən bir növü birbaşa molekulyar səviyyədə seçdiyini sübut edən kontrollü kolonizasiya təcrübəsi həyata keçirməmişdir. Müşahidə edilən toplum elektrod səthi ilə qarışıq tullantı suyu matrisi, duzluluq, sulfat və digər ekoloji seçilim təzyiqlərinin birgə nəticəsidir.

Yenidən istehsal edilə bilmə baxımından çatışmayan nöqtələr

Çalışma elektrod sintez parametrlərini ayrıntılı şəkildə versə də, MFC-nin bəzi bioloji istismar ayrıntıları əsas mətndə əvvəlki çalışmaya yönləndirilmişdir. Membran ön işlemi və mikrob kültürləmə protokolu burada tam olaraq təkrar verilmir.

Həmçinin “combined wastewater with nutrients” nümunəsinə hansı qidaların hansı konsentrasiyada əlavə edildiyi bu sürümün metod bölümündə açıqlanmır.

COD və Coulomb səmərəliliyi nəticələri ± dəyərlərlə verilsə də, incələnən əsas mətndə eksperimental təkrar sayı, p-dəyərinə əsaslanan statistik müqayisələr və ya öncədən təyin edilmiş anlamlılıq həddi açıq şəkildə raporlanmamışdır. Buna görə qruplar arasındakı sayısal fərqlər mənbədə göstərildiyi şəkildə təqdim edilməli, əlavə olaraq bildirilməmiş statistik anlamlılıq iddiası yaradılmamalıdır.

Miqyas böyütmə baxımından nə bilinmir?

Təcrübə hüceyrələri 500 mL-lik kameralardan ibarətdir. Tədqiqat davamlı axınlı pilot reaktor, modulyar çoxhüceyrəli MFC yığını və ya kubmetr miqyasındakı təmizləmə sistemi qurmamışdır.

Real tətbiqdə elektrod dəyəri, Ni–P örtük dayanıqlığı, membran kirlenməsi, hidravlik qalma müddəti, nasoslama və qarışdırma enerjisi, elektrod dəyişmə periodu, tullantı çamur yaranması və son çıxış suyu keyfiyyəti kimi parametrlər ayrıca qiymətləndirilməlidir.

Tədqiqatçılar da NPC-modifikasiya edilmiş MFC-lərin qarışıq tullantı suyu təmizləməsində miqyas böyüdülməsi və praktik tətbiqi üçün daha çox çalışma lazım olduğunu açıq şəkildə bildirirlər.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam özgün çalışma adı: Synergistic performance of nickel-based anode microbial fuel cells for the treatment of shale gas flowback wastewater and aged landfill leachate

Araşdırılan sürümdəki müəlliflər və sıralama: Yi Xiao; Zhengxin Yang; Suli Zou; Yu Hao; Longjun Xu; Chenglun Liu.

Eş katkı/eş birinci müəlliflık: Araşdırılan sürümdə eş birinci müəlliflık və ya eş katkı bəyanı yoxdur.

Məsul müəlliflər: Longjun Xu və Chenglun Liu.

Məsul müəllif e-postaları: Longjun Xu — xulj@cqu.edu.cn; Chenglun Liu — xlclj@cqu.edu.cn.

Qurumlar: State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China; Science and Technology Department, Chongqing Vocational Institute of Engineering, Chongqing 402260, China; College of Chemistry and Chemical Engineering, Chongqing University, Chongqing 401331, China.

Araşdırılan qaynaq növü: Real SGFW və ALL nümunələrini istifadə edərək nikel əsaslı anodlara malik mikrobial yanacaq hüceyrələrində elektrik istehsalı, tullantı suyu giderimi, elektrokimyəvi davranış və mikrobial toplumu incələyən laboratoriya miqyaslı eksperimental tədqiqat preprinti.

Rəyçilik statusu: Araşdırılan SSRN 6934127 sürümü rəyçi dəyərləndirməsindən keçməmiş bir preprintdir. Çalışmanın daha sonrakı rəyli sürümü Bioelectrochemistry dərgisində yayımlanmışdır. Bu Verianla məqaləsindəki elmi verilər yüklənən preprint sürümündən alınmış, rəyli tam mətn görülmədən iki sürümün elmi ayrıntıları birləşdirilməmişdir.

Araşdırılan preprint platformu: SSRN.

Araşdırılan SSRN qeyd nömrəsi: 6934127.

Araşdırılan preprint DOI: 10.2139/ssrn.6934127.

Araşdırılan SSRN sürümünün nəşr tarixi: 13 iyun 2026.

Preprint rəsmi bağlantısı:SSRN 6934127

Daha eski preprint sürümü: SSRN üzərində eyni çalışma üçün 30 səhifəlik, 26 yanvar 2026 tarixli SSRN 6136206 sürümü də vardır; DOI-si 10.2139/ssrn.6136206-dır.

Rəyli nəşr: Bioelectrochemistry, Volume 173, 2027, Article 109401; çevrimiçi nəşr tarixi 22 iyul 2026.

Rəyli nəşr DOI: 10.1016/j.bioelechem.2026.109401.

Rəyli nəşrin nəşrevi: Elsevier.

Rəyli sürüm rəsmi bağlantısı:10.1016/j.bioelechem.2026.109401

Bibliyografik üstveri uyğunsuzluğu: Yüklənən 37 səhifəlik qaynaqda üçüncü müəllif Suli Zou-dur. SSRN-nin 6934127 veb üstverisində üçüncü müəllif sahəsi “Xiaoxuan Liu” kimi görüntülənərkən daha eski SSRN 6136206 qeydi və yüklənən çalışma Suli Zou-nu göstərir. Buna görə qaynaq sənədindəki Suli Zou adı korunmuşdur və üstveridəki fərqlilik səssizcə birləşdirilməmişdir.

Tullantı suyu qaynaqları: ALL — Changshengqiao landfill, Chongqing; SGFW — Xing'ao shale gas field treatment station mixing tank, Nanchuan, Chongqing.

Təcrübə quruluşu: 500 mL/kamera həcmli iki kameralı H-tipli MFC, Nafion 117 proton dəyişim membranı, 6 cm² effektiv anod sahəsi, karbon parça katod; NCOC, NPC və CC anod müqayisəsi.

Əsas ana bulgu: Qarışıq SGFW+ALL şəraitində NPC-MFC 643,3 mV maksimum çıxış gərginliyi, 1412,9 mW/m² maksimum güc sıxlığı, 155 Ω görünən daxili müqavimət və %38,0±1,4 Coulomb səmərəliliyi göstərmişdir. Ən yüksək COD giderimi isə NCOC-MFC-də 1103,4±69,3 mg/L kimi ölçülmüşdür.

Sinerji şərhinin sərhədi: Tullantı sularının birlikdə təmizlənməsi bütün anodlarda və bütün performans metriklərində universal yaxşılaşma yaratmamışdır. NPC-nin elektrik istehsalı və Coulomb səmərəliliyi belirgin şəkildə yaxşılaşarkən NCOC-nin qarışıq tullantı suyundakı elektrik istehsalı təkil tullantı suyu şəraitlərinə görə düşmüş, buna qarşılıq COD giderimi yüksəlmişdir.

Mikrobial analiz: NPC biofilmi üçün 16S rRNA yüksək verimli ardıcıllama aparılmış; 30.000-dən çox keçərli sekans və >0,99 coverage bildirilmişdir. Filum səviyyəsində Desulfobacterota %57,4, sinif səviyyəsində Desulfuromonadia %57,14 və cins səviyyəsində Desulfuromonas %47,13 ilə dominant olaraq raporlanmışdır.

Metodoloji eksik bilgi: Proton dəyişim membranı ön işlemi və mikrob kültürləmə proseduru əvvəlki çalışmaya yönləndirilmişdir. “Qida əlavə edilmiş qarışıq tullantı suyu” üçün qidaların tərkibi və dozaları bu əsas mətndə verilməmişdir. Həmçinin tullantı suyu cədvəli sayısal duzluluq, ammonium, sulfat və ağır metal dəyərlərini ehtiva etmir.

Statistik raporlama sərhədi: Bəzi COD və CE veriləri ortalama±yayılım şəklində təqdim edilmiş olsa da, əsas mətndə eksperimental təkrar sayı və qruplararası inferans üçün açıq p-dəyəri/anlamlılıq həddi raporlanmamışdır. Buna görə burada mənbədə olmayan statistik anlamlılıq iddiası yaradılmamışdır.

Maliyyələşmə: National Natural Science Foundation of China, Grant No. 52174157; Chongqing Municipal Primary and Secondary School Innovative Talent Cultivation Project Program, CY250115.

CRediT müəllif töhfələri: Yi Xiao — Investigation, Writing-original draft; Zhengxin Yang — Investigation, Formal analysis; Suli Zou — Visualization, Data Curation; Yu Hao — Data curation, Validation; Longjun Xu — Supervision, Writing-review & editing, Funding acquisition; Chenglun Liu — Resources, Funding acquisition.

Maraqlar toqquşması: Araşdırılan sürümdə ayrı və açıq maraqlar toqquşması bəyanı təsbit edilməmişdir.

Verilənlərin əlçatanlığı: Araşdırılan sürümdə ayrı bir verilənlərin əlçatanlığı bəyanı təsbit edilməmişdir.

Lisenziya: Araşdırılan sürümdə açıq bir Creative Commons və ya bənzər yenidən istifadə lisenziyası təsbit edilməmişdir. Buna görə özgün SEM görüntüləri və qrafiklər burada bire bir yenidən yayımlanmamış, elmi verilər yenidən qurulmuş cədvəllərlə aktarılmışdır.

Miqyas sərhədi: Bulgular laboratoriya miqyaslı 500 mL iki kameralı MFC-lərə aiddir. Pilot tesis, davamlı tam miqyaslı təmizləmə, xalis enerji balansı, iqtisadi fizibilite və uzunmüddətli material dayanıqlığı bu çalışmada doğrulanmamışdır.

Elmi məzmun prinsipi: Bu Verianla mətnindəki təcrübə şəraiti, elektrokimyəvi dəyərlər, COD nəticələri, Coulomb səmərəlilikləri, biofilm və mikrobial toplum bulguları yüklənən 37 səhifəlik SSRN 6934127 sürümünə əsaslanır. Dış kaynaklar yalnız biblioqrafik kimlik, versiya tarixi və daha sonraki rəyli nəşrin doğrulanması üçün istifadə edilmişdir.