Изилдөө тазалоосу татаал болгон эки башка агын суу агымын бир эле микробдук отун элементинде баалайт: жогорку туздуулук жана төмөн биологиялык ажыроо менен байланышкан сланец газынын кайтарым агын суусу (shale gas flowback wastewater, SGFW) жана жогорку аммоний, төмөн көмүртек/азот тең салмагы жана начар биологиялык ажыроо менен мүнөздөлгөн эскирген санитардык полигон сүзүндү суусу (aged landfill leachate, ALL). Эки реалдуу агын суу тең көлөмдө аралаштырылып, үч башка анод түзүлүшү бар эки камералуу микробдук отун элементинде (microbial fuel cell, MFC) салыштырылган.

Изилденген аноддор NiCo₂O₄ менен өзгөртүлгөн көмүртек кездеме (NCOC), никель-фосфор менен капталган көмүртек кездеме (NPC) жана өзгөртүлбөгөн көмүртек кездеме (CC) болуп саналат. Бардык системаларда катод катары көмүртек кездеме колдонулган. Эң күчтүү электр өндүрүү көрсөткүчү NPC-MFC системасында алынган: максималдуу чыгыш чыңалуусу 643,3 mV, максималдуу кубат тыгыздыгы 1412,9 mW/m² жана көрүнгөн ички каршылык 155 Ω деп өлчөнгөн. Ошол эле аралаш агын сууда NCOC-MFC 398,2 mV максималдуу чыңалуу, 196,2 mW/m² максималдуу кубат тыгыздыгы жана 870 Ω көрүнгөн ички каршылык көрсөткөн; CC-MFCнин максималдуу кубат тыгыздыгы болсо 526,8 mW/m² болгон.

Ni–P капталган NPC анодунун электрохимиялык артыкчылыгы кубат ийри сызыктарында гана көрүнгөн эмес. NPCнин заряд өткөрүү каршылыгы 7,9 Ω деп өлчөнсө, капталбаган CC үчүн 75,7 Ω билдирилген; NPCнин алмашуу ток тыгыздыгы 4,0×10⁻² mA/cm² болуп, CCнин 1,5×10⁻³ mA/cm² маанисинин болжол менен 26,7 эсесине жеткен. Изилдөөчүлөр бул натыйжаларды Ni–P каптамасынын биофильм–электрод интерфейсиндеги клеткадан тышкаркы электрон өткөрүүнү жеңилдетиши менен байланыштырат.

Муну менен бирге эң көп электр өндүргөн анод эң көп органикалык зат кетирген анод эмес. Химиялык кычкылтек керектөөсү (COD) боюнча кетирүү NCOC-MFC үчүн 1103,4±69,3 mg/L жана %42,88, NPC-MFC үчүн 931,9±34,6 mg/L жана %36,21, CC-MFC үчүн 980,9±103,9 mg/L жана %38,12 деп эсептелген. Ал эми Coulomb натыйжалуулугу NPC-MFCде %38,0±1,4 болуп, NCOC-MFCнин %15,6±1,0 жана CC-MFCнин %9,0±1,0 маанилеринен жогору калган. Натыйжалар органикалык затты кетирүү менен электрондорду электр энергиясы катары кайтарып алуу бир эле көрсөткүч эмес экенин көрсөтөт.

Аралаш агын суунун пайдасы да электрод материалына көз каранды. NPC-MFCнин максималдуу кубат тыгыздыгы аралаш агын сууда 1412,9 mW/m²ге көтөрүлсө, өзүнчө ALLде 383,4 mW/m² жана SGFWде 436,1 mW/m² деп берилген. Тескерисинче, NCOC-MFCнин аралаш агын суудагы максималдуу кубат тыгыздыгы 196,2 mW/m² болуп, SGFWдеги 649,8 mW/m² жана ALLдеги 502,9 mW/m² маанилеринен төмөн. Ошондуктан изилдөө “агын сууларды аралаштыруу бардык MFCлерди жакшыртат” деген жыйынтыкты колдобойт; биргелешип тазалоонун таасири аноддун беттик химиясы, биофильм жана электрон өткөрүү менен бирге өзгөрөт.

NPC анодундагы биофильм анализинде 30.000ден ашык жарактуу 16S rRNA тизмеги алынган жана камтуу индекси 0,99дан жогору табылган. Изилдөөчүлөрдүн таксономиялык классификациясына ылайык, электроактивдүү микроорганизмдер менен байланышкан филумдардын жалпы молдугу %97,4. Desulfobacterota %57,4 менен эң басымдуу филум, Desulfuromonadia %57,14 менен эң басымдуу класс жана Desulfuromonas %47,13 менен эң басымдуу урук катары билдирилген. SEM сүрөттөрүндө NPC бетинин тыгыз жана үзгүлтүксүз биофильм менен капталгандыгы, таякча сымал микроорганизмдердин көмүртек буласынын боюна жайгашканы кабарланган.

Изилдөө лабораториялык масштабдагы 500 mLлик эки камералуу MFCлерге негизделет. Пилоттук же толук масштабдуу тазалоо жайы, узак мөөнөттүү үзгүлтүксүз азыктандыруу менен иштетүү, энергия балансы, инвестициялык нарк, никель/фосфор каптамасынын жашоо цикли же реалдуу талаада масштабды чоңойтуу текшерилген эмес. Ошондуктан 1412,9 mW/m² кубат тыгыздыгы же билдирилген COD кетирүүлөрү өнөр жайлык тазалоо жайынын түздөн-түз көрсөткүчү катары чечмеленбеши керек.

Türkiye жагынан бул ыкма; жогорку туздуулуктагы өнөр жай агын суулары менен санитардык полигон сүзүндү сууларын биргелешип тазалоо жана ошол эле процессте бир өлчөмдө электр энергиясын кайтарып алуу жагынан изилдөөгө татыктуу биоэлектрохимиялык ыкма болуп саналат. Бирок изилдөө Кытайдагы белгилүү эки реалдуу агын суу агымын колдонгон. Türkiyedеги санитардык полигондордун сүзүндү суусунун курамы, өнөр жай агын сууларынын туздуулук жана оор металл профилдери, температура, мыйзамдык талаптар, гидравликалык жүк жана алдын ала тазалоо муктаждыктары айырмаланышы мүмкүн болгондуктан, жергиликтүү агын суу мүнөздөмөсү жана пилоттук масштабдагы ырастоо жүргүзүлбөй туруп көрсөткүчтөр түздөн-түз өткөрүлбөшү керек.

Изилдөөнүн негизги көйгөйү эмне?

Сланец газын өндүрүүдө гидравликалык жаракадан кийин пайда болгон кайтарым суу формация туздары жана резервуардан эриген компоненттер себептүү жогорку туздуулук, төмөн биологиялык ажыроо жана химиялык туруктуулук менен байланышат. Эскирген санитардык полигон сүзүндү суусу болсо узак убакыт иштетилген полигондордо пайда болгон, салыштырмалуу төмөн оңой ажырай турган органикалык көмүртек, жогорку аммоний жана тең салмаксыз көмүртек/азот катышы сыяктуу өзгөчөлүктөрдү көрсөтө алган татаал агын суу.

Изилдөөчүлөрдүн гипотезасы бул эки татаал агын сууну белгилүү катыштарда бириктирүү экөөнүн айрым ингибирлөөчү касиеттерин жарым-жартылай тең салмактай алат дегенге негизделет. SGFWнин өтө жогорку туздуулугун суюлтуу, эки агымдагы уулуу же ингибирлөөчү компоненттердин концентрацияларын төмөндөтүү жана ALLнин ар түрдүү азык компоненттеринин микробдук метаболизмге салым кошуусу мүмкүн болгон синергия механизмдери катары сунушталат.

Бирок бул агын суу курамына гана көз каранды маселе эмес. Микробдук отун элементинде органикалык заттан бошогон электрондор электродго өткөрүлүшү керек болгондуктан, анод бетинин микроорганизмдер менен шайкештиги жана клеткадан тышкаркы электрон өткөрүүгө (extracellular electron transfer, EET) мүмкүндүк бериши негизги көрсөткүч чектөөлөрүнүн бири. Ошондуктан изилдөө агын суу аралашмасын эки башка никель негиздүү анод модификациясы менен бирге караган.

Агын суулар кайдан алынган?

Эскирген санитардык полигон сүзүндү суусу Chongqingдеги Changshengqiao санитардык полигонунан; сланец газынын кайтарым агын суусу болсо Chongqingдин Nanchuan аймагындагы Xing'ao сланец газ талаасынын тазалоо станциясындагы аралаштыруу резервуарынан алынган. Үлгүлөр тажрыйбаларга чейин муздак шартта сакталган.

Аралаш агын суу SGFW менен ALLнин тең көлөмдөрүн бириктирүү аркылуу даярдалган.

Булак “азык кошулган аралаш агын суу” үчүн COD жана pH маанисин берсе да, бул негизги текстте кошулган азык заттарынын химиялык курамын жана өлчөмдөрүн түшүндүрбөйт. Ошондой эле аралаштыруу гипотезасында туздуулук маанилүү өзгөрмө болгону менен, Таблица 1де сандык өткөрүмдүүлүк же туздуулук мааниси, аммоний концентрациясы, сульфат өлчөмү же оор металл концентрациялары берилген эмес. Ошондуктан аралашма химиялык жактан ингибирлөөчү компоненттерди кандай сандык катышта азайтканын бул булак менен гана эсептөөгө болбойт.

NiCo₂O₄ капталган NCOC аноду кантип даярдалган?

Бардык көмүртек кездемелердин эффективдүү аянты 6 cm². NiCo₂O₄ электролити үчүн 1 mmol Ni(NO₃)₂·6H₂O жана 2 mmol Co(NO₃)₂·6H₂O, 100 mL деиондоштурулган сууда эритилген.

Электродепозиция үч электроддуу түзүлүштө жүргүзүлгөн. Алдын ала иштетилген көмүртек кездеме жумушчу электрод, Ag/AgCl референс электрод жана Pt каршы электрод катары колдонулган. −3 mA/cm² туруктуу ток тыгыздыгы 900 секунд колдонулган. Электрод жуулуп жана кургатылгандан кийин 1 °C/мүнөт ысытуу ылдамдыгы менен 300 °Cге чыгарылып, 2 саат муфель мешинде кальцинацияланган. Алынган NiCo₂O₄-модификацияланган көмүртек кездеме NCOC деп аталган.

Ni–P капталган NPC аноду кантип даярдалган?

Ni–P электролити үчүн 0,7 mmol NaH₂PO₂·H₂O, 0,2 mmol C₆H₅Na₃O₇·2H₂O жана 1,75 mmol NiSO₄·6H₂O, 100 mL деиондоштурулган сууда эритилген.

Ni–P каптамасы циклдик вольтамметрияга негизделген электродепозиция менен жүргүзүлгөн. Потенциал аралыгы −1,0–0 V, сканерлөө ылдамдыгы 20 mV/s жана цикл саны эки деп берилген. Жуу жана кургатуудан кийин Ni–P капталган көмүртек кездеме NPC деп аталган.

Микробдук отун элементтери кантип курулган?

Ар бир система типтүү эки камералуу H-типтеги микробдук отун элементи болуп, ар бир камеранын көлөмү 500 mL. Анод жана катод камералары DuPont Nafion 117 протон алмашуу мембранасы менен бөлүнгөн. Электрдик байланышта титан зымдар колдонулган; бардык системаларда катод электрод катары өзгөртүлбөгөн көмүртек кездеме тандалган.

Үч тажрыйба системасы төмөнкүдөй:

• NCOC-MFC: NiCo₂O₄ капталган көмүртек кездеме анод + көмүртек кездеме катод.
• NPC-MFC: Ni–P капталган көмүртек кездеме анод + көмүртек кездеме катод.
• CC-MFC: капталбаган көмүртек кездеме анод + көмүртек кездеме катод.

Протон алмашуу мембранасынын алдын ала иштетилиши жана микробдук культуралоо кадамдары бул изилдөөдө майда-чүйдөсүнө чейин кайра берилген эмес, изилдөөчүлөрдүн мурда жарыяланган ишине багытталган. Бул жагдай изилденген негизги текстти гана колдонуп тажрыйбаны толук кайра куруу жагынан методдук деталдын жетишсиздиги болуп саналат.

Электр өндүрүү кантип өлчөнгөн?

Чыгыш чыңалуусу 1000 Ω туруктуу тышкы каршылык астында үзгүлтүксүз жазылган. Ток тыгыздыгы жана кубат тыгыздыгы аноддун эффективдүү аянты эске алынып эсептелген:

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

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

Бул жерде \(U\) чыңалууну, \(S\) эффективдүү анод аянтын жана \(R\) тышкы каршылыкты билдирет.

NPC-MFC чыңалуу өндүрүүдө кандай жүрүм көрсөткөн?

NPC-MFC максималдуу 643,3 mV чыгыш чыңалуусуна жеткен. Максималдуу чыңалууга жетүү убактысы болгону 4,8 күн деп берилген. Салыштырууда NCOC-MFC 25,1 күндө, CC-MFC болсо 22,1 күндө өз максимумуна жеткен.

NCOC-MFCнин максималдуу чыңалуусу 398,2 mVде калган, ал эми CC-MFC 614,7 mVлик чоку көрсөткөн жана кийин чыңалуусу баскыч-баскыч төмөндөгөн. NPC системасы ошол эле реакция эритмеси менен 60-күнгө чейин иштетилген. Жыйынтык бөлүмүндө NPCнин “steady-state operation time” мааниси өзүнчө 30 күн деп берилгендиктен, 60 күндүк жалпы иштетүү убактысы менен 30 күндүк туруктуу иш убактысы бир түшүнүк катары бааланбашы керек.

Кубат тыгыздыгындагы эң чоң айырма эмне?

Аралаш агын суу шартында NPC-MFCнин максималдуу кубат тыгыздыгы 1412,9 mW/m². Ушул эле маани NCOC-MFC үчүн 196,2 mW/m², CC-MFC үчүн 526,8 mW/m². Изилдөөчүлөр NPC маанисин NCOCнин болжол менен 7,2, CCнин болжол менен 2,7 эсеси катары билдирет.

Ачык чынжыр чыңалуулары бир-бирине кыйла жакын: NPC-MFC 739,7 mV, NCOC-MFC 722,2 mV жана CC-MFC 726,8 mV. Бул абал максималдуу кубат тыгыздыгындагы чоң айырма ачык чынжыр чыңалуусу менен гана түшүндүрүлбөй турганын, системанын ичиндеги поляризация жана электрон өткөрүү каршылыктары маанилүү экенин көрсөтөт.

Көрүнгөн ички каршылык натыйжалары эмнени көрсөткөн?

NPC-MFCнин 155 Ω көрүнгөн ички каршылыгы үч системанын ичиндеги эң төмөн маани. Кубат тыгыздыгы/поляризация графиктери менен бирге бааланганда, бул натыйжа NPC аноддуу системада электрон агымын чектеген жалпы жоготуулар төмөн экенине ишарат кылат.

EIS анализи анод–биофильм интерфейси тууралуу эмнени көрсөткөн?

Электрохимиялык импеданс спектроскопиясы (EIS) 0,01 Hz–100 kHz жыштык аралыгында жана 5 mV амплитуда менен жүргүзүлгөн, маалыматтар ZView аркылуу эквиваленттик чынжыр боюнча ылайыкташтырылган.

Омдук каршылыктар үч электрод үчүн бир-бирине жакын: NCOC 2,7 Ω, NPC 2,4 Ω жана CC 3,0 Ω. Ал эми заряд өткөрүү каршылыгында чоң айырма көрүнөт. NPC үчүн 7,9 Ω, CC үчүн 75,7 Ω билдирилген. NCOCнин аралаш агын суудагы заряд өткөрүү каршылыгы болсо 129,4 Ω деп берилген.

Капталбаган CCнин Nyquist графигинде эки жарым тегерекке окшош релаксация процесси көрүнсө, NPC жана NCOCде ошол эле өзгөчөлүк так эмес. Изилдөөчүлөр CCдеги жогорку жыштык компонентин электрод–биофильм заряд өткөрүүсү менен, орто/төмөн жыштык компонентин болсо биофильм ичиндеги ион кыймылы, бөлүштүрүлгөн сыйымдуулук жана масса өткөрүлүшү менен байланыштырат.

NPCдеги кичине жарым тегерек ылдамыраак заряд өткөрүү катары чечмеленген. NCOCдеги чоң каршылык болсо аралаш агын суудагы органикалык/бейорганикалык бөлүкчөлөрдүн бетти жарым-жартылай капташы жана алсыз щелочтуу шарттарда металл гидроксид/карбонат чөкмөлөрүнүн пайда болушу сыяктуу мүмкүн механизмдер менен түшүндүрүлөт. Булар изилдөөчүлөрдүн механизм тууралуу чечмелөөлөрү; чөкмө өлчөмү бул изилдөөдө өзүнчө сандык беттик масса анализи менен берилген эмес.

Tafel анализи Ni–P анодунун артыкчылыгын колдойбу?

NPCнин алмашуу ток тыгыздыгы CCнин болжол менен 26,7 эсеси. Изилдөөчүлөр муну биофильм менен электрод ортосундагы электрон өткөрүү үчүн ыңгайлуураак интерфейс жана жогору биоэлектрокаталитикалык активдүүлүк көрсөткүчү катары чечмелешет.

Эң жакшы электр өндүрүү эң жакшы COD кетирүү дегенди билдиреби?

Жок. Натыйжалардын маанилүү жагы — энергияны кайтарып алуу менен органикалык затты кетирүү бир эле багытта тизилбейт.

NCOC-MFC эң жогорку COD кетирүүнү камсыз кылса да, эң төмөн максималдуу кубат тыгыздыгын өндүргөн система. Изилдөөчүлөр NCOCнин көбүрөөк орой бетинин ар түрдүү органикалык зат өзгөртүүчү микроорганизмдер үчүн көбүрөөк жабышуу аймагын бере аларын сунушташат.

NPC-MFC болсо төмөнүрөөк COD кетирүүсүнө карабастан алда канча жогору Coulomb натыйжалуулугун көрсөткөн. Coulomb натыйжалуулугу керектелген органикалык заттан теориялык жактан бошой турган электрондордун канчасы тышкы чынжырда өлчөнө турган электрдик зарядга айландырылганын билдирет. Ошондуктан NPCде керектелген органикалык жүктүн чоңураак бөлүгүнүн электр өндүрүүгө багытталгандыгы изилдөө тарабынан негизги артыкчылыктардын бири катары бааланат.

Агын сууларды аралаштыруу чындап синергия жараттыбы?

Жыйынтыкка анод материалы көрсөтүлүп гана жооп берүүгө болот.

NPC жагынан аралаш агын суу күчтүү оң таасир көрсөткөн. Максималдуу кубат тыгыздыгы ALLге салыштырмалуу болжол менен 3,7 эсе, SGFWге салыштырмалуу болжол менен 3,2 эсе көбөйгөн. Ички каршылык да өзүнчө агын суулардагы 583,3 жана 396,7 Ω маанилеринен аралаш системада 155 Ωга түшкөн.

Капталбаган CC үчүн аралаш агын суу SGFWге салыштырганда максималдуу кубат тыгыздыгын 55,7ден 526,8 mW/m²ге көтөргөн; изилдөөчүлөр муну болжол менен 9,5 эсе өсүү катары билдирген. Ошентсе да CCнин Coulomb натыйжалуулугу аралаш системада ALLдеги %15,1 маанисинен ашкан эмес жана %9,0да калган.

NCOC үчүн натыйжа тескери багытта. Аралаш агын сууда COD кетирүүсү 1103,4±69,3 mg/L менен жогоруласа, максималдуу кубат тыгыздыгы 196,2 mW/m²ге түшкөн. Демек, NCOCнин аралаш чөйрөдө органикалык затты өзгөртүү жөндөмү электр өндүрүүгө ошол эле өлчөмдө чагылдырылган эмес.

Изилдөөнүн “синергия” жыйынтыгы ошондуктан бардык көрсөткүчтөрдүн бир эле учурда жакшырышы эмес, электродго көз каранды биргелешкен тазалоо артыкчылыгы катары окулушу керек.

NPC үстүндөгү биофильм эмнени көрсөтөт?

Изилдөөдөн кийин NPC аноду сканерлөөчү электрондук микроскоп менен каралган. SEM сүрөттөрүндө бет тыгыз жана компакт биофильм менен капталгандыгы, ачык калган аймактар чектелүү экени жана катуу бөлүкчө топтолушу төмөн көрүнгөнү билдирилген.

Жогорку чоңойтууларда көп сандаган таякча сымал микроорганизмдер көмүртек буласынын боюна бири-бири менен байланышкан түрдө жайгашканы көрүнгөн. Изилдөөчүлөр Ni–P каптамасы түзгөн көбүрөөк орой бет микробдук жабышууну колдойт жана электроактивдүү аймактардын биофильм тарабынан натыйжалуу колдонулушуна салым кошот деп чечмелешет.

Микробдук коомчулук кантип анализделген?

Биофильм коомчулугу Illumina MiSeq PE300 платформасында жогорку өндүрүмдүү тизмектөө менен изилденген. Бактериялык 16S rRNA аймагын көбөйтүүдө 338F жана 806R праймерлери колдонулган.

NPC анод үлгүсүнөн 30.000ден ашык жарактуу секанс алынган жана камтуу индекси 0,99дан жогору деп билдирилген.

Филум деңгээлинде кайсы микроорганизмдер басымдуу?

Изилдөөчүлөр электроактивдүү микроорганизмдер менен байланыштырган филумдардын жалпы молдугун %97,4 деп эсептеген. Бул %97,4 мааниси тизмектөө маалыматтарындагы таксономиялык молдукту функционалдык адабият билими менен классификациялоого негизделет; ар бир клетканын электрон өткөрүү активдүүлүгүнүн өз-өзүнчө түз электрохимиялык өлчөөсү эмес.

Класс жана урук деңгээлиндеги басымдуу коомчулук эмне?

Класс деңгээлинде Desulfuromonadia %57,14 менен басымдуу. Gammaproteobacteria %17,02, Clostridia %8,58, Bacteroidia %8,23 жана Bacilli %5,48 деп берилген.

Урук деңгээлинде эң басымдуу топ Desulfuromonas %47,13. Андан кийин Marinospirillum %8,58, Geoalkalibacter %6,86, Alkalibacter %5,29 жана Acholeplasma %5,05 келет.

Изилдөөчүлөр Desulfuromonasтын клеткадан тышкаркы электрон өткөрүү жөндөмүн NPC-MFCнин жогорку электр өндүрүшү менен байланыштырат. Marinospirillumдун галофилдик же тузга чыдамдуу касиеттери болсо SGFWнин жогорку туздуулук чөйрөсү менен шайкеш коомчулук тандалышы катары чечмеленет.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Изилденген аралаш агын сууда Ni–P капталган NPC аноду NCOC жана капталбаган CCге салыштырмалуу эң жогорку максималдуу кубат тыгыздыгын өндүргөн.
• NPC-MFCнин максималдуу кубат тыгыздыгы 1412,9 mW/m² жана максималдуу чыгыш чыңалуусу 643,3 mV.
• NPC-MFCнин көрүнгөн ички каршылыгы 155 Ω болуп, үч аралаш-агын суу системасынын эң төмөн мааниси.
• NPC анодунун заряд өткөрүү каршылыгы 7,9 Ω жана алмашуу ток тыгыздыгы 4,0×10⁻² mA/cm² деп өлчөнгөн.
• NPCнин Coulomb натыйжалуулугу %38,0±1,4 болуп, салыштырылган башка эки аралаш-агын суу MFCсинен жогору.
• NCOC-MFC 1103,4±69,3 mg/L менен үч аралаш-агын суу системасынын эң жогорку COD кетирүү өлчөмүн көрсөткөн.
• Агын сууларды бириктирүүнүн таасири анод материалына жараша өзгөргөн; бардык метрикаларда универсалдуу жакшыруу көрүнгөн эмес.
• NPC биофильмде Desulfobacterota, Desulfuromonadia жана Desulfuromonas жогорку салыштырмалуу молдук көрсөткөн.

Изилдөө колдобогон жыйынтыктар

• Лабораториялык натыйжалар толук масштабдуу агын суу тазалоо жайында ошол эле көрсөткүч алынарын далилдебейт.
• 1412,9 mW/m² кубат тыгыздыгы жайдын таза электр өндүрүшү же энергия ашыкчасы дегенди билдирбейт.
• Насос, аралаштыруу, электрод өндүрүү жана башка көмөкчү системалардын энергия керектөөсү менен бирге таза энергия балансы эсептелген эмес.
• Ni–P электродунун узак мөөнөттүү материал жоготуусу, никель бөлүнүшү же абдан узак циклдик туруктуулугу бааланган эмес.
• Агын суу аралашмасы бардык SGFW жана ALL курамдарында ошол эле синергияны түзөрү көрсөтүлгөн эмес.
• Булакта сандык туздуулук, аммоний жана оор металл профилдери толук берилбегендиктен, сунушталган суюлтуу механизминин бардык химиялык кадамдары сандык түрдө ырасталган эмес.
• %97,4 таксономиялык молдук бул клеткалардын бардыгы бир учурда электр өндүрүп жатканын көрсөткөн жалгыз-клеткалык функциялык өлчөө эмес.
• Экономикалык ишке ашыруу, пилоттук масштаб жана реалдуу талаа колдонмосу бул изилдөөдө ырасталган эмес.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Эксперименттик системанын негизги параметрлери

Электрод даярдоо параметрлери

Аралаш агын суудагы негизги электроэлектрдик натыйжалар

Электр өндүрүү менен булгоочу кетирүүнүн ортосундагы компромисс

Изилдөө MFCни максималдуу кубат тыгыздыгына гана карап “эң жакшы тазалагыч” катары тандоого болбой турганын ачык көрсөтөт. NPC анодунун төмөн заряд өткөрүү каршылыгы жана жогорку алмашуу ток тыгыздыгы электрондорду тышкы чынжырга ташууда артыкчылык берсе, NCOC бетинде ар түрдүү органикалык зат өзгөртүүчү микроорганизмдер көбүрөөк болушу мүмкүн жана бул COD кетирүүнү арттырышы мүмкүн деп сунушталат.

Ошондуктан NPC көбүрөөк электрондорду кайтарып алуу жана электр өндүрүү жагынан, NCOC болсо учурдагы тажрыйбада жалпы COD кетирүү жагынан артыкчылык көрсөткөн. Эки максат процесс долбоорунда өзүнчө бааланышы керек.

Микробдук натыйжалардын механизм менен байланышы

NPCнин жогорку Coulomb натыйжалуулугу менен Desulfuromonadia жана Desulfuromonasтын жогорку молдугу бир эле системада байкалган. Изилдөөчүлөр бул коомчулук түзүлүшүн клеткадан тышкаркы электрон өткөрүү жагынан артыкчылыктуу деп чечмелейт.

Ошентсе да изилдөө Ni–P каптамасы белгилүү бир түрдү түздөн-түз молекулалык деңгээлде тандай турганын далилдеген контролдонгон колонизация тажрыйбасын жүргүзгөн эмес. Байкалган коомчулук электрод бети менен аралаш агын суу матрицасынын, туздуулуктун, сульфаттын жана башка экологиялык тандоо басымдарынын биргелешкен натыйжасы.

Кайра өндүрүлүшү жагынан жетишпей калган нерселер

Изилдөө электрод синтези параметрлерин кеңири бергенине карабастан, MFCнин айрым биологиялык иштетүү деталдары негизги текстте мурдагы изилдөөгө багытталган. Мембрана алдын ала иштетүү жана микробдук культуралоо протоколу бул жерде толук кайра берилбейт.

Ошондой эле “combined wastewater with nutrients” үлгүсүнө кайсы азыктар кандай концентрацияда кошулганы бул версиянын метод бөлүмүндө түшүндүрүлгөн эмес.

COD жана Coulomb натыйжалуулугу жыйынтыктары ± маанилер менен берилгенине карабастан, изилденген негизги текстте эксперименттик кайталоо саны, p-мааниге негизделген статистикалык салыштыруулар же алдын ала аныкталган маанилүүлүк чеги ачык билдирилген эмес. Ошондуктан топтор ортосундагы сандык айырмалар булакта көрсөтүлгөндөй берилип, кошумча билдирилбеген статистикалык маанилүүлүк дооматы түзүлбөшү керек.

Масштабды чоңойтуу жагынан эмне белгисиз?

Тажрыйба элементтери 500 mLлик камералардан турат. Изилдөө үзгүлтүксүз агымдуу пилоттук реактор, модулдук көп элементтүү MFC стеги же куб метр масштабындагы тазалоо системасын курган эмес.

Реалдуу колдонууда электрод наркы, Ni–P каптаманын туруктуулугу, мембрана кирдеши, гидравликалык кармоо убактысы, насос жана аралаштыруу энергиясы, электрод алмаштыруу периоду, калдыктуу ылай пайда болушу жана акыркы чыгыш суусунун сапаты сыяктуу параметрлер өзүнчө бааланышы керек.

Изилдөөчүлөр да NPC-модификацияланган MFCлерди аралаш агын суу тазалоодо масштабын чоңойтуу жана практикалык колдонуу үчүн көбүрөөк иш керек экенин ачык белгилешет.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Толук түпнуска изилдөө аталышы: Synergistic performance of nickel-based anode microbial fuel cells for the treatment of shale gas flowback wastewater and aged landfill leachate

Изилденген версиядагы авторлор жана тартиби: Yi Xiao; Zhengxin Yang; Suli Zou; Yu Hao; Longjun Xu; Chenglun Liu.

Бирдей салым/тең биринчи автордук: Изилденген версияда тең биринчи автордук же тең салым тууралуу билдирүү жок.

Жооптуу авторлор: Longjun Xu жана Chenglun Liu.

Жооптуу автор e-mail даректери: Longjun Xu — xulj@cqu.edu.cn; Chenglun Liu — xlclj@cqu.edu.cn.

Мекемелер: 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.

Изилденген булак түрү: Реалдуу SGFW жана ALL үлгүлөрүн колдонуп никель негиздүү аноддору бар микробдук отун элементтеринде электр өндүрүү, агын суу кетирүү, электрохимиялык жүрүм жана микробдук коомчулукту изилдеген лабораториялык масштабдагы эксперименттик изилдөө preprintи.

Рецензиялык абалы: Изилденген SSRN 6934127 версиясы рецензиядан өтө элек preprint. Изилдөөнүн кийинки рецензияланган версиясы Bioelectrochemistry журналында жарыяланган. Бул Маалыматanla макаласындагы илимий маалыматтар жүктөлгөн preprint версиясынан алынган, рецензияланган толук текст көрүлбөстөн эки версиянын илимий деталдары бириктирилген эмес.

Изилденген preprint платформасы: SSRN.

Изилденген SSRN каттоо номери: 6934127.

Изилденген preprint DOI: 10.2139/ssrn.6934127.

Изилденген SSRN версиясынын жарыяланган күнү: 13 июнь 2026.

Preprint расмий шилтемеси:SSRN 6934127

Мурунку preprint версиясы: SSRNде ушул эле изилдөө үчүн 30 беттик, 26 январь 2026 күндөгү SSRN 6136206 версиясы да бар; DOIси 10.2139/ssrn.6136206.

Рецензияланган жарыя: Bioelectrochemistry, Volume 173, 2027, Article 109401; онлайн жарыя күнү 22 июль 2026.

Рецензияланган жарыя DOI: 10.1016/j.bioelechem.2026.109401.

Рецензияланган жарыя чыгаруучусу: Elsevier.

Рецензияланган версиянын расмий шилтемеси:10.1016/j.bioelechem.2026.109401

Библиографиялык метамаалымат дал келбестиги: Жүктөлгөн 37 беттик булакта үчүнчү автор Suli Zou. SSRNдин 6934127 веб метамаалыматында үчүнчү автор талаасы “Xiaoxuan Liu” деп көрүнсө, мурунку SSRN 6136206 каттоосу жана жүктөлгөн изилдөө Suli Zouну көрсөтөт. Ошондуктан булак документиндеги Suli Zou аты сакталган жана метамаалыматтагы айырмачылык үнсүз бириктирилген эмес.

Агын суу булактары: ALL — Changshengqiao landfill, Chongqing; SGFW — Xing'ao shale gas field treatment station mixing tank, Nanchuan, Chongqing.

Тажрыйба түзүлүшү: 500 mL/камера көлөмдүү эки камералуу H-типтеги MFC, Nafion 117 протон алмашуу мембранасы, 6 cm² эффективдүү анод аянты, көмүртек кездеме катод; NCOC, NPC жана CC анод салыштыруу.

Негизги башкы табылга: Аралаш SGFW+ALL шартында NPC-MFC 643,3 mV максималдуу чыгыш чыңалуусу, 1412,9 mW/m² максималдуу кубат тыгыздыгы, 155 Ω көрүнгөн ички каршылык жана %38,0±1,4 Coulomb натыйжалуулугун көрсөткөн. Эң жогорку COD кетирүү болсо NCOC-MFCде 1103,4±69,3 mg/L болуп өлчөнгөн.

Синергия чечмесинин чеги: Агын сууларды биргелешип тазалоо бардык аноддордо жана бардык көрсөткүчтөрдө универсалдуу жакшыруу жараткан эмес. NPCнин электр өндүрүшү жана Coulomb натыйжалуулугу айкын жакшырып жатканда, NCOCнин аралаш агын суудагы электр өндүрүшү өзүнчө агын суу шарттарына салыштырмалуу төмөндөгөн, бирок COD кетирүүсү жогорулаган.

Микробдук анализ: NPC биофильми үчүн 16S rRNA жогорку өндүрүмдүү тизмектөө жүргүзүлгөн; 30.000ден ашык жарактуу секанс жана >0,99 coverage билдирилген. Филум деңгээлинде Desulfobacterota %57,4, класс деңгээлинде Desulfuromonadia %57,14 жана урук деңгээлинде Desulfuromonas %47,13 менен басымдуу деп кабарланган.

Методдук жетишсиз маалымат: Протон алмашуу мембранасынын алдын ала иштетилиши жана микробдук культуралоо процедурасы мурдагы изилдөөгө багытталган. “азык кошулган аралаш агын суу” үчүн азыктардын курамы жана дозалары бул негизги текстте берилген эмес. Ошондой эле агын суу таблицасы сандык туздуулук, аммоний, сульфат жана оор металл маанилерин камтыбайт.

Статистикалык отчеттуулук чеги: Айрым COD жана CE маалыматтары орточо±жайылуу түрүндө берилгени менен, негизги текстте эксперименттик кайталоо саны жана топтор аралык инференс үчүн ачык p-маани/маанилүүлүк чеги билдирилген эмес. Ошондуктан бул жерде булакта жок статистикалык маанилүүлүк дооматы түзүлгөн эмес.

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

CRediT автор салымдары: 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.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Изилденген версияда өзүнчө жана ачык кызыкчылыктардын кагылышы билдирүүсү табылган эмес.

Маалымат жеткиликтүүлүгү: Изилденген версияда өзүнчө маалымат жеткиликтүүлүгү билдирүүсү табылган эмес.

Лицензия: Изилденген версияда ачык Creative Commons же ага барабар кайра колдонуу лицензиясы табылган эмес. Ошондуктан түпнуска SEM сүрөттөрү жана графиктер бул жерде ошол бойдон кайра жарыяланган эмес, илимий маалыматтар кайра түзүлгөн таблицалар менен берилген.

Масштаб чеги: Табылгалар лабораториялык масштабдагы 500 mL эки камералуу MFCлерге тиешелүү. Пилоттук жай, үзгүлтүксүз толук масштабдуу тазалоо, таза энергия балансы, экономикалык ишке ашыруу жана узак мөөнөттүү материал туруктуулугу бул изилдөөдө ырасталган эмес.

Илимий мазмун принциби: Бул Маалыматanla текстиндеги тажрыйба шарттары, электрохимиялык маанилер, COD натыйжалары, Coulomb натыйжалуулуктары, биофильм жана микробдук коомчулук табылгалары жүктөлгөн 37 беттик SSRN 6934127 версиясына негизделет. Тышкы булактар библиографиялык идентификация, версия тарыхы жана кийинки рецензияланган жарыянын ырасталышы үчүн гана колдонулган.