Таҳқиқот барои ба даст овардани баромади барқӣ аз ҳамон система ҳангоми коркарди оби партови воқеӣ ва норақиқшудаи саноати нассоҷӣ (textile industry wastewater, TIWW) консорсиуми нави ҳуҷайраи сӯзишвории микробии бактериявиро аз ду бактерия таҳия мекунад. Консорсиум аз штаммҳои Pseudomonas aeruginosa MZ520730 ва Bacillus albus MW407057 ташкил шуда, дар ҳуҷайраи сӯзишвории микробии дукамерагии навъи H (microbial fuel cell, MFC) аз ҷиҳати ҳарорат, pH, манбаи карбон ва манбаи нитроген оптимизатсия шудааст.

Дар байни шароити санҷидашуда баландтарин нишондиҳанда дар 30±3 °C, pH 7, бо истифода аз глюкоза ҳамчун манбаи карбон ва экстракти хамиртуруш ҳамчун манбаи нитроген ба даст омадааст. Тибқи натиҷаҳои асосии таҳқиқот, BMFCsC-и таҳияшуда дар оби партови воқеии нассоҷӣ нишондиҳандаи ранг ADMI-ро аз 1367 то 5, талаботи химиявии оксигенро (COD) аз 2153 mg/L то 97 mg/L ва карбони умумии органикиро (TOC) аз 4852 mg/L то 90 mg/L коҳиш додааст. Барои ин қиматҳои хом, таҳқиқот мутаносибан %99,63 бартарафсозии ранг, %95,49 бартарафсозии COD ва дар қисмҳои хулоса/натиҷа %98,14 бартарафсозии TOC-ро гузориш медиҳад.

BMFCsC нисбат ба системаҳои якбактериявӣ шиддат ва ҷараёни баландтар истеҳсол кардааст. Қиматҳои баландтарин 550 mV ва 715 µA гузориш шудаанд. Манбаъ ҳамчунин зичии максималии қувваро 65,54 W/m² гузориш мекунад. Аммо вақте ки \(P=V\times I\), \(P_d=P/A\), 550 mV, 715 µA ва масоҳати аноди 0,006 m², ки дар бахши усул дода шудаанд, якҷоя бо табдили воҳидҳои SI истифода мешаванд, бо зичии қувваи гузоришшуда тақрибан 1000 маротиба номувофиқатӣ пайдо мешавад. Аз ин рӯ, натиҷаҳои шиддат ва ҷараёнро метавон ҳамчун ченкуниҳои мустақими манбаъ арзёбӣ кард, вале қимати зичии қувва бояд аз ҷиҳати воҳид/ҳисоб санҷида шавад.

Дар муқоисаҳои якштаммӣ P. aeruginosa %92,13 бартарафсозии ранг, %87,22 TOC ва %82,44 COD; B. albus бошад %85,34 бартарафсозии ранг, %81,56 TOC ва %75,76 COD нишон додааст. Ба даст омадани натиҷаҳои баландтари коркард аз ҷониби BMFCsC нисбат ба ин ду штамми алоҳида аз ҷониби муҳаққиқон ба ҳамкории метаболикии ҳамдигарро пуркунанда байни бактерияҳо нисбат дода шудааст.

Дар таҳлилҳои ферментӣ фаъолиятҳои манган пероксидаза (MnP) ва лигнин пероксидаза (LiP) пайгирӣ шудаанд. Дар таҳқиқот фаъолияти MnP бо P. aeruginosa ва фаъолияти LiP бо B. albus алоқаманд карда шуда; қиматҳои баландтарин дар соати 72 барои MnP 8,23 IU/mL ва барои LiP 10,93 IU/mL гузориш шудаанд. Муҳаққиқон пешниҳод мекунанд, ки ин ду ферменти оксидоредуктивӣ якҷоя ба табдили рангкунандаҳо ва дигар ифлоскунандаҳои органикӣ саҳм мегузоранд.

Дар таҳлили UV-Vis хусусиятҳои абсорбсия дар атрофи 430, 497, 530 ва 668 nm дар оби партови коркарднашуда мутаносибан бо methyl red, Congo red, safranin ва methylene blue алоқаманд карда шуда; пас аз коркард нопадид шудани ин қуллаҳои хос зикр шудааст. Дар спектри FT-IR низ аз байн рафтани баъзе хусусиятҳои ибтидоии гурӯҳҳои функсионалӣ ва пайдо шудани бандҳои нав мушоҳида шудааст. Таҳлили GC-MS дар намунаи коркарднашуда пайвастагиҳои вобаста ба моддаҳои гуногуни ароматикӣ ва кимиёвии ёрирасони нассоҷӣ, дар намунаи коркардшуда бошад маҳсулоти гуногуни табдилро нишон додааст. Ин натиҷаҳо табдили химиявии ифлоскунандаҳоро дастгирӣ мекунанд; аммо худ аз худ минерализатсияи пурраи ҳамаи ифлоскунандаҳои органикиро исбот намекунанд.

Дар таҷрибаи фитотоксикӣ, дар тухмҳои Vigna radiata, ки бо TIWW-и коркарднашуда об дода шуданд, сабзиш %50 буд, дар ҳоле ки дар оби партови бо BMFCsC коркардшуда %100 сабзиш мушоҳида шуд. Бо вуҷуди ин, дар намунаи коркардшуда дарозии реша 2,89±0,33 cm ва биомасса 2,51±0,22 g буда, аз 3,65±0,38 cm ва 3,13±0,26 g дар назорати оби лӯла пасттаранд. Аз ин рӯ таҷриба кам шудани фитотоксикӣ то андозаи зиёдро дастгирӣ мекунад; худ аз худ исбот намекунад, ки оби коркардшуда барои ҳамаи шароити истифодаи дубораи кишоварзӣ бехатар аст.

Аз нуқтаи назари Туркия, таҳқиқот ҳамчун равише, ки коркарди биологии обҳои партови нассоҷиро бо барқарорсозии энергия дар як реактор муттаҳид мекунад, қобили таваҷҷуҳ аст. Аммо оби партови истифодашуда аз баромади як иншооти мушаххаси умумии коркард дар минтақаи Канпури Ҳиндустон гирифта шуда, дар таҷриба бо филтр стерилизатсия ва дар миқёси лабораторӣ коркард шудааст. Азбаски профилҳои ранг, намак, металлҳои вазнин, pH ва бори органикии обҳои партови нассоҷӣ дар Туркия аз корхона ба корхона фарқ мекунанд, ҳамон консорсиум бояд дар обҳои партови воқеии маҳаллӣ, системаҳои пилотии ҷараёни доимӣ ва зери меъёрҳои партов/истифодаи дубораи дар Туркия татбиқшаванда алоҳида тасдиқ шавад.

Ҳадафи асосии таҳқиқот чист?

Нуқтаи оғози таҳқиқот ин аст, ки обҳои партови саноати нассоҷӣ метавонанд ҳамзамон ранги баланд, моддаҳои органикӣ, ҷисмҳои ҳалшуда, намакҳои ғизоӣ ва баъзе металлҳои вазнин дошта бошанд ва равандҳои анъанавии физикӣ-химиявӣ метавонанд кимиёвӣ, энергия ва идоракунии лойро талаб кунанд. Аз ин рӯ муҳаққиқон равиши ҳуҷайраи сӯзишвории микробиро омӯхтанд, ки табдили энергияи химиявии оби партовро ба баромади барқӣ тавассути микроорганизмҳо бо коркард муттаҳид мекунад.

Ҳадафи хоси кор танҳо илова кардани як бактерия ба MFC нест. Аввал санҷида шуд, ки штаммҳои Pseudomonas aeruginosa MZ520730 ва Bacillus albus MW407057 метавонанд дар як муҳит бидуни рафтори антагонистӣ якҷоя кор кунанд ё не; сипас BMFCsC аз ду штамм таҳия шуда, аз рӯи ҳарорат, pH ва шароити ғизоӣ оптимизатсия гардид.

Оби партови воқеӣ аз куҷо гирифта шуд?

Намунаҳои TIWW ва лой аз баромади иншооти умумии коркарди оби партов (Common Effluent Treatment Plant, CETP), ки дар Rooma, Kanpur, иёлати Uttar Pradesh, Ҳиндустон ҷойгир аст, бо зарфҳои пластикии пешакӣ стерилшудаи 5–20 L ҷамъоварӣ шуда, пас аз ба лаборатория овардан дар 4 °C нигоҳ дошта шуданд.

TIWW-и дар таҷрибаҳо истифодашуда аз ҷониби манбаъ “real undiluted”, яъне оби партови воқеӣ ва норақиқшуда тавсиф мешавад. Бо вуҷуди ин, пеш аз таҷрибаи MFC бо филтри Whatman стерилизатсияи филтрӣ анҷом дода шудааст. Аз ин рӯ, гарчанде матритсаи химиявӣ ба оби партови воқеӣ тааллуқ дорад, ин таҷрибаи оби партови хом нест, ки ҷомеаи табиии микробӣ мустақиман ҳифз шудааст; система махсусан кори фарҳангҳои илова шудаи PA, BA ва BMFCsC-ро арзёбӣ мекунад.

Ҳуҷайраи сӯзишвории микробӣ чӣ гуна сохта шудааст?

Системаи таҷрибавӣ ҳамчун MFC-и классикии дукамерагии навъи H тарҳрезӣ шудааст. Дар манбаъ ҳаҷми умумӣ 3000 mL ва ҳаҷми корӣ 2000 mL дода шудааст. Дарозии камераҳои силиндрии анод ва катод 18 cm ва диаметрашон 15 cm мебошад.

Камераҳои анод ва катод тавассути пули намакии дарозиаш 12 cm ва диаметраш 2,0 cm ба ҳам пайваст шудаанд. Пули намак аз омехтаи оби деионизатсияшудаи дорои %2 NaCl ва %10 агар омода карда шуда, барои таъмини интиқоли протон байни ду камера ҷойгир шудааст.

Дар ҳар ду камера электродҳои шабакаи мисӣ (Cu) истифода шудаанд. Электродҳо аввал бо оби дистиллятсияшуда ва 0,1 M HCl тоза шуда, баъд бо омехтаи ноқили иборат аз %30 acrylic glaze ва %70 хокаи графит пӯшонида шудаанд. Манбаъ дар ҳисоби зичии қувва масоҳати сатҳи анодро 0,006 m² истифода мекунад.

Кадом бактерияҳо истифода шуданд?

Консорсиум аз ду бактерия ташкил шудааст:

• Pseudomonas aeruginosa — PA, рақами accession MZ520730.
• Bacillus albus — BA, рақами accession MW407057.

Ду фарҳанг аввал алоҳида арзёбӣ шуда, сипас пеш аз истифодаи якҷоя санҷиши ҳамкории биологӣ дар агар гузаронида шудааст. Вақте як штамм дар сатҳ паҳн карда шуд, штамми дигар ба чоҳи тайёршуда илова гардида, дар 30±3 °C барои 48 соат инкубатсия шуд. Набудани минтақаи ингибитсия ҳамчун набудани ҳамкории ошкори антагонистӣ байни ду штамм дар шароити истифодашудаи таҳқиқот тафсир шуд.

Ҳангоми таҳияи консорсиум ҳар бактерия алоҳида дар 30 mL муҳити ғизоии стерил дар 30±3 °C ва 120 rpm барои 48 соат парвариш шуд; сипас аз ҳар фарҳанг ба ҳаҷми баробар 10 mL гирифта, ба 50 mL муҳити нави стерил илова ва дар ҳамон шароит боз 48 соат инкубатсия гардид.

Оптимизатсияи ҳарорат чӣ нишон дод?

BMFCsC дар диапазони 20–40±3 °C арзёбӣ шуд. Баландтарин бартарафсозии ранг %98,7 дар 30±3 °C ба даст омад. Дар ҳамон шароит манбаъ 550 mV, 715 µA ва 65,54 W/m² баромади барқӣ гузориш медиҳад.

Дар 20±3 °C бартарафсозии ранг то %36, шиддат то 183 mV ва ҷараён то 265 µA коҳиш ёфт. Дар 40±3 °C %61 бартарафсозии ранг, 257 mV ва 373 µA гузориш шуд. Дар шароити 25±3 °C ва 35±3 °C нишондиҳандаҳо аз ин ҳароратҳои канорӣ баландтар, вале аз 30±3 °C пасттар монданд.

Аз ин рӯ дар диапазони таҷрибавии кор ҳарорати оптималӣ 30±3 °C интихоб шуд. Натиҷа танҳо барои ду бактерияи санҷидашуда, таркиби воқеии TIWW ва геометрияи MFC эътибор дорад.

Оптимизатсияи pH чӣ нишон дод?

Дар диапазони pH 5–9 баландтарин нишондиҳанда дар pH 7 ба даст омад. Дар pH 7 бартарафсозии ранг %98,7; шиддат 540 mV ва ҷараён 697 µA гузориш шуд.

Огоҳии зичии қувва: Сутуни зичии қувва дар ин ҷадвал гузориши худи манбаъ аст. Азбаски байни шиддат, ҷараён, масоҳати анод ва муодилаҳои зичии қувваи дар таҳқиқот додашуда аз рӯи миқёси воҳид тақрибан 1000 маротиба номувофиқатӣ вуҷуд дорад, ин қиматҳо набояд бе тасдиқи мустақил дар муқоисаи миқдории иҷрои энергетикӣ истифода шаванд.

Кадом манбаъҳои карбон ва нитроген беҳтарин натиҷа доданд?

Дар байни чор манбаи карбон, глюкоза баландтарин бартарафсозии ранг (%98,5) ва баромади барқии 545 mV/695 µA-ро таъмин кард. Фруктоза, мальтоза ва сахароза мутаносибан %93, %88 ва %79 бартарафсозии ранг нишон доданд.

Дар байни манбаъҳои нитроген, экстракти хамиртуруш бо %98,2 бартарафсозии ранг, 538 mV ва 685 µA баландтарин натиҷаро дод. Экстракти гов %88, пептон %71 ва сулфати аммоний %54 бартарафсозии ранг ба даст оварданд.

Аз ин рӯ шароити ниҳоии таҷрибавии оптимизатсияшуда 30±3 °C, pH 7, глюкоза ва экстракти хамиртуруш муайян шуд. Зикр шудааст, ки ҳар манбаи ғизоӣ дар таҷриба дар сатҳи %1 истифода шудааст.

Оё консорсиум аз бактерияҳои алоҳида муваффақтар буд?

Дар шароити оптимизатсияшуда BMFCsC аз рӯи бартарафсозии ранг, COD ва TOC нисбат ба ду штамми алоҳида натиҷаи баландтар дод.

Натиҷаи асосии коркарди 72-соата чист?

Дар тавсифи силсилаи вақти таҳқиқот нишондиҳандаи ранг ADMI аз 1367 то 5, COD аз 2153 mg/L то 97 mg/L ва TOC аз 4852 mg/L то 90 mg/L коҳиш ёфт. Қиматҳои миёнаравӣ барои 12, 24 ва 48 соат низ дода шуда, нишон дода шудааст, ки қавитарин натиҷаҳо дар атрофи 72 соат ба даст омадаанд.

Манбаъ аз ин тағйироти хом натиҷаҳои асосии %99,63 барои ранг, %95,49 барои COD ва %98,14 барои TOC медиҳад. Азбаски дар як ҷумлаи Бахш 3.3.1 бартарафсозии COD ҳамчун %95,14 низ навишта шудааст, фоизи COD дар дохили манбаъ як бор дигар хел гузориш шудааст; қиматҳои хоми 2153→97 mg/L бо тағйироти тақрибан %95,49 мувофиқанд.

Оё ифодаи “7 рӯз” ва маълумоти 72 соат дар таҳқиқот як чизанд?

Дар манбаъ гуфта мешавад, ки таҷрибаҳо “7 рӯз” гузаронида шуда, ҳар 12 соат намуна гирифта шудааст. Аммо натиҷаҳои асосии ранг, COD, TOC ва иҷрои максималии барқӣ дар 72 соат, яъне тақрибан рӯзи сеюм дода шудаанд. Нуқтаҳои ченкунӣ дар графикҳо то 192 соат мерасанд ва ин вақт ба ҳашт рӯз баробар аст.

Дар панели бартарафсозии ранги Расми 1, гарчанде меҳвари уфуқӣ қиматҳои 24, 48, 72, 96, 120, 144, 168 ва 192-ро нишон медиҳад, “Time (day)” навишта шудааст; дар панелҳои дигари ҳамон расм ва дар Расми 2 вақт ҳамчун “hour” нишон дода шудааст. Аз ин рӯ дар тамғагузории графикҳои давомнокии таҷриба номувофиқии воҳиди дохилиманбаъ вуҷуд дорад.

Каҷҳои истеҳсоли биоэлектрикӣ чӣ нишон медиҳанд?

Шиддат аз қиматҳои ибтидоии паст боло рафта, тақрибан дар 72 соат ба авҷ расида, баъдан коҳиш ёфтан оғоз кардааст. Шиддати BMFCsC аз штаммҳои алоҳида боло мондааст. Тамоюли монанд дар графики ҷараён низ дида мешавад.

Матн хабар медиҳад, ки BMFCsC аз 110 mV то 550 mV ва аз 174 µA то 715 µA боло рафтааст. Бахш 3.3.2 ин қимати ибтидоиро ба 12 соат рабт медиҳад, дар ҳоле ки дар бахши натиҷа қиматҳои 110 mV ва 174 µA ҳамчун 24 соат навишта шудаанд. Ин боз як номувофиқии дохилиманбаъ дар гузориши вақт аст.

Чаро зичии қувва бояд бо эҳтиёт тафсир шавад?

Муодилаҳои истифодашудаи манбаъ:

\[ P=V\times I \]

ва

\[ P_d=\frac{P}{A} \]

мебошанд. Масоҳати анод \(A=0,006\,m^2\) дода шудааст.

Манбаъ барои шароити максималӣ \(V=550\,mV\), \(I=715\,\mu A\) ва \(P_d=65,54\,W/m^2\) хабар медиҳад. Аммо ҳангоми табдили SI, 550 mV=0,550 V ва 715 µA=0,000715 A мешавад; қувваи барқӣ тақрибан \(3,93\times10^{-4}\,W\), ва ҳангоми тақсим ба 0,006 m² тақрибан 0,0655 W/m² мешавад. Аз ин рӯ бо 65,54 W/m²-и гузоришшуда тақрибан 1000 маротиба фарқ вуҷуд дорад.

Ҳамин мушкили миқёс дар сегонаи ибтидоии 110 mV, 174 µA ва 3,2 W/m² низ дида мешавад. Аз ин рӯ дар шарҳи Verianla қиматҳои зичии қувва бояд ҳамчун қиматҳои “дар таҳқиқот гузоришшуда” нигоҳ дошта шаванд ва бе версияи баррасишуда ё ислоҳшуда ҳамчун зичии воқеии энергия дубора истифода нашаванд.

Ферментҳои MnP ва LiP чӣ нишон доданд?

Манган пероксидаза (MnP) ва лигнин пероксидаза (LiP) дар таҳқиқот ҳамчун ферментҳои берунҳуҷайравии оксидоредуктивӣ, ки бо табдили ифлоскунандаҳои органикӣ алоқаманданд, омӯхта шуданд. Барои P. aeruginosa фаъолияти MnP ва барои B. albus фаъолияти LiP пайгирӣ гардид.

Фаъолият дар 24 соат барои MnP 2,28 IU/mL ва барои LiP 3,21 IU/mL буд, дар 72 соат бошад мутаносибан ба 8,23 ва 10,93 IU/mL расид. Дар ченкуниҳои баъдӣ фаъолиятҳо коҳиш ёфтанд ва манбаъ инро ба кам шудани субстратҳои дастрас нисбат дод.

Мушоҳида шудани фаъолияти фермент ва коҳиши ифлоскунандаҳо дар як фосилаи вақт бо раванди биохимиявии ҳамкор мувофиқ аст; аммо таҳқиқот мустақиман ва механистӣ нишон намедиҳад, ки ҳар як пайвастагии GC-MS бо кадом реаксияи кадом фермент табдил ёфтааст.

Хусусиятҳои физикӣ-химиявӣ чӣ гуна тағйир ёфтанд?

Номувофиқии фоизии дохилиманбаъ: Фоизҳои Ҷадвали 1 бо хулоса, натиҷа ва Бахш 3.5 пурра яксон нестанд. Масалан, Ҷадвали 1 барои TOC %97,32 менависад, дар ҳоле ки қиматҳои хоми 4852→90 mg/L ва матни хулоса/натиҷа ба тақрибан %98,14 мувофиқанд. Ба ҳамин монанд, баъзе фоизҳои TDS, фосфат, нитрогени умумӣ, Cr, Cd ва As дар бахши хулоса нисбат ба параметрҳои Ҷадвали 1 ҷойивазшуда ба назар мерасанд. Аз ин рӯ, дар ин ҷо қиматҳои ҷадвал ва қиматҳои дигари матн якҷоя карда шуда, “маҷмӯи ягонаи ислоҳшудаи натиҷаҳо” сохта нашудааст.

Илова бар ин, манбаъ тағйири pH-ро аз 9,25 то 7,17 ҳамчун “%22,5 removal” тамғагузорӣ мекунад. pH миқёси логарифмӣ аст ва тафсири он ҳамчун фоизи бартарафсозӣ, мисли консентратсияи ифлоскунанда, аз ҷиҳати физикӣ мустақиман баробар нест. Аз ин рӯ барои pH бехатартарин маълумот худи қиматҳои ибтидоӣ ва ниҳоӣ мебошанд.

Таҳлили UV-Vis чӣ нишон медиҳад?

Дар спектри UV-Vis-и TIWW-и воқеии коркарднашуда дар атрофи 430, 497, 530 ва 668 nm хусусиятҳои абсорбсия дида шуда, муҳаққиқон онҳоро мутаносибан бо methyl red, Congo red, safranin ва methylene blue алоқаманд кардаанд.

Пас аз коркарди BMFCsC нопадид шудани ин қуллаҳои хоси абсорбсия зикр мешавад. Ин бо кам шудани консентратсияи сохторҳои хромофории рангдиҳанда ё табдили сохторҳои химиявии онҳо мувофиқ аст.

Спектрҳои FT-IR чӣ мегӯянд?

Дар спектри FT-IR-и намунаи коркарднашуда бандҳо дар минтақаҳои 3427, 2115, 1597, 1408, 1300, 1130, 1047 ва 624 cm⁻¹ гузориш шудаанд. Муҳаққиқон онҳоро бо аминҳои ароматикӣ, сохторҳои вобаста ба azo/azid, ҳалқаҳои ароматикӣ, амидҳо, гурӯҳҳои сулфонӣ ва дигар пайвандҳои функсионалӣ алоқаманд кардаанд.

Дар спектри намунаи коркардшуда шиддат ва мавқеи бандҳо тағйир ёфта, хусусиятҳо дар атрофи 3425, 2887, 2076, 1618, 1406, 1339, 1299, 926, 622 ва 539 cm⁻¹ дида шуданд. Ду спектри Расми 3 нишон медиҳанд, ки профили гурӯҳҳои функсионалии химиявӣ пеш ва пас аз коркард ба таври назаррас тағйир ёфтааст.

Тағйири FT-IR бо табдили химиявии ифлоскунандаҳо мувофиқ аст; аммо худ аз худ минерализатсияи пурраи ҳар як пайвастагии ибтидоиро исбот намекунад.

Дар таҳлили GC-MS кадом пайвастагиҳои ибтидоӣ ёфт шуданд?

Дар TIWW-и воқеии коркарднашуда, аз ҷумлаи пайвастагиҳои асосии муайянкардаи таҳқиқот diethylbenzylamine, lactic acid ва ҳосилаҳои он, amidinothiophenoxy, phloroglucinol, pentachlorophenol, pentadecanoic acid, tetraphenylporphyrin, phenol 2-4 bis(1,1-dimethylethyle)-phosphite, tris(2,4-di-tert-butylphenyl) phosphate ва O-(phenylmethyl) oxime мебошанд.

Муайянкунӣ ба муқоисаи вақтҳои retention-и GC-MS ва намунаҳои пора-порашавии спектри масса бо китобхонаи спектралии массаи NIST асос ёфтааст.

GC-MS пас аз коркард чӣ нишон дод?

Дар хроматограммаи пас аз BMFCsC бисёре аз қуллаҳои ибтидоии ҳукмрон нопадид ё хеле тағйир ёфта, дар вақтҳои гуногуни retention сигналҳои нав дида шуданд. Таҳқиқот онҳоро бо маҳсулоте чун diacetone TMS derivative, 2-aminobenzoxazole TMS derivative, cyclohexane 1,1-dodecylidenebis[4-methyl-], eicosane 9-cyclohexyl, propanoic acid, pregn-5-en-20-one, O-methyloxime ва 2,4-imidazolidinedione алоқаманд мекунад.

Дар Расми 4 дар намунаи коркарднашуда махсусан дар атрофи 6,25 дақиқа қуллаи хеле ҳукмрон мавҷуд аст, дар ҳоле ки шиддати умумии хроматограммаи пас аз коркард ба таври назаррас кам шуда, қуллаҳои наву хурдтар пайдо шудаанд. Ин натиҷа табдили химиявӣ ва таҷзияро дастгирӣ мекунад.

Бо вуҷуди ин, пайдо шудани маҳсулоти нави органикӣ дар GC-MS нишон медиҳад, ки дар система табдили химиявӣ рух додааст; худ аз худ минерализатсияи пурраи тамоми карбон ба CO₂ ва H₂O-ро исбот намекунад. Коҳиши TOC бартарафсозии қавии карбони органикиро дастгирӣ мекунад, вале дар манбаъ барои ҳамаи метаболитҳо тавозуни масса дода нашудааст.

Оё фитотоксикӣ воқеан кам шудааст?

Ин маълумот нишон медиҳад, ки пас аз коркарди BMFCsC таъсири фитотоксикӣ ба Vigna radiata хеле коҳиш ёфтааст. Хусусан боло рафтани сабзиш аз %50 то %100 ва наздик шудани рушди навда ба қимати назоратӣ қобили таваҷҷуҳ аст.

Бо вуҷуди ин, дарозии реша ва биомассаи намунаи коркардшуда аз назорат пасттаранд. Илова бар ин, дар сутунҳои муқоисавии худи Ҷадвали 1-и манбаъ BOD пас аз коркард, баъзе металлҳои вазнин ва баъзе параметрҳои дигар аз қиматҳои истинодии додашуда болотар мемонанд. Аз ин рӯ, санҷиши ҳафтрӯзаи сабзиш дар як навъи растанӣ барои тасдиқи хулосаи “истифодаи дубораи кишоварзӣ аз ҳамаи ҷиҳат бехатар аст” кофӣ нест.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• P. aeruginosa MZ520730 ва B. albus MW407057 дар санҷиши мутобиқати таҳқиқот бидуни нишон додани антагонизми ошкор якҷоя консорсиум ташкил карданд.
• Дар диапазони санҷидашуда шароити мувофиқтарин барои BMFCsC 30±3 °C ва pH 7 муайян шуд.
• Глюкоза ва экстракти хамиртуруш мутаносибан ҳамчун манбаъҳои мувофиқтарини карбон ва нитроген интихоб шуданд.
• BMFCsC нисбат ба MFC-ҳои якштаммӣ бартарафсозии баландтари ранг, COD ва TOC нишон дод.
• Нишондиҳандаи ранг аз 1367 то 5, COD аз 2153 то 97 mg/L ва TOC аз 4852 то 90 mg/L коҳиш ёфт.
• Шиддати максималии ченшудаи BMFCsC 550 mV ва ҷараёнаш 715 µA гузориш шуд.
• Фаъолиятҳои MnP ва LiP дар вақти коркард зиёд шуда, дар 72 соат ба сатҳи баландтарин расиданд.
• Натиҷаҳои UV-Vis, FT-IR ва GC-MS пас аз коркард тағйироти назарраси таркиби химиявиро нишон доданд.
• Сабзиши Vigna radiata дар TIWW-и коркарднашуда %50 ва дар TIWW-и коркардшуда %100 буд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад ё бояд тасдиқ шаванд

• Зичии максималии қувваи 65,54 W/m², ки дар манбаъ гузориш шудааст, бо шиддат, ҷараён, масоҳат ва муодилаҳои ҳамон таҳқиқот дар воҳидҳои SI мустақиман мувофиқат намекунад.
• Натиҷаи MFC дар миқёси лабораторӣ нишон намедиҳад, ки дар иншооти саноатии коркарди нассоҷӣ ҳамон иҷро ба даст меояд.
• Азбаски оби партов бо филтр стерилизатсия шудааст, рақобати табиии микробӣ ва шароити ифлосшавии оби партови иншооти воқеӣ пурра модел карда нашудааст.
• Таҳқиқот реактори пилотии ҷараёни доимӣ ё тасдиқи кори дарозмуддати саноатиро пешниҳод намекунад.
• Тавозуни софи энергия бо насос, инкубатсия, илова кардани ғизо ва дигар вурудҳои ёрирасони энергия якҷоя ҳисоб нашудааст.
• Арзиши иқтисодии илова кардани глюкоза ва экстракти хамиртуруш дар миқёси иншооти воқеӣ арзёбӣ нашудааст.
• Тағйироти GC-MS ва FT-IR худ аз худ минерализатсияи пурраи ҳамаи ифлоскунандаҳоро исбот намекунанд.
• Санҷиши Vigna radiata кам шудани фитотоксикиро нишон медиҳад, аммо ҳамаи хатарҳои истифодаи дубораи кишоварзиро арзёбӣ намекунад.
• Азбаски баъзе қиматҳои фоиз, вақт ва воҳид дар манбаъ бо ҳам мувофиқ нестанд, барои ин соҳаҳо версияи баррасишуда/ислоҳшуда лозим аст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Гурӯҳҳои таҷрибавӣ ва такрорҳо

Дар таҳқиқот таҷрибаҳои PA, BA ва BMFCsC-и аз онҳо якҷоя ташкилшуда гузаронида шуданд. Дар таҷрибаҳои оптимизатсия таносуби inoculum %10 (v/v) истифода шуд. Ба камераи анод 1,8 L TIWW-и воқеӣ ва норақиқшуда, ки бо филтр стерилизатсия шудааст, гузошта шуда, камераи катод бо муҳити буферии фосфат пур карда шуд.

Бахши статистикии таҳқиқот мегӯяд, ки ҳамаи таҷрибаҳо дар се маҷмӯъ гузаронида шуда, натиҷаҳо ҳамчун миёна±инҳирофи стандартӣ дода шудаанд. Аммо санҷиши ҷудогонаи гипотеза, номи тест, p-қимат ё ҳади маънонокии α дода нашудааст. Аз ин рӯ барои ифодаҳои “significant” дар матн, тартиби статистикии инференсиалӣ дар манбаи асосӣ муфассал шарҳ дода нашудааст.

Шароити оптимизатсияшуда

Ҳисоб кардани бартарафсозии ранг

Бартарафсозии ранг бо усули филтри ADMI 3WL tristimulus пайгирӣ шуда, робитаи зерин истифода шудааст:

\[ \text{Renk giderimi (\%)}= \frac{ADMI_{T0}-ADMI_{Tt}}{ADMI_{T0}}\times100 \]

Дар ин ҷо \(T0\) қимати ибтидоӣ ва \(Tt\) қиматро дар вақти дахлдори коркард ифода мекунад.

Гарчанде ҷумлаи хулосавии манбаъ тағйири рангро аз 1367 то 5 ҳамроҳ бо “mg/L” менависад, Ҷадвали 1 параметрро ҳамчун “Color (ADMI)” медиҳад. Аз ин рӯ нишондиҳандаи ранги ADMI дар мақола ҳамчун консентратсияи mg/L аз нав тамғагузорӣ нашудааст.

Ченкуниҳои COD ва TOC

COD бо усули стандартии рефлюкси кушода муайян шудааст. TOC бошад бо усули сӯзиши ҳарорати баланд ва детектори инфрасурхи ғайридисперсивӣ (NDIR) чен шудааст. Оксидшавии карбони органикӣ ба CO₂ дар 680–1200 °C дар шароити аз оксиген бой ва ченкунии CO₂-и ҳосилшуда бо NDIR асос гирифта шудааст.

Сохтори асосии фоизи бартарафсозӣ:

\[ \text{Giderim (\%)}= \frac{T_0-T_t}{T_0}\times100 \]

истифода шудааст.

Тафсилоти таҳлили фермент

Барои фаъолияти MnP 1,0 mL супернатант, 1,0 mL phenol red, 1,5 mL буфери фосфати pH 7 ва 0,5 mL сулфати магний истифода шуда; реаксия бо 0,5 mL 1 mM H₂O₂ оғоз ва дар 610 nm пайгирӣ шудааст.

Фаъолияти LiP дар 310 nm чен шудааст. Дар омехтаи реаксия буфери натрий тартрати pH 3, супернатант, субстрати ранг ва H₂O₂ истифода шуда, дар 25±2 °C барои 20 дақиқа инкубатсия гузаронида шудааст.

Як воҳиди фермент аз ҷониби таҳқиқот ҳамчун миқдори ферменте муайян шудааст, ки барои табдили 1,0 µmol субстрат ба маҳсулот дар як дақиқа дар шароити таҷриба лозим аст.

Усулҳои UV-Vis, FT-IR ва GC-MS

Намунаҳои UV-Vis центрифуга шуда, аз мембранаи 0,22 µm филтр ва дар диапазони 300–700 nm скан шудаанд.

Барои FT-IR, 25 mL намуна центрифуга, супернатант дар 50 °C хушк, бо KBr омехта ва дар диапазони 400–4000 cm⁻¹ бо 16 скан чен шудааст.

Пеш аз GC-MS, 50 mL TIWW бо ethyl acetate дар таносуби ҳаҷмии 1:1 ба экстраксияи моеъ-моеъ гирифта шуда; фазаи органикӣ дар сулфати натрии беоб хушк, бо methanol аз нав ҳал ва ба колоннаи капиллярии PE-5MS ворид шудааст. Ҷараёни helium 1,0 mL/дақиқа дода шудааст. Танӯр аз 80 °C то 280 °C бо суръати 10 °C/дақиқа баланд карда шудааст.

Таҳлили металлҳои вазнин

Консентратсияҳои Cr, As, Cd ва Zn пас аз ҳазми кислотӣ бо спектрометрияи массаи плазмаи индуктивӣ пайвастшуда (ICP-MS) муайян шудаанд.

Дар Ҷадвали 1 пас аз коркард Cr 0,42±0,07 mg/L, Cd 0,27±0,06 mg/L ва As 0,75±0,02 mg/L дода шудаанд. Дар сутунҳои муқоисавии CPCB/USEPA-и худи манбаъ, баъзе аз ин қиматҳо аз ҳудудҳои додашуда болотар мемонанд. Аз ин рӯ бояд ифодаҳои “фоизи бартарафсозӣ баланд аст” ва “консентратсияи ниҳоӣ ба ҳамаи меъёрҳои истифода/партов мувофиқ аст” аз ҳам ҷудо карда шаванд.

Усули фитотоксикӣ

Дар ҳар табақчаи Петри 10 тухми солими Vigna radiata истифода шудааст. Тухмҳо бо %2 хлориди симоб барои ду дақиқа стерилизатсияи рӯизаминӣ шуда, сипас бо оби дистиллятсияшуда хуб шуста шудаанд.

Се шароит ташкил шудааст: назорати оби лӯла, TIWW-и коркарднашуда ва TIWW-и бо BMFCsC коркардшуда. Ба тухмҳо ҳар рӯз 4 mL моеъи дахлдор дода шуда, пас аз ҳафт рӯзи инкубатсия дар 30 °C сабзиш, дарозии реша, дарозии навда ва биомасса чен шудаанд.

Номувофиқиҳои асосии рақамӣ ва таҳрирӣ дар манбаъ

• Зичии қувва: 550 mV, 715 µA, 0,006 m² ва муодилаҳои манбаъ бо 65,54 W/m² аз ҷиҳати воҳид мувофиқ нестанд; тақрибан 1000 маротиба фарқ вуҷуд дорад.
• Бартарафсозии TOC: Хулоса/натиҷа %98,14; Ҷадвали 1 %97,32 медиҳад. Қиматҳои хоми 4852→90 mg/L бо тақрибан %98,14 мувофиқанд.
• Бартарафсозии COD: Натиҷаи асосӣ %95,49, вале дар Бахш 3.3.1 як бор %95,14 навишта шудааст.
• Фоизҳои дигари бартарафсозӣ: Байни хулоса, Бахш 3.5, натиҷа ва Ҷадвали 1 баъзе фоизҳои TDS, фосфат, нитрогени умумӣ, Cr, Cd ва As ба параметрҳои дигар ҷойиваз ё дигар хел дода шудаанд.
• Давомнокии таҷриба: Матн аз 7 рӯз мегӯяд, баъзе маълумот дар 72 соат ба авҷ мерасад ва графикҳо то 192 соат идома мекунанд.
• Воҳиди вақти график: Дар Расми 1A меҳвари дорои қиматҳои 24–192 “Time (day)” навишта шудааст; дар панелҳои дигари ҳамон силсила соат истифода шудааст.
• Вақти қимати ибтидоии барқӣ: Дар Бахш 3.3.2, 110 mV/174 µA ба 12 соат, дар бахши натиҷа ба 24 соат рабт дода шудааст.
• Воҳиди ADMI: Хулоса қимати рангро ҳамроҳ бо консентратсияҳои дигар ҳамчун mg/L менависад, аммо Ҷадвали 1 “Color (ADMI)” медиҳад.
• Фоизи pH: Ҷадвал тағйири pH-ро “%22,5 бартарафсозӣ” нишон медиҳад; азбаски pH миқёси логарифмӣ аст, қиматҳои ибтидоӣ/ниҳоӣ мустақимтар тафсир мешаванд.

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот

• Истифодаи оби партови воқеӣ ва норақиқшудаи саноати нассоҷӣ ба ҷойи маҳлули синтетикии ранг.
• Муқоисаи бактерияҳои алоҳида бо консорсиуми дүштаммӣ дар як доираи таҷрибавӣ.
• Оптимизатсияи низомноки ҳарорат, pH, манбаи карбон ва манбаи нитроген.
• Баррасии BOD, TDS, намакҳои ғизоӣ ва металлҳои вазнин илова ба ранг, COD ва TOC.
• Пайгирии фаъолияти MnP ва LiP дар тӯли вақт.
• Баррасии табдили химиявӣ бо чанд усули таҳлилӣ — UV-Vis, FT-IR ва GC-MS.
• Муқоисаи фитотоксикӣ пеш ва пас аз коркард бо истифода аз Vigna radiata.
• Гузаронидани таҷрибаҳо дар се маҷмӯъ ва гузориши миёна±инҳирофи стандартӣ барои бисёр натиҷаҳо.

Маҳдудиятҳои асосӣ

Таҳқиқот MFC-и дукамерагии миқёси лабораториро дар режими batch истифода кардааст. Реактори пилотии ғизодиҳии доимӣ, дебити воқеии саноатӣ, калонкунии миқёси электрод ва устувории дарозмуддати биофилм арзёбӣ нашудаанд.

Гарчанде оби партов воқеӣ ва норақиқшуда аст, он аз стерилизатсияи филтрӣ гузаштааст. Ин маънои онро дорад, ки микробиотаи табиии оби партов ва рақобати воқеии байни бактерияҳо дар миқёси иншоот асосан аз таҷриба хориҷ шудаанд.

Иҷрои оптималӣ бо илова кардани глюкоза ва экстракти хамиртуруш ба даст омадааст. Арзиши иқтисодӣ, изи карбон ва татбиқшавии ин иловаҳо дар иншооти калони коркарди нассоҷӣ дар таҳқиқот ҳисоб нашудааст.

Тавозуни софи энергияи истеҳсоли барқ ҳисоб нашудааст. Баромади барқии MFC бо инкубатсия, назорати ҳарорат, омодасозии ғизо ва дигар вурудҳои лабораторӣ муқоиса нашудааст.

Азбаски дар манбаъ барои зичии қувва номувофиқии ҷиддии воҳид/ҳисоб ва чанд номувофиқии фоиз-вақт мавҷуд аст, бузургии миқдории иҷрои энергетикӣ бояд махсусан бо эҳтиёт баррасӣ шавад.

Фитотоксикӣ танҳо бо Vigna radiata ва нишондиҳандаҳои рушди ибтидоии ҳафтрӯза арзёбӣ шудааст. Таъсири музмини хок, ҷамъшавии металлҳои вазнин, бехатарии ғизо, рушди дарозмуддати растанӣ ё навъҳои дигари маҳсулот баррасӣ нашудаанд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Tam özgün çalışma adı: Optimization of treatment process for real textile industry wastewater by using a new bacterial microbial fuel cells consortium (BMFCsC) with simultaneous bioelectricity generation

Муаллифон ва тартиб: Roop Kishor; Sandeep Bharti; Luiz Fernando R. Ferreira; Ram Naresh Bharagava.

Саҳми баробар/муаллифи якуми баробар: Дар версияи баррасишуда гузориш нашудааст.

Муаллифи масъул: Dr. Ram Naresh Bharagava.

Суроғаҳои почтаи электронии муаллифи масъул: bharagavarnbbau11@gmail.com; ramnaresh_dem@bbau.ac.in.

Муассисаи 1: Laboratory of Bioremediation and Metagenomics Research (LBMR), Department of Microbiology, Babasaheb Bhimrao Ambedkar University, Vidya Vihar, Raebareli Road, Lucknow-226025, Uttar Pradesh, India.

Муассисаи 2: Institute of Technology and Research, Tiradentes University, Campus Farolandia, Aracaju, Brazil.

Навъи манбаъ: Preprint-и таҳқиқоти таҷрибавии миқёси лабораторӣ, ки ҳуҷайраи сӯзишвории микробии консорсиуми бактериявиро дар оби партови воқеии саноати нассоҷӣ меомӯзад.

Ҳолати баррасӣ: Кори баррасишуда preprint аст ва аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст.

Платформа: SSRN / SSRN Electronic Journal.

Рақами сабти SSRN: 6927298.

DOI: 10.2139/ssrn.6927298.

Соли нашр: 2026. Азбаски дар индексҳои библиографӣ дар бораи моҳи/рӯзи дақиқ номувофиқатӣ вуҷуд дорад, ин ҷо дар сатҳи сол дода шудааст.

Пайванди расмӣ:SSRN 6927298

Санҷиши версияи баррасишуда: Ҳангоми омодасозии ин арзёбии Verianla, барои ҳамин сарлавҳа версияи алоҳидаи тасдиқшудаи маҷаллаи баррасишуда муайян нашуд. Мундариҷаи асосии илмӣ танҳо ба версияи боршудаи SSRN preprint асос ёфтааст.

Иҷозатнома: Дар версияи баррасишуда иҷозатномаи кушодаи Creative Commons ё иҷозатномаи баробари истифодаи дубора муайян нашуд. Аз ин рӯ графикҳо ва спектрҳои аслӣ айнан дубора нашр нашуда, паёмҳои илмии онҳо бо матн ва ҷадвалҳои аз нав сохташуда шарҳ дода шуданд.

Манбаи оби партов: Оби партови воқеии саноати нассоҷӣ аз баромади Common Effluent Treatment Plant дар Rooma, Kanpur, Uttar Pradesh, India.

Микроорганизмҳои асосӣ: Pseudomonas aeruginosa MZ520730 ва Bacillus albus MW407057.

Модели асосии таҷрибавӣ: Ҳуҷайраи сӯзишвории микробии дукамерагии навъи H бо ҳаҷми умумии 3000 mL ва ҳаҷми кории 2000 mL; пули намак бо %2 NaCl ва %10 агар; электродҳои шабакаи Cu бо рӯйпӯши графит/акрил.

Шароити оптималӣ: 30±3 °C, pH 7, глюкоза ҳамчун манбаи карбон ва экстракти хамиртуруш ҳамчун манбаи нитроген; манбаъҳои ғизоӣ %1 (w/v), inoculum %10 (v/v).

Натиҷаи асосии коркард: Дар натиҷаҳои асосии манбаъ бартарафсозии ранг %99,63, COD %95,49 ва TOC %98,14 гузориш шудааст. Консентратсияҳои хоми ниҳоӣ мутаносибан ADMI 5, COD 97 mg/L ва TOC 90 mg/L мебошанд.

Натиҷаи барқӣ: Шиддати максималӣ 550 mV ва ҷараён 715 µA гузориш шудааст. Манбаъ ҳамчунин зичии максималии қувваи 65,54 W/m² медиҳад; аммо бо V, I, A ва муодилаҳои дар манбаъ додашуда дар воҳидҳои SI тақрибан 1000 маротиба номувофиқии ҳисоб/воҳид мавҷуд аст. Аз ин рӯ қимати зичии қувва бояд на ҳамчун қимати тасдиқшудаи муҳандисӣ, балки ҳамчун қимати дар preprint гузоришшуда арзёбӣ шавад.

Ферментҳо: Баландтарин фаъолияти MnP 8,23 IU/mL ва фаъолияти LiP 10,93 IU/mL тақрибан дар 72 соат гузориш шудааст.

Тасдиқи таҳлилӣ: UV-Vis; FT-IR; GC-MS; ICP-MS; COD, TOC, BOD ва дигар ченкуниҳои физикӣ-химиявӣ; таҷрибаи фитотоксикии Vigna radiata.

Усули статистикӣ: Зикр шудааст, ки таҷрибаҳо дар се маҷмӯъ гузаронида шуда, натиҷаҳо ҳамчун миёна±инҳирофи стандартӣ пешниҳод шудаанд. Дар манбаъ санҷиши муфассали инференсиалии ҷудогона, p-қимат ё ҳади маънонокии α муайян нашудааст.

Номувофиқиҳои дохилиманбаъ: Ҳисоби воҳиди зичии қувва; фоизҳои TOC ва баъзе дигар бартарафсозӣ; фарқи %95,14/%95,49 барои COD; тавсифи вақт 7 рӯз/72 соат/192 соат; меҳвари вақти Расми 1A; навишта шудани қимати ибтидоии 110 mV ҳамчун 12 ё 24 соат; истифодаи mg/L барои ADMI ва ифода кардани pH ҳамчун фоизи бартарафсозӣ номувофиқатӣ доранд. Ин соҳаҳо хомӯшона ислоҳ нашудаанд.

Тафсири фитотоксикӣ: Дар TIWW-и коркардшуда сабзиши Vigna radiata ба %100 расида, нишондиҳандаҳои рушд нисбат ба TIWW-и коркарднашуда ба таври назаррас беҳтар шуданд. Аммо намунаи коркардшуда дар баъзе нишондиҳандаҳо ба назорати оби лӯла нарасид ва баъзе консентратсияҳои ниҳоӣ дар ҷадвали физикӣ-химиявии худи таҳқиқот аз қиматҳои муқоисавӣ болотар монданд. Аз ин рӯ бехатарии умумии истифодаи дубораи кишоварзӣ набояд танҳо бо ин таҷриба тасдиқшуда ҳисобида шавад.

Маблағгузорӣ: Science & Engineering Research Board (SERB), Anusandhan National Research Foundation (ANRF), New Delhi, India; Major Research Project, Grant No. EEQ/2021/000402.

Тазоди манфиатҳо: Муаллифи масъул аз номи ҳамаи муаллифон изҳор мекунад, ки тазоди манфиатҳо вуҷуд надорад.

CRediT/саҳмҳои муаллифон: Дар версияи баррасишуда бахши ҷудогонаи CRediT authorship contribution statement вуҷуд надорад.

Дастрасии додаҳо: Дар версияи баррасишуда изҳороти ҷудогонаи дастрасии додаҳо муайян нашуд.

Ҳади асосии илмӣ: Таҳқиқот дар режими batch, дар миқёси лабораторӣ, бо TIWW-и воқеии тавассути филтр стерилизатсияшуда ва бо илова кардани глюкоза/экстракти хамиртуруш аз берун анҷом шудааст. Миқёси пилотӣ, ҷараёни доимӣ, тавозуни энергияи иншооти воқеӣ, имконпазирии иқтисодӣ ва тасдиқи дарозмуддати саҳроӣ пешниҳод нашудаанд.

Принсипи мундариҷаи илмӣ: Шароити таҷриба, натиҷаҳои коркард, тафсирҳои механизми биологӣ, таҳлилҳои спектралӣ, натиҷаҳои GC-MS ва натиҷаҳои фитотоксикии ин мақолаи Verianla танҳо ба кори 40-саҳифагии баррасишуда асос ёфтаанд. Манбаъҳои беруна танҳо барои санҷиши библиографии DOI, сабти SSRN, индексҳои соли/санаи нашр ва мавҷуд ё набудани версияи баррасишуда истифода шудаанд.