Tadqiqot tozalash qiyin bo‘lgan ikki xil oqova suv oqimini bir mikrobial yoqilgʻi hujayrasida baholaydi: yuqori sho‘rlanish va past biologik parchalanish bilan bog‘liq slanets gazi qaytish oqova suvi (shale gas flowback wastewater, SGFW) hamda yuqori ammoniy, past karbon/azot muvozanati va sust biologik parchalanish bilan tavsiflanadigan eskirgan sanitariya poligoni filtrat suvi (aged landfill leachate, ALL). Ikki real oqova suv teng hajmlarda aralashtirilgan va uch xil anod tuzilishiga ega ikki kamerali mikrobial yoqilgʻi hujayrasida (microbial fuel cell, MFC) taqqoslangan.

O‘rganilgan anodlar NiCo₂O₄ bilan modifikatsiyalangan karbon mato (NCOC), nikel-fosfor bilan qoplangan karbon mato (NPC) va modifikatsiyalanmagan karbon matodir (CC). Barcha tizimlarda katod sifatida karbon mato ishlatilgan. Eng kuchli elektr ishlab chiqarish samaradorligi NPC-MFC’da olingan: maksimal chiqish kuchlanishi 643,3 mV, maksimal quvvat zichligi 1412,9 mW/m² va ko‘rinma ichki qarshilik 155 Ω sifatida o‘lchangan. Xuddi shu aralash oqova suvda NCOC-MFC 398,2 mV maksimal kuchlanish, 196,2 mW/m² maksimal quvvat zichligi va 870 Ω ko‘rinma ichki qarshilik ko‘rsatgan; CC-MFC’ning maksimal quvvat zichligi esa 526,8 mW/m² bo‘lgan.

Ni–P qoplamali NPC anodning elektrokimyoviy ustunligi faqat quvvat egri chiziqlarida ko‘rinmagan. NPC’ning zaryad uzatish qarshiligi 7,9 Ω deb o‘lchangan, qoplamasiz CC uchun esa 75,7 Ω bildirilgan; NPC’ning almashinuv tok zichligi 4,0×10⁻² mA/cm² bo‘lib, CC’ning 1,5×10⁻³ mA/cm² qiymatidan taxminan 26,7 baravar yuqoriga chiqqan. Tadqiqotchilar bu natijalarni Ni–P qoplamasining biofilm–elektrod interfeysida hujayradan tashqari elektron uzatishni osonlashtirishi bilan bog‘laydi.

Biroq eng ko‘p elektr ishlab chiqaradigan anod eng ko‘p organik modda olib tashlaydigan anod emas. Kimyoviy kislorod talabi (COD) kamayishi NCOC-MFC uchun 1103,4±69,3 mg/L va %42,88, NPC-MFC uchun 931,9±34,6 mg/L va %36,21, CC-MFC uchun 980,9±103,9 mg/L va %38,12 deb hisoblangan. Bunga qarshi Coulomb samaradorligi NPC-MFC’da %38,0±1,4 bo‘lib, NCOC-MFC’ning %15,6±1,0 va CC-MFC’ning %9,0±1,0 qiymatlaridan yuqori qolgan. Natijalar organik modda kamayishi bilan elektronlarni elektr energiyasiga qayta tiklash bir xil samaradorlik mezoni emasligini ko‘rsatadi.

Aralash oqova suvning foydasi ham elektrod materialiga bog‘liq. NPC-MFC’ning maksimal quvvat zichligi aralash oqova suvda 1412,9 mW/m² ga chiqqan bo‘lsa, alohida ALL’da 383,4 mW/m² va SGFW’da 436,1 mW/m² deb berilgan. Bunga qarshi NCOC-MFC’ning aralash oqova suvdagi maksimal quvvat zichligi 196,2 mW/m² bo‘lib, SGFW’dagi 649,8 mW/m² va ALL’dagi 502,9 mW/m² qiymatlaridan pastdir. Shuning uchun tadqiqot “oqova suvlarni aralashtirish barcha MFC’larni yaxshilaydi” degan xulosani qo‘llab-quvvatlamaydi; birgalikda tozalash ta’siri anod sirt kimyosi, biofilm va elektron uzatish bilan birga o‘zgaradi.

NPC anodidagi biofilm tahlilida 30.000 dan ortiq yaroqli 16S rRNA ketma-ketligi olingan va qamrov indeksi 0,99 dan yuqori topilgan. Tadqiqotchilarning taksonomik tasnifiga ko‘ra, elektroaktiv mikroorganizmlar bilan bog‘langan filumlarning umumiy mo‘lligi %97,4 ni tashkil qiladi. Desulfobacterota %57,4 bilan eng ustun filum, Desulfuromonadia %57,14 bilan eng ustun sinf va Desulfuromonas %47,13 bilan eng ustun jins sifatida bildirilgan. SEM tasvirlarida NPC yuzasi zich va uzluksiz biofilm bilan qoplangani, tayoqchasimon mikroorganizmlar karbon tolalari bo‘ylab joylashgani xabar qilingan.

Tadqiqot laboratoriya miqyosidagi 500 mL li ikki kamerali MFC’larga asoslanadi. Pilot yoki to‘liq miqyosli tozalash inshooti, uzoq muddatli uzluksiz oziqlantiriladigan ishlash, energiya balansi, investitsiya qiymati, nikel/fosfor qoplamasining hayot sikli yoki real maydonda miqyosni kattalashtirish sinovdan o‘tkazilmagan. Shu sababli 1412,9 mW/m² quvvat zichligi yoki bildirilgan COD kamayishlari sanoat tozalash inshootining bevosita samaradorlik qiymati sifatida talqin qilinmasligi kerak.

Türkiye nuqtai nazaridan yondashuv; yuqori sho‘rlanishli sanoat oqova suvlari bilan sanitariya poligoni filtrat suvlarini birgalikda tozalash va shu jarayonda ma’lum miqdorda elektr energiyasini qayta olish jihatidan tadqiq etishga arziydigan bioelektrokimyoviy usuldir. Biroq tadqiqot Xitoydagi aniq ikki real oqova suv oqimidan foydalanadi. Türkiyedagi sanitariya poligonlarining filtrat suvi tarkibi, sanoat oqova suvlarining sho‘rlanish va og‘ir metall profillari, harorat, me’yoriy talablar, gidravlik yuk va dastlabki tozalash ehtiyojlari farq qilishi mumkinligi sababli mahalliy oqova suv xarakterizatsiyasi va pilot miqyosli tasdiqlashsiz samaradorlik qiymatlari bevosita ko‘chirilmaydi.

Tadqiqotning asosiy muammosi nima?

Slanets gazi ishlab chiqarishda gidravlik yorishdan keyin hosil bo‘ladigan qaytish suvi formatsiya tuzlari va rezervuardan erigan komponentlar sababli yuqori sho‘rlanish, past biologik parchalanish va kimyoviy barqarorlik bilan bog‘lanadi. Eskirgan sanitariya poligoni filtrat suvi esa uzoq muddat ishlatilgan poligonlarda yuzaga keladigan, nisbatan past oson parchalanadigan organik karbon, yuqori ammoniy va nomutanosib karbon/azot nisbati kabi xususiyatlarni ko‘rsata oladigan murakkab oqova suvdir.

Tadqiqotchilarning gipotezasi shuki, bu ikki murakkab oqova suvni ma’lum nisbatlarda birlashtirish ularning ayrim ingibitor xususiyatlarini qisman muvozanatlashi mumkin. SGFW’ning juda yuqori sho‘rlanishini suyultirish, ikki oqimdagi toksik yoki ingibitor komponentlar konsentratsiyasini pasaytirish va ALL’ning turli oziqa komponentlari mikrob metabolizmiga hissa qo‘shishi mumkin bo‘lgan sinergiya mexanizmlari sifatida taklif qilinadi.

Ammo bu faqat oqova suv tarkibiga bog‘liq muammo emas. Mikrobial yoqilgʻi hujayrasida organik moddadan ajralib chiqqan elektronlar elektrodlarga uzatilishi kerak bo‘lgani uchun anod yuzasining mikroorganizmlar bilan mosligi va hujayradan tashqari elektron transferiga (extracellular electron transfer, EET) imkon berishi asosiy samaradorlik cheklovchilaridan biridir. Shu sababli tadqiqot oqova suv aralashmasini ikki xil nikel asosli anod modifikatsiyasi bilan birga o‘rgangan.

Oqova suvlar qayerdan olingan?

Eskirgan poligon filtrat suvi Chongqingdagi Changshengqiao sanitariya poligonidan; slanets gazi qaytish oqova suvi esa Chongqingning Nanchuan hududidagi Xing'ao slanets gazi koni tozalash stansiyasining aralashtirish tankidan olingan. Namunalar tajribalardan oldin sovuq sharoitda saqlangan.

Aralash oqova suv SGFW va ALL’ning teng hajmlarini birlashtirish orqali tayyorlangan.

Manba “oziqa qo‘shilgan aralash oqova suv” uchun COD va pH qiymatini bergan bo‘lsa-da, asosiy matnda qo‘shilgan oziqa moddalarining kimyoviy tarkibi va miqdorlarini tushuntirmaydi. Xuddi shuningdek, aralashtirish gipotezasida sho‘rlanish muhim o‘zgaruvchi bo‘lsa-da, Jadval 1’da raqamli o‘tkazuvchanlik yoki sho‘rlanish qiymati, ammoniy konsentratsiyasi, sulfat miqdori yoki og‘ir metall konsentratsiyalari berilmagan. Shu sababli aralashma kimyoviy jihatdan ingibitor komponentlarni qaysi miqdoriy nisbatda kamaytirgani faqat ushbu manbadan foydalanib hisoblanmaydi.

NiCo₂O₄ qoplamali NCOC anod qanday tayyorlangan?

Barcha karbon matolarning faol maydoni 6 cm². NiCo₂O₄ elektroliti uchun 1 mmol Ni(NO₃)₂·6H₂O va 2 mmol Co(NO₃)₂·6H₂O, 100 mL deionizatsiyalangan suvda eritilgan.

Elektrodepozitsiya uch elektrodli tizimda bajarilgan. Oldindan ishlov berilgan karbon mato ishchi elektrod, Ag/AgCl referans elektrod va Pt qarshi elektrod sifatida ishlatilgan. −3 mA/cm² doimiy tok zichligi 900 soniya qo‘llangan. Elektrod yuvilib quritilgandan keyin 1 °C/daqiqa qizdirish tezligida 300 °C gacha chiqarilgan va 2 soat mufel pechida kalsinatsiya qilingan. Olingan NiCo₂O₄-modifikatsiyalangan karbon mato NCOC deb nomlangan.

Ni–P qoplamali NPC anod qanday tayyorlangan?

Ni–P elektroliti uchun 0,7 mmol NaH₂PO₂·H₂O, 0,2 mmol C₆H₅Na₃O₇·2H₂O va 1,75 mmol NiSO₄·6H₂O, 100 mL deionizatsiyalangan suvda eritilgan.

Ni–P qoplama siklik voltammetriya asosidagi elektrodepozitsiya bilan bajarilgan. Potensial oralig‘i −1,0–0 V, skanerlash tezligi 20 mV/s va sikl soni ikki deb berilgan. Yuvish va quritishdan so‘ng Ni–P qoplamali karbon mato NPC deb nomlangan.

Mikrobial yoqilgʻi hujayralari qanday qurilgan?

Har bir tizim odatiy ikki kamerali H-tipli mikrobial yoqilgʻi hujayrasi bo‘lib, har bir kameraning hajmi 500 mL. Anod va katod kameralari DuPont Nafion 117 proton almashinuv membranasi bilan ajratilgan. Elektr ulanishida titan simlar ishlatilgan; barcha tizimlarda katod elektrod sifatida modifikatsiyalanmagan karbon mato tanlangan.

Uch tajriba tizimi quyidagicha:

• NCOC-MFC: NiCo₂O₄ qoplamali karbon mato anod + karbon mato katod.
• NPC-MFC: Ni–P qoplamali karbon mato anod + karbon mato katod.
• CC-MFC: qoplamasiz karbon mato anod + karbon mato katod.

Proton almashinuv membranasining dastlabki ishlovi va mikrobiyal kultivatsiya bosqichlari bu tadqiqotda batafsil qayta berilmagan, tadqiqotchilarning avval nashr etilgan ishiga yo‘naltirilgan. Bu holat faqat o‘rganilgan asosiy matndan foydalanib tajribani to‘liq qayta qurish nuqtai nazaridan metod tafsiloti yetishmasligidir.

Elektr ishlab chiqarish qanday o‘lchangan?

Chiqish kuchlanishi 1000 Ω doimiy tashqi qarshilik ostida uzluksiz qayd etilgan. Tok zichligi va quvvat zichligi anod faol maydoni hisobga olingan holda hisoblangan:

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

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

Bu yerda \(U\) kuchlanishni, \(S\) faol anod maydonini va \(R\) tashqi qarshilikni ifodalaydi.

NPC-MFC kuchlanish ishlab chiqarishda qanday harakat qilgan?

NPC-MFC maksimal 643,3 mV chiqish kuchlanishiga yetgan. Maksimal kuchlanishga yetish vaqti atigi 4,8 kun deb berilgan. Taqqoslashda NCOC-MFC 25,1 kunda, CC-MFC esa 22,1 kunda o‘z maksimumiga yetgan.

NCOC-MFC’ning maksimal kuchlanishi 398,2 mV’da qolgan, CC-MFC esa 614,7 mV lik cho‘qqi ko‘rsatgan va keyin kuchlanishi bosqichma-bosqich kamaygan. NPC tizimi bir xil reaksiya eritmasi bilan 60-kungacha ishlatilgan. Natija bo‘limida NPC’ning “steady-state operation time” qiymati alohida 30 kun deb berilgani uchun 60 kunlik umumiy ishlash muddati bilan 30 kunlik barqaror ishlash muddati bir xil tushuncha sifatida baholanmasligi kerak.

Quvvat zichligidagi eng katta farq nima?

Aralash oqova suv sharoitida NPC-MFC’ning maksimal quvvat zichligi 1412,9 mW/m². Xuddi shu qiymat NCOC-MFC uchun 196,2 mW/m², CC-MFC uchun 526,8 mW/m². Tadqiqotchilar NPC qiymatini NCOC’ning taxminan 7,2, CC’ning taxminan 2,7 baravari sifatida xabar qiladi.

Ochiq zanjir kuchlanishlari ancha yaqin: NPC-MFC 739,7 mV, NCOC-MFC 722,2 mV va CC-MFC 726,8 mV. Bu holat maksimal quvvat zichligidagi katta farq faqat ochiq zanjir kuchlanishi bilan izohlanmasligini, tizim ichidagi polarizatsiya va elektron uzatish qarshiliklari muhimligini ko‘rsatadi.

Ko‘rinma ichki qarshilik natijalari nimani ko‘rsatgan?

NPC-MFC’ning 155 Ω ko‘rinma ichki qarshiligi uch tizim orasidagi eng past qiymatdir. Quvvat zichligi/polarizatsiya grafiklari bilan birga baholanganda bu natija NPC anodli tizimda elektron oqimini cheklaydigan umumiy yo‘qotishlar pastroq ekaniga ishora qiladi.

EIS tahlili anod–biofilm interfeysi haqida nimani ko‘rsatgan?

Elektrokimyoviy impedans spektroskopiyasi (EIS) 0,01 Hz–100 kHz chastota oralig‘ida va 5 mV amplituda bilan o‘tkazilgan, ma’lumotlar ZView yordamida ekvivalent zanjir orqali moslashtirilgan.

Ohmik qarshiliklar uch elektrod uchun bir-biriga yaqin: NCOC 2,7 Ω, NPC 2,4 Ω va CC 3,0 Ω. Bunga qarshi zaryad uzatish qarshiligida katta farq ko‘rinadi. NPC uchun 7,9 Ω, CC uchun 75,7 Ω bildirilgan. NCOC’ning aralash oqova suvdagi zaryad uzatish qarshiligi esa 129,4 Ω deb berilgan.

Qoplamasiz CC’ning Nyquist grafigida ikki yarim doiraga o‘xshash relaksatsiya jarayoni ko‘rinsa, NPC va NCOC’da bu xususiyat aniq emas. Tadqiqotchilar CC’dagi yuqori chastotali komponentni elektrod–biofilm zaryad uzatishi bilan, o‘rta/past chastotali komponentni esa biofilm ichidagi ion harakati, taqsimlangan sig‘im va massa uzatilishi bilan bog‘laydi.

NPC’dagi kichik yarim doira tezroq zaryad uzatilishi sifatida talqin qilingan. NCOC’dagi katta qarshilik esa aralash oqova suv ichidagi organik/noorganik zarrachalarning sirtni qisman qoplashi va kuchsiz ishqoriy sharoitlarda metall gidroksid/karbonat cho‘kmalarining hosil bo‘lishi kabi mumkin mexanizmlar bilan izohlanadi. Bular tadqiqotchilarning mexanizm talqinlaridir; cho‘kma miqdori ushbu tadqiqotda alohida miqdoriy sirt massa tahlili bilan berilmagan.

Tafel tahlili Ni–P anod ustunligini qo‘llab-quvvatlaydimi?

NPC’ning almashinuv tok zichligi CC’ning taxminan 26,7 baravari. Tadqiqotchilar buni biofilm bilan elektrod o‘rtasidagi elektron uzatilishi uchun qulayroq interfeys va yuqoriroq bioelektrokatalitik faollik ko‘rsatkichi sifatida talqin qiladi.

Eng yaxshi elektr ishlab chiqarish eng yaxshi COD kamayishi deganimi?

Yo‘q. Natijalarning muhim nuqtalaridan biri energiyani qayta olish bilan organik modda kamayishi bir xil tartibda ketmasligidir.

NCOC-MFC eng yuqori COD kamayishini ta’minlagan bo‘lsa-da, eng past maksimal quvvat zichligini ishlab chiqargan tizimdir. Tadqiqotchilar NCOC’ning g‘adir-budirroq yuzasi turli organik modda aylantiruvchi mikroorganizmlar uchun ko‘proq yopishish joyi berishi mumkinligini ilgari suradi.

NPC-MFC esa pastroq COD kamayishiga qaramay ancha yuqori Coulomb samaradorligini ko‘rsatgan. Coulomb samaradorligi iste’mol qilingan organik moddadan nazariy jihatdan ajralib chiqishi mumkin bo‘lgan elektronlarning qanchasi tashqi zanjirda o‘lchanadigan elektr zaryadiga aylantirilganini bildiradi. Shu sababli NPC’da iste’mol qilingan organik yukning kattaroq qismi elektr ishlab chiqarishga yo‘nalgani tadqiqot tomonidan asosiy ustunliklardan biri sifatida baholanadi.

Oqova suvlarni aralashtirish haqiqatan sinergiya yaratganmi?

Natijaga faqat anod materiali ko‘rsatilgan holda javob berish mumkin.

NPC nuqtai nazaridan aralash oqova suv kuchli ijobiy ta’sir ko‘rsatgan. Maksimal quvvat zichligi ALL’ga nisbatan taxminan 3,7 baravar, SGFW’ga nisbatan taxminan 3,2 baravar oshgan. Ichki qarshilik ham alohida oqova suvlardagi 583,3 va 396,7 Ω qiymatlaridan aralash tizimda 155 Ω ga tushgan.

Qoplamasiz CC uchun aralash oqova suv SGFW’ga nisbatan maksimal quvvat zichligini 55,7 dan 526,8 mW/m² gacha oshirgan; tadqiqotchilar buni taxminan 9,5 baravar oshish deb ifodalagan. Shunga qaramay CC’ning Coulomb samaradorligi aralash tizimda ALL’dagi %15,1 qiymatidan oshmagan va %9,0 da qolgan.

NCOC uchun natija teskari yo‘nalishda. Aralash oqova suvda COD kamayishi 1103,4±69,3 mg/L bilan oshgan bo‘lsa, maksimal quvvat zichligi 196,2 mW/m² ga tushgan. Demak, NCOC’ning aralash muhitdagi organik modda aylantirish salohiyati elektr ishlab chiqarishga xuddi shu darajada aks etmagan.

Tadqiqotning “sinergiya” natijasi shu sababli barcha samaradorlik metriklarining bir vaqtda yaxshilanishi emas, elektrodga bog‘liq birgalikda tozalash ustunligi sifatida o‘qilishi kerak.

NPC ustidagi biofilm nimani ko‘rsatadi?

Tadqiqotdan keyin NPC anod skanerlovchi elektron mikroskop bilan o‘rganilgan. SEM tasvirlarida sirt zich va ixcham biofilm bilan qoplangani, ochiq qolgan maydonlar cheklanganligi va qattiq zarracha yig‘ilishi past ko‘ringani bildirilgan.

Yuqoriroq kattalashtirishlarda ko‘plab tayoqchasimon mikroorganizmlar karbon tolalari bo‘ylab bir-biriga bog‘langan holda joylashgani ko‘rilgan. Tadqiqotchilar Ni–P qoplamasi hosil qilgan g‘adir-budirroq sirt mikrob yopishishini qo‘llab-quvvatlagani va elektroaktiv joylardan biofilm samarali foydalanishiga hissa qo‘shgani haqida talqin qiladi.

Mikrobial jamoa qanday tahlil qilingan?

Biofilm jamoasi Illumina MiSeq PE300 platformasida yuqori unumli sekvenslash bilan o‘rganilgan. Bakterial 16S rRNA hududini ko‘paytirishda 338F va 806R primerlari ishlatilgan.

NPC anod namunasidan 30.000 dan ortiq yaroqli sekans olingan va qamrov indeksi 0,99 dan yuqori deb xabar qilingan.

Filum darajasida qaysi mikroorganizmlar ustun?

Tadqiqotchilar elektroaktiv mikroorganizmlar bilan bog‘lagan filumlarning umumiy mo‘lligini %97,4 deb hisoblagan. Bu %97,4 qiymati sekvenslash ma’lumotlaridagi taksonomik mo‘llikni funksional adabiyot ma’lumoti bilan tasniflashga asoslanadi; har bir hujayraning elektron uzatish faolligi alohida-alohida bevosita elektrokimyoviy o‘lchanganini bildirmaydi.

Sinf va jins darajasidagi ustun jamoa nima?

Sinf darajasida Desulfuromonadia %57,14 bilan ustun. Gammaproteobacteria %17,02, Clostridia %8,58, Bacteroidia %8,23 va Bacilli %5,48 deb berilgan.

Jins darajasida eng ustun guruh Desulfuromonas %47,13. Uning ortidan Marinospirillum %8,58, Geoalkalibacter %6,86, Alkalibacter %5,29 va Acholeplasma %5,05 keladi.

Tadqiqotchilar Desulfuromonas’ning hujayradan tashqari elektron uzatish qobiliyatini NPC-MFC’ning yuqori elektr ishlab chiqarishi bilan bog‘laydi. Marinospirillum’ning galofil yoki tuzga chidamli xususiyatlari esa SGFW’ning yuqori sho‘rlanish muhiti bilan mos jamoa tanlanishi sifatida talqin qilinadi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar

• O‘rganilgan aralash oqova suvda Ni–P qoplamali NPC anod NCOC va qoplamasiz CC’ga nisbatan eng yuqori maksimal quvvat zichligini ishlab chiqargan.
• NPC-MFC’ning maksimal quvvat zichligi 1412,9 mW/m² va maksimal chiqish kuchlanishi 643,3 mV.
• NPC-MFC’ning ko‘rinma ichki qarshiligi 155 Ω bo‘lib, uch aralash-oqova suv tizimining eng past qiymatidir.
• NPC anodning zaryad uzatish qarshiligi 7,9 Ω va almashinuv tok zichligi 4,0×10⁻² mA/cm² sifatida o‘lchangan.
• NPC’ning Coulomb samaradorligi %38,0±1,4 bo‘lib, taqqoslangan boshqa ikki aralash-oqova suv MFC’sidan yuqori.
• NCOC-MFC 1103,4±69,3 mg/L bilan uch aralash-oqova suv tizimining eng yuqori COD kamayish miqdorini ko‘rsatgan.
• Oqova suvlarni birlashtirish ta’siri anod materialiga qarab o‘zgargan; barcha metriklarda universal yaxshilanish kuzatilmagan.
• NPC biofilmida Desulfobacterota, Desulfuromonadia va Desulfuromonas yuqori nisbiy mo‘llik ko‘rsatgan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan natijalar

• Laboratoriya natijalari to‘liq miqyosli oqova suv tozalash inshootida xuddi shu samaradorlik olinishi isbotlamaydi.
• 1412,9 mW/m² quvvat zichligi inshootning sof elektr ishlab chiqarishi yoki energiya ortiqchasi degani emas.
• Nasos, aralashtirish, elektrod ishlab chiqarish va boshqa yordamchi tizimlarning energiya sarfi bilan birga sof energiya balansi hisoblanmagan.
• Ni–P elektrodning uzoq muddatli material yo‘qotishi, nikel ajralishi yoki juda uzoq sikl chidamliligi baholanmagan.
• Oqova suv aralashmasi barcha SGFW va ALL tarkiblarida xuddi shu sinergiyani hosil qilishi ko‘rsatilmagan.
• Manbada raqamli sho‘rlanish, ammoniy va og‘ir metall profillari to‘liq berilmaganligi uchun taklif qilingan suyultirish mexanizmining barcha kimyoviy bosqichlari miqdoriy tasdiqlanmagan.
• %97,4 lik taksonomik mo‘llik ushbu hujayralarning barchasi bir vaqtning o‘zida elektr ishlab chiqarayotganini ko‘rsatuvchi yakka-hujayra funksional o‘lchovi emas.
• Iqtisodiy fizibilite, pilot miqyos va real maydon qo‘llanilishi ushbu tadqiqotda tasdiqlanmagan.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Eksperimental tizimning asosiy parametrlari

Elektrod tayyorlash parametrlari

Aralash oqova suvdagi asosiy elektroelektrik natijalar

Elektr ishlab chiqarish bilan ifloslantiruvchi kamayishi orasidagi murosa

Tadqiqot MFC’ni faqat maksimal quvvat zichligiga qarab “eng yaxshi tozalovchi” sifatida tanlab bo‘lmasligini aniq ko‘rsatadi. NPC anodning past zaryad uzatish qarshiligi va yuqori almashinuv tok zichligi elektronlarni tashqi zanjirga uzatishda ustunlik bersa, NCOC yuzasida ko‘proq turli organik modda aylantiruvchi mikroorganizmlar bo‘lishi va bu COD kamayishini oshirishi mumkinligi ilgari suriladi.

Shu sababli NPC ko‘proq elektronlarni qayta olish va elektr ishlab chiqarish yo‘nalishida, NCOC esa mavjud tajribada umumiy COD kamayishi yo‘nalishida ustunlik ko‘rsatgan. Ikki maqsad jarayon dizaynida alohida baholanishi kerak.

Mikrobial natijalarning mexanizm bilan aloqasi

NPC’ning yuqori Coulomb samaradorligi bilan Desulfuromonadia va Desulfuromonas’ning yuqori mo‘lligi bir tizimda kuzatilgan. Tadqiqotchilar bu jamoa tuzilishini hujayradan tashqari elektron transferi nuqtai nazaridan qulay deb talqin qiladi.

Biroq tadqiqot Ni–P qoplamasi muayyan bir turni bevosita molekulyar darajada tanlashini isbotlaydigan nazoratli kolonizatsiya tajribasini bajarmagan. Kuzatilgan jamoa elektrod yuzasi bilan aralash oqova suv matriksi, sho‘rlanish, sulfat va boshqa ekologik tanlanish bosimlarining birgalikdagi natijasidir.

Qayta ishlab chiqarish nuqtai nazaridan yetishmaydigan jihatlar

Tadqiqot elektrod sintezi parametrlarini batafsil bergan bo‘lsa-da, MFC’ning ayrim biologik ishlash tafsilotlari asosiy matnda avvalgi tadqiqotga yo‘naltirilgan. Membranaga dastlabki ishlov va mikrob kultivatsiyasi protokoli bu yerda to‘liq qayta berilmagan.

Bundan tashqari “combined wastewater with nutrients” namunasiga qaysi oziqalar qanday konsentratsiyada qo‘shilgani ushbu versiyaning metod bo‘limida tushuntirilmagan.

COD va Coulomb samaradorligi natijalari ± qiymatlar bilan berilgan bo‘lsa-da, o‘rganilgan asosiy matnda tajriba takrorlari soni, p-qiymatga asoslangan statistik taqqoslashlar yoki oldindan belgilangan ahamiyatlilik chegarasi ochiq xabar qilinmagan. Shuning uchun guruhlar orasidagi raqamli farqlar manbada ko‘rsatilganidek taqdim etilishi, qo‘shimcha bildirilmagan statistik ahamiyatlilik da’vosi yaratilmasligi kerak.

Miqyosni kattalashtirish bo‘yicha nimalar noma’lum?

Tajriba hujayralari 500 mL li kameralaridan iborat. Tadqiqot uzluksiz oqimli pilot reaktor, modulli ko‘p hujayrali MFC steki yoki kub metr miqyosidagi tozalash tizimini qurmagan.

Real qo‘llanishda elektrod narxi, Ni–P qoplama chidamliligi, membrana ifloslanishi, gidravlik ushlanish vaqti, nasoslash va aralashtirish energiyasi, elektrod almashtirish davri, chiqindi loy hosil bo‘lishi va yakuniy chiqish suvi sifati kabi parametrlar alohida baholanishi kerak.

Tadqiqotchilar ham NPC-modifikatsiyalangan MFC’larning aralash oqova suv tozalashda miqyosini kattalashtirish va amaliy qo‘llanishi uchun ko‘proq tadqiqot zarurligini aniq bildiradi.

Manba va Usul Haqida Izoh

To‘liq asl tadqiqot nomi: Synergistic performance of nickel-based anode microbial fuel cells for the treatment of shale gas flowback wastewater and aged landfill leachate

O‘rganilgan versiyadagi mualliflar va tartib: Yi Xiao; Zhengxin Yang; Suli Zou; Yu Hao; Longjun Xu; Chenglun Liu.

Teng hissa/teng birinchi mualliflik: O‘rganilgan versiyada teng birinchi mualliflik yoki teng hissa bayoni mavjud emas.

Mas’ul mualliflar: Longjun Xu va Chenglun Liu.

Mas’ul muallif e-pochtalari: Longjun Xu — xulj@cqu.edu.cn; Chenglun Liu — xlclj@cqu.edu.cn.

Muassasalar: 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.

O‘rganilgan manba turi: Real SGFW va ALL namunalaridan foydalanib nikel asosli anodlarga ega mikrobial yoqilgʻi hujayralarida elektr ishlab chiqarish, oqova suv kamayishi, elektrokimyoviy xatti-harakat va mikrobial jamoani o‘rganuvchi laboratoriya miqyosidagi eksperimental tadqiqot preprinti.

Hakamlik holati: O‘rganilgan SSRN 6934127 versiyasi hakam baholashidan o‘tmagan preprintdir. Tadqiqotning keyingi hakamli versiyasi Bioelectrochemistry jurnalida nashr etilgan. Bu Verianla maqolasidagi ilmiy ma’lumotlar yuklangan preprint versiyasidan olingan, hakamli to‘liq matn ko‘rilmasdan ikki versiyaning ilmiy tafsilotlari birlashtirilmagan.

O‘rganilgan preprint platformasi: SSRN.

O‘rganilgan SSRN qayd raqami: 6934127.

O‘rganilgan preprint DOI: 10.2139/ssrn.6934127.

O‘rganilgan SSRN versiyasining nashr sanasi: 13 iyun 2026.

Preprint rasmiy havolasi:SSRN 6934127

Avvalgi preprint versiyasi: SSRN’da xuddi shu tadqiqot uchun 30 sahifali, 26 yanvar 2026 sanali SSRN 6136206 versiyasi ham mavjud; DOI’si 10.2139/ssrn.6136206.

Hakamli nashr: Bioelectrochemistry, Volume 173, 2027, Article 109401; onlayn nashr sanasi 22 iyul 2026.

Hakamli nashr DOI: 10.1016/j.bioelechem.2026.109401.

Hakamli nashr noshiri: Elsevier.

Hakamli versiya rasmiy havolasi:10.1016/j.bioelechem.2026.109401

Bibliografik metama’lumot nomuvofiqligi: Yuklangan 37 sahifali manbada uchinchi muallif Suli Zou. SSRN’ning 6934127 veb metama’lumotida uchinchi muallif maydoni “Xiaoxuan Liu” sifatida ko‘rinsa, avvalgi SSRN 6136206 qaydi va yuklangan tadqiqot Suli Zou’ni ko‘rsatadi. Shu sababli manba hujjatidagi Suli Zou nomi saqlangan va metama’lumotdagi farq jim birlashtirilmagan.

Oqova suv manbalari: ALL — Changshengqiao landfill, Chongqing; SGFW — Xing'ao shale gas field treatment station mixing tank, Nanchuan, Chongqing.

Tajriba tuzilishi: 500 mL/kamera hajmli ikki kamerali H-tipli MFC, Nafion 117 proton almashinuv membranasi, 6 cm² faol anod maydoni, karbon mato katod; NCOC, NPC va CC anod taqqoslanishi.

Asosiy bosh natija: Aralash SGFW+ALL sharoitida NPC-MFC 643,3 mV maksimal chiqish kuchlanishi, 1412,9 mW/m² maksimal quvvat zichligi, 155 Ω ko‘rinma ichki qarshilik va %38,0±1,4 Coulomb samaradorligini ko‘rsatgan. Eng yuqori COD kamayishi esa NCOC-MFC’da 1103,4±69,3 mg/L sifatida o‘lchangan.

Sinergiya talqinining chegarasi: Oqova suvlarni birgalikda tozalash barcha anodlarda va barcha samaradorlik metriklarida universal yaxshilanish hosil qilmagan. NPC’ning elektr ishlab chiqarishi va Coulomb samaradorligi aniq yaxshilanganda, NCOC’ning aralash oqova suvdagi elektr ishlab chiqarishi alohida oqova suv sharoitlariga nisbatan pasaygan, bunga qarshi COD kamayishi oshgan.

Mikrobial tahlil: NPC biofilmi uchun 16S rRNA yuqori unumli sekvenslash bajarilgan; 30.000 dan ortiq yaroqli sekans va >0,99 coverage bildirilgan. Filum darajasida Desulfobacterota %57,4, sinf darajasida Desulfuromonadia %57,14 va jins darajasida Desulfuromonas %47,13 bilan ustun sifatida xabar qilingan.

Metodik yetishmaydigan ma’lumot: Proton almashinuv membranasining dastlabki ishlovi va mikrobial kultivatsiya protsedurasi avvalgi tadqiqotga yo‘naltirilgan. “oziqa qo‘shilgan aralash oqova suv” uchun oziqalar tarkibi va dozalari bu asosiy matnda berilmagan. Bundan tashqari oqova suv jadvali raqamli sho‘rlanish, ammoniy, sulfat va og‘ir metall qiymatlarini o‘z ichiga olmaydi.

Statistik hisobot chegarasi: Ayrim COD va CE ma’lumotlari o‘rtacha±tarqalish shaklida taqdim etilgan bo‘lsa-da, asosiy matnda tajriba takrorlari soni va guruhlararo inferensiya uchun ochiq p-qiymat/ahamiyatlilik chegarasi xabar qilinmagan. Shu sababli bu yerda manbada bo‘lmagan statistik ahamiyatlilik da’vosi yaratilmagan.

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

CRediT muallif hissalari: 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.

Manfaatlar to‘qnashuvi: O‘rganilgan versiyada alohida va ochiq manfaatlar to‘qnashuvi bayoni aniqlanmagan.

Ma’lumotlar mavjudligi: O‘rganilgan versiyada alohida ma’lumotlar mavjudligi bayoni aniqlanmagan.

Litsenziya: O‘rganilgan versiyada ochiq Creative Commons yoki unga teng qayta foydalanish litsenziyasi aniqlanmagan. Shu sababli asl SEM tasvirlari va grafiklar bu yerda aynan qayta nashr etilmagan, ilmiy ma’lumotlar qayta tuzilgan jadvallar orqali berilgan.

Miqyos chegarasi: Natijalar laboratoriya miqyosidagi 500 mL ikki kamerali MFC’larga tegishli. Pilot inshoot, uzluksiz to‘liq miqyosli tozalash, sof energiya balansi, iqtisodiy fizibilite va uzoq muddatli material chidamliligi bu tadqiqotda tasdiqlanmagan.

Ilmiy mazmun prinsipi: Bu Verianla matnidagi tajriba sharoitlari, elektrokimyoviy qiymatlar, COD natijalari, Coulomb samaradorliklari, biofilm va mikrobial jamoa topilmalari yuklangan 37 sahifali SSRN 6934127 versiyasiga asoslanadi. Tashqi manbalar faqat bibliografik identifikatsiya, versiya tarixi va keyingi hakamli nashrni tasdiqlash uchun ishlatilgan.