Published January 30, 2019
| Version v1
Publication
Open
Challenges of Microbial Fuel Cell Architecture on Heavy Metal Recovery and Removal From Wastewater
- 1. Sidi Mohamed Ben Abdellah University
Description
Being constituents of the effluents of many industries, heavy metals cause severe environmental pollution due to their recalcitrance and persistence in the environment. Conventional remediation strategies used to treat heavy metals loaded wastewater are neither economical nor environmentally friendly. To overcome these challenges, the rise of a new process that combines energy conservation and recovery was mandatory. Microbial fuel cells have been recognized as an emerging technology to mitigate environmental pollution; it provides a solution to wastewater treatment and the removal and/or recovery of heavy metals. Microbial fuel cells can be defined as bioelectrochemical systems that utilize the catalytic activity of microorganisms organized in biofilms to oxidize organic or inorganic compounds by producing electric current thus providing a new opportunity for sustainable energy production and bioremediation. The removal of metals, such as chromium, vanadium, arsenic, copper, silver and gold has been studied using both single and double chambered MFCs. The fact that some heavy metals have high redox potential makes it possible to utilize them as effective electron acceptors instead of oxygen in the cathodic chamber of microbial fuel cells. Biotic/Abiotic cathode chambers can not only remove but also recover heavy metals. However, a number of challenges such us: low production rates and limited efficiencies make the application of this technology restricted to lab scale only. In this chapter, we review the treatment of metal-containing effluents using microbial fuel cells. We'll first summarize the principle of metal removal/recovery in microbial fuel cells, and then provide an overview of literature that attempted to treat metal loaded effluents in both single and double chambered microbial fuel cells while discussing power output, heavy metal removal efficiency and mechanisms involved in the process. Furthermore, the primary challenges and opportunities for scaling-up of microbial fuel cells and their future applications in the treatment of heavy metals contaminated wastewater will be outlined.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
كونها مكونات للنفايات السائلة للعديد من الصناعات، تسبب المعادن الثقيلة تلوثًا بيئيًا شديدًا بسبب عنادها واستمرارها في البيئة. استراتيجيات المعالجة التقليدية المستخدمة لمعالجة مياه الصرف الصحي المحملة بالمعادن الثقيلة ليست اقتصادية ولا صديقة للبيئة. وللتغلب على هذه التحديات، كان ظهور عملية جديدة تجمع بين الحفاظ على الطاقة واستعادتها أمرًا إلزاميًا. تم الاعتراف بخلايا الوقود الميكروبية كتكنولوجيا ناشئة للتخفيف من التلوث البيئي ؛ فهي توفر حلاً لمعالجة مياه الصرف الصحي وإزالة و/أو استعادة المعادن الثقيلة. يمكن تعريف خلايا الوقود الميكروبية على أنها أنظمة كهروكيميائية حيوية تستخدم النشاط الحفاز للكائنات الحية الدقيقة المنظمة في الأغشية الحيوية لأكسدة المركبات العضوية أو غير العضوية من خلال إنتاج التيار الكهربائي وبالتالي توفير فرصة جديدة لإنتاج الطاقة المستدامة والمعالجة الحيوية. تمت دراسة إزالة المعادن، مثل الكروم والفاناديوم والزرنيخ والنحاس والفضة والذهب باستخدام كل من MFCs أحادية ومزدوجة الحجرة. إن حقيقة أن بعض المعادن الثقيلة لديها إمكانات اختزال عالية تجعل من الممكن استخدامها كمستقبلات إلكترون فعالة بدلاً من الأكسجين في الغرفة الكاثودية لخلايا الوقود الميكروبية. لا يمكن لغرف الكاثود الحيوية/اللاأحيائية إزالة المعادن الثقيلة فحسب، بل يمكنها أيضًا استعادتها. ومع ذلك، هناك عدد من التحديات مثلنا: معدلات الإنتاج المنخفضة والكفاءات المحدودة تجعل تطبيق هذه التكنولوجيا مقصورًا على نطاق المختبر فقط. في هذا الفصل، نستعرض معالجة النفايات السائلة المحتوية على المعادن باستخدام خلايا الوقود الميكروبية. سنلخص أولاً مبدأ إزالة/استرداد المعادن في خلايا الوقود الميكروبية، ثم نقدم نظرة عامة على الأدبيات التي حاولت معالجة النفايات السائلة المحملة بالمعادن في كل من خلايا الوقود الميكروبية أحادية ومزدوجة الحجرة أثناء مناقشة خرج الطاقة وكفاءة إزالة المعادن الثقيلة والآليات المشاركة في العملية. علاوة على ذلك، سيتم تحديد التحديات والفرص الرئيسية لتوسيع نطاق خلايا الوقود الميكروبية وتطبيقاتها المستقبلية في معالجة مياه الصرف الصحي الملوثة بالمعادن الثقيلة.Translated Description (French)
Constituants des effluents de nombreuses industries, les métaux lourds provoquent une grave pollution de l'environnement en raison de leur récalcitrance et de leur persistance dans l'environnement. Les stratégies d'assainissement conventionnelles utilisées pour traiter les eaux usées chargées de métaux lourds ne sont ni économiques ni respectueuses de l'environnement. Pour surmonter ces défis, la montée en puissance d'un nouveau processus combinant conservation et récupération de l'énergie était obligatoire. Les piles à combustible microbiennes ont été reconnues comme une technologie émergente pour atténuer la pollution de l'environnement ; elles fournissent une solution au traitement des eaux usées et à l'élimination et/ou à la récupération des métaux lourds. Les piles à combustible microbiennes peuvent être définies comme des systèmes bioélectrochimiques qui utilisent l'activité catalytique des micro-organismes organisés en biofilms pour oxyder les composés organiques ou inorganiques en produisant du courant électrique, offrant ainsi une nouvelle opportunité pour la production d'énergie durable et la biorestauration. L'élimination des métaux, tels que le chrome, le vanadium, l'arsenic, le cuivre, l'argent et l'or a été étudiée en utilisant à la fois des MFC à chambre simple et à chambre double. Le fait que certains métaux lourds aient un potentiel redox élevé permet de les utiliser comme accepteurs d'électrons efficaces à la place de l'oxygène dans la chambre cathodique des piles à combustible microbiennes. Les chambres cathodiques biotiques/abiotiques peuvent non seulement éliminer mais aussi récupérer les métaux lourds. Cependant, un certain nombre de défis nous attendent : les faibles taux de production et l'efficacité limitée limitent l'application de cette technologie à l'échelle du laboratoire uniquement. Dans ce chapitre, nous passons en revue le traitement des effluents contenant des métaux à l'aide de piles à combustible microbiennes. Nous allons d'abord résumer le principe de l'élimination/récupération des métaux dans les piles à combustible microbiennes, puis donner un aperçu de la littérature qui a tenté de traiter les effluents chargés de métaux dans les piles à combustible microbiennes à chambre simple et double tout en discutant de la production d'énergie, de l'efficacité de l'élimination des métaux lourds et des mécanismes impliqués dans le processus. En outre, les principaux défis et opportunités pour la mise à l'échelle des piles à combustible microbiennes et leurs applications futures dans le traitement des eaux usées contaminées par des métaux lourds seront décrits.Translated Description (Spanish)
Al ser constituyentes de los efluentes de muchas industrias, los metales pesados causan una grave contaminación ambiental debido a su recalcitrancia y persistencia en el medio ambiente. Las estrategias de remediación convencionales utilizadas para tratar las aguas residuales cargadas con metales pesados no son económicas ni respetuosas con el medio ambiente. Para superar estos desafíos, era obligatorio el surgimiento de un nuevo proceso que combine el ahorro y la recuperación de energía. Las pilas de combustible microbianas han sido reconocidas como una tecnología emergente para mitigar la contaminación ambiental; proporciona una solución para el tratamiento de aguas residuales y la eliminación y/o recuperación de metales pesados. Las celdas de combustible microbianas se pueden definir como sistemas bioelectroquímicos que utilizan la actividad catalítica de microorganismos organizados en biopelículas para oxidar compuestos orgánicos o inorgánicos mediante la producción de corriente eléctrica, proporcionando así una nueva oportunidad para la producción de energía sostenible y la biorremediación. La eliminación de metales, como cromo, vanadio, arsénico, cobre, plata y oro, se ha estudiado utilizando MFC de cámara simple y doble. El hecho de que algunos metales pesados tengan un alto potencial redox hace posible utilizarlos como aceptores de electrones efectivos en lugar de oxígeno en la cámara catódica de las células de combustible microbianas. Las cámaras de cátodo biótico/abiótico no solo pueden eliminar, sino también recuperar metales pesados. Sin embargo, una serie de desafíos tales como: bajas tasas de producción y eficiencias limitadas hacen que la aplicación de esta tecnología se limite solo a escala de laboratorio. En este capítulo, revisamos el tratamiento de efluentes que contienen metales utilizando celdas de combustible microbianas. Primero resumiremos el principio de eliminación/recuperación de metales en celdas de combustible microbianas, y luego proporcionaremos una descripción general de la literatura que intentó tratar los efluentes cargados de metales en celdas de combustible microbianas de cámara simple y doble mientras discutimos la potencia de salida, la eficiencia de eliminación de metales pesados y los mecanismos involucrados en el proceso. Además, se describirán los principales desafíos y oportunidades para la ampliación de las celdas de combustible microbianas y sus aplicaciones futuras en el tratamiento de aguas residuales contaminadas con metales pesados.Files
pdf.pdf
Files
(624.2 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:2d1004aaaad02ba9b0d90e2f339a03a5
|
624.2 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحديات بنية خلايا الوقود الميكروبية في استعادة المعادن الثقيلة وإزالتها من مياه الصرف الصحي
- Translated title (French)
- Défis de l'architecture microbienne des piles à combustible sur la récupération et l'élimination des métaux lourds des eaux usées
- Translated title (Spanish)
- Desafíos de la arquitectura de celdas de combustible microbianas en la recuperación y eliminación de metales pesados de las aguas residuales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2913503739
- DOI
- 10.3389/fenrg.2019.00001
References
- https://openalex.org/W1484564235
- https://openalex.org/W1491190835
- https://openalex.org/W1963804449
- https://openalex.org/W1969763329
- https://openalex.org/W1971263473
- https://openalex.org/W1971486367
- https://openalex.org/W1972787508
- https://openalex.org/W1975550418
- https://openalex.org/W1981378625
- https://openalex.org/W1989733198
- https://openalex.org/W1991970296
- https://openalex.org/W2001632673
- https://openalex.org/W2002443495
- https://openalex.org/W2002886012
- https://openalex.org/W2007881403
- https://openalex.org/W2009440916
- https://openalex.org/W2010511082
- https://openalex.org/W2011757290
- https://openalex.org/W2017895675
- https://openalex.org/W2019254651
- https://openalex.org/W2021406552
- https://openalex.org/W2025335260
- https://openalex.org/W2029425561
- https://openalex.org/W2033859833
- https://openalex.org/W2037230244
- https://openalex.org/W2038011805
- https://openalex.org/W2038833197
- https://openalex.org/W2039241535
- https://openalex.org/W2043230529
- https://openalex.org/W2043706545
- https://openalex.org/W2045024501
- https://openalex.org/W2045104474
- https://openalex.org/W2049560437
- https://openalex.org/W2053190785
- https://openalex.org/W2054083048
- https://openalex.org/W2060624476
- https://openalex.org/W2060947071
- https://openalex.org/W2063235598
- https://openalex.org/W2063281594
- https://openalex.org/W2067836597
- https://openalex.org/W2075709108
- https://openalex.org/W2080838515
- https://openalex.org/W2089320381
- https://openalex.org/W2089492425
- https://openalex.org/W2090534605
- https://openalex.org/W2102594833
- https://openalex.org/W2113536011
- https://openalex.org/W2114769310
- https://openalex.org/W2115803602
- https://openalex.org/W2115929943
- https://openalex.org/W2117293291
- https://openalex.org/W2121371127
- https://openalex.org/W2125756199
- https://openalex.org/W2128510930
- https://openalex.org/W2129658004
- https://openalex.org/W2139009159
- https://openalex.org/W2144229120
- https://openalex.org/W2147838340
- https://openalex.org/W2152876293
- https://openalex.org/W2153326273
- https://openalex.org/W2158146077
- https://openalex.org/W2166106470
- https://openalex.org/W2166566926
- https://openalex.org/W2178729298
- https://openalex.org/W2186780118
- https://openalex.org/W2193655110
- https://openalex.org/W2205542051
- https://openalex.org/W2208248370
- https://openalex.org/W2269133223
- https://openalex.org/W2282305870
- https://openalex.org/W2311054817
- https://openalex.org/W2315311738
- https://openalex.org/W2322608567
- https://openalex.org/W2341947412
- https://openalex.org/W2343694517
- https://openalex.org/W2394826449
- https://openalex.org/W2411446016
- https://openalex.org/W2516025357
- https://openalex.org/W2524173871
- https://openalex.org/W2528514163
- https://openalex.org/W2546716249
- https://openalex.org/W2559467317
- https://openalex.org/W2559954988
- https://openalex.org/W2563767162
- https://openalex.org/W2581060618
- https://openalex.org/W2589670946
- https://openalex.org/W2590895787
- https://openalex.org/W2593086966
- https://openalex.org/W2604443026
- https://openalex.org/W2604866384
- https://openalex.org/W2610377209
- https://openalex.org/W2620729000
- https://openalex.org/W2734808685
- https://openalex.org/W2738160821
- https://openalex.org/W2744832284
- https://openalex.org/W2747227573
- https://openalex.org/W2755776642
- https://openalex.org/W2765539658
- https://openalex.org/W2767105019
- https://openalex.org/W2768645289
- https://openalex.org/W2769115014
- https://openalex.org/W2770450376
- https://openalex.org/W2782527084
- https://openalex.org/W2783892479
- https://openalex.org/W2788475743
- https://openalex.org/W2789885784
- https://openalex.org/W2790718586
- https://openalex.org/W2795390579
- https://openalex.org/W2797031653
- https://openalex.org/W2799459422
- https://openalex.org/W2801061105
- https://openalex.org/W2805143737
- https://openalex.org/W789378045