In this study the feasibility of simultaneous electricity generation and treatment of swine farm wastewater using microbial fuel cells (MFCs) was examined. Two single-chamber MFCs containing an anode filled with different ratio of graphite felt and stainless-steel cross strip was used in all tests. The proportion of stainless-steel cross strip to graphite felt in the anode of control microbial fuel cell (CMFC) was higher than that of swine microbial fuel cell (SMFC) to reduce construction costs. SMFCs produced a stable current of 18 mA by swine wastewater with chemical oxygen demand (COD) of $3.167{\pm}80\;mg/L$ after enriched. The maximum power density and current density of SMFCs were $680\;mW/m^3$ and $3,770\;mA/m^3$, respectively. In the CMFC, power density and current density was lower than that of SMFC. CODs decreased by the SMFC and CMFC from $3.167{\pm}80$ to $865{\pm}21$ and $930{\pm}14\;mg/L$, achieving 72.7% and 70.6% COD removal, respectively. The suspended solid (SS) of both fuel cells was also reduced over 99% ($4,533{\pm}67$ to $24.0{\pm}6.0\;mg/L$). The concentration of nutritive salts, ${NH_4}^+$, ${NO_3}^-$, and ${PO_4}^{3-}$, dropped by 65.4%, 57.5%, and 73.7% by the SMFC, respectively. These results were similar with those of CMFC. These results show that the microbial fuel cells using electrode with mix stainless-steel cross strip and graphite felt can treat the swine wastewater simultaneously with an electricity generation from swine wastewater.
Jang, Jae Kyung;Kim, Kyung Min;Byun, SungAh;Ryou, Young Sun;Chang, In Seop;Kang, Young Koo;Kim, Young Hwa
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.36
no.11
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pp.753-757
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2014
Anode electrode in a microbial fuel cell (MFC) should transfer the receiving electron as well as provide large surface area that can be immobilized microorganisms. Microorganisms' population is one of important factors to improve the current generation and to treat the livestock wastewater by biological treatment. These studies were attempted to investigate if stainless-steel wire skein (SSWS) could be used as anode electrode replacement a graphite felt electrode in microbial fuel cell. For these studies, pretreated livestock wastewater was used diluted to 500 mg/L as COD before use. At this time, the current showed a little difference of about 5% when using each of a SSW and graphite felt (control). There was no significant difference in the current value. The organic removal rate in the microbial fuel cells used graphite felt and SSWS was 82.4% and 88.3%, respectively. The COD removal in the MFC used the SSWS was higher than that of graphite felt. Ammonium nitrogen was showed similar trend in two case all. These results about current generation and organic matter reduction seem possible that SSWS was used to anode electrode. When SSWS is used, the initial investment for system construction is expected to be able to reduce by approximately 1/50.
Kim, Min;Ekpeghere, Kalu I.;Kim, Soo-Hyeon;Chang, Jae-Soo;Koh, Sung-Cheol
Korean Journal of Microbiology
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v.48
no.4
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pp.254-261
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2012
The purpose of this research was to optimize electric current production of sediment microbial fuel cells by injecting glucose and to investigate its impact on microbial communities involved. It was shown that injection of proper concentration of glucose could increase electric current generated from sediment microbial fuel cells. When 1,000 mg/L of glucose, as opposed to higher concentrations, was injected, electric current increased up to 3 times. This increase is mainly attributed to the mutual relationship between fermenting bacteria and exoelectrogenic bacteria. Here the organic acids generated by fermenting bacteria could be utilized by exoelectrogenic bacteria, removing feedback inhibition caused by the organic acids. When glucose was injected, the population of Clostridium increased as to ferment injected glucose. Glucose fermentation can have either a positive or negative effect on electric current generation. When exoelectrogenic bacteria may readily utilize the end-product, electric current could increase. However, when the end-product was not readily removed, then detrimental chemical reactions (pH decrease, methane generation, organic acids accumulation) occurred: exoelctrogenic bacteria population declined and non-microbial fuel cell related microorganisms prospered. By injecting a proper concentration of glucose, a mutual relationship between fermenting bacteria, such as Clostridium, and exoelectrogenic bacteria, such as Geobacter, should be fulfilled in order to increase electricity production in mixed cultures of microorganisms collected from the aquatic sediments.
Microbial fuel cells (MFC), devices that use bacteria as a catalyst to generate electricity, can utilize a variety of organic wastes as electron donors. The current generated may differ depending on the organic matter concentrations used, when other conditions, such as oxidant supply, proton transfer, internal resistance and so on, are not limiting factors. In these studies, a single-cathode type MFC (SCMFC) and dual-cathode type MFC (DCMFC) were used to ascertain the current's improvement through an increase in the contact area between the anode and the cathode compartments, because the cathode reaction is one of the most serious limiting factors in an MFC. Also an MFC was conducted to explore whether an improvement in electricity generation resulted from oxidizing the carbon sources and nitrates. About 250 mg $L^{-1}$ sodium acetate was fed to an anode compartment with a flow rate of 0.326 mL $min^{-1}$ by continuous mode. The current generated from the DCMFC was higher than the value produced from MFC with a single cathode. COD removal of dual-cathode MFC was also higher than that of single-cathode MFC. The nitrate didn't affect current generation at 2 mM, but when 4 and 8 mM nitrate was supplied, the current in the single-cathode and dual-cathode MFC was decreased by 98% from $5.97{\pm}0.13$ to $0.23{\pm}0.03$ mA and $8.40{\pm}0.23$ to $0.20{\pm}0.01$ mA, respectively. These results demonstrate that increasing of contact area of the anode and cathode can raise current generation by an improvement in the cathode reaction.
Anode electrode is one of the most important factors in microbial fuel cell (MFC). This study was conducted to investigate the effects of mediator as methylene blue (MB) and electrode surface area on the power density of MFC with sponge and carbon nano tube (CNT) electrode (SC). The SC electrode with MB (MC) showed the maximum power density increased from 74.0 $mW/m^2$ to 143.1 $mW/m^2$. The grid shaped sponge and CNT (GSC) electrode showed the maximum power density of 209.2 $mW/m^2$ due to the increase of surface area from 88.0 to 152.0 $cm^2$. The GSC electrode with MB (GMC) revealed the maximum power density of 384.9 $mW/m^2$ which was 5.2 times higher than that obtained from the MFC with SC. Therefore MB and increase of surface area led to enhance the performance of microbial fuel cell such as power density.
Electrochemical redox capacity of a microbial fuel cell (MFC) electrode is an important factor in the power density. This study was conducted to investigate the redox capacity of surface modified anode and cathode electrodes by measuring their conductivities. An anode electrode was modified with nitric acid and a cathode electrode was modified with heat treatment. The anode electrode modified with 20 % of the nitric acid concentration showed the highest conductivity of $6.2{\mu}S/cm/g$ and the maximum power density of $306.0mW/m^2$ when used in a MFC. The cathode electrode modified at $472^{\circ}C$ for 18 min showed the highest conductivity of $5.2{\mu}S/cm/g$ and the maximum power density of $276.20mW/m^2$ when used in a MFC. On the other hand, an MFC using both the electrodes showed the highest maximum power density of $408.2mW/m^2$. Meanwhile, a control MFC without modified electrodes generated very small voltage (0.014 mV), so the power density could not be measured.
Jang, Jae Kyung;Hong, Sun Hwa;Ryou, Youg Sun;Lee, Eun Young;Chang, In Seop;Kang, Young Koo;Kim, Jong Goo
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.35
no.12
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pp.973-977
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2013
These studies were attempted to investigate the change of microbial community of anode of microbial fuel cell using swine wastewater in the enrichment step with the lapse of time. Microbial fuel cells enriched by a 1 : 1 mixture of anaerobic digestive juices of the sewage treatment plant and livestock wastewater. Enrichment culture step was divided into three stages to indentify the microorganisms. It was separated by each lag phase, exponential phase, and stationary phase. These steps were determined by the change of the current value. The current after enrichment was generated about $0.84{\pm}0.06mA$. We were cut out the different 17 bands in the DGGE fingerprint gel to do sequencing. The bands which the concentration was increasing or newly appearing with the lapse of time were included for this study. In the lag and exponential phase, Clostridium, Rhodocyclaceae, Bacteriodetes, and Uncultured bacterium etc. were detected. There were in the stationary phase Geobacter sp., Rhodocyclaceae, Candidatus, Nitrospira, Flavobactriaceae and uncultured bacterium etc. Geobactor among microorganisms detected in this study is known as the Electrochemically active microorganisms. It may include electrochemically active microorganisms to be considered as electrical activity microorganisms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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