Печать

Том 9 стр. 161-177

М. С. Гладышева, Н. Р. Молодкина

 

МИКРОБНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В СИСТЕМАХ ВОДООЧИСТКИ: ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ

 

Аннотация. Современные методы очистки сточных вод часто сопряжены с высокими энергетическими затратами и образованием значительного объёма отходов, что стимулирует поиск альтернативных технологий, сочетающих эффективность и экологичность. Одним из таких решений являются микробные топливные элементы (МТЭ) – инновационные системы, которые могут быть применимы на очистных сооружениях сточных вод, вырабатывая электроэнергию за счёт метаболической активности микроорганизмов. В данной работе рассмотрены принципы функционирования МТЭ. Описаны конструктивные особенности различных типов микробных топливных элементов: однокамерных, двухкамерных, безмембранных и бентосных. Особое внимание уделено их применению в городских и промышленных системах водоочистки. Обсуждаются перспективы масштабирования технологии и интеграции в существующие инфраструктуры водоочистки. Представленные данные подтверждают высокий потенциал МТЭ как устойчивого подхода к решению экологических задач и снижению энергопотребления в водоочистных процессах.

Ключевые слова: микробные топливные элементы, экобиотехнология, электрогенные микроорганизмы, очистка сточных вод, энергоэффективность, промышленные стоки, устойчивые технологии.

Для цитирования: Гладышева М. С., Молодкина Н. Р. Микробные топливные элементы в системах водоочистки: перспективы внедрения // Управление техносферой: электрон. журнал, 2026. Т. 9. Вып.1. С. 161–177. DOI: 10.35634/UdSU.2026.66.56.011

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

  1. Tauseef S.M., Tasneem A., Abbasi S.A. Energy recovery from wastewaters with high-rate anaerobic digesters, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2013, vol.19, pp. 704 – 741.
  2. Prabakar D., Manimudi V. T., Suvetha K. S., Sampath S., Mahapatra D. M., Rajendran K., Pugazhendhi A. Advanced biohydrogen production using pretreated industrial waste: Outlook and prospects, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018, vol. 96, pp. 306–324.
  3. Do M.H., Ngo H.H., Guo W.S., Liu Y., Chang S.W., Nguyen D.D., Nghiem L.D., Ni B.J. Challenges in the application of microbial fuel cells to wastewater treatment and energy production: A mini review, Science of the Total Environment. 2018, vol. 639, pp.910–920.
  4. Rozsenberszki T., Kook L., Hutvagner D., Nemestothy N., Belafi-Bako K., Bakonyi P., Kurdi R., Sarkady A. Comparison of anaerobic degradation processes for bioenergy generation from liquid fraction of pressed solid waste, Waste and Biomass Valorization. 2015, vol. 6, pp.465–473.
  5. Шеуджен Т.М., Волченко Н.Н., Самков А.А. Исследование возможности функционирования твердофазных микробных топливных элементов новой конструкции // Проблемы науки. № 2. С. 1–3.
  6. He Z., Minteer S.D., Angenent L.T. Electricity generation from artificial wastewater using an upflow microbial fuel cell, Environmental Science Technology. 2015, vol.39, pp. 5262–5275.
  7. Jang J.K., Pham T.H., Chang I.S., Kang K.H., Moon H., Cho K.S. Kim B.H. Construction and operation of a novel mediator- and membrane-less microbial fuel cell, Process Biochemistry. 2014, vol.39, pp. 1007–1019.
  8. Li Z.L., Kong L., Liu H. Electricity generation using a baffled microbial fuel cell convenient for stacking, Bioresource Technology. 2018, vol.99, pp. 1650–1655.
  9. Lovley D.R. Microbial fuel cells: novel microbial physiologies and engineering approaches, Current Biotechnology. 2016, vol. 17, pp. 327–359.
  10. Nandy A., Kumar V., Kundu P.P. Effect of electric impulse for improved energy generation in mediatorless dual chamber microbial fuel cell through electroevolution of Escherichia coli, Biotechnological Bioengineering. 2016, vol.79, pp. 796–801.
  11. Min B., Logan B.E. Continuous electricity generation from domestic wastewater and organic substrates in a flat plate microbial fuel cell, Environmental Science Technology. 2004, vol. 38, pp. 5809–5833.
  12. Xiao B., Yang F., Liu J. Enhancing simultaneous electricity production and reduction of sewage sludge in two-chamber MFC by aerobic sludge digestion and sludge pretreatments, Hazard Mater. 2011, vol. 189, pp. 444–453.
  13. Rodrigo M.A., Cañizares P., Lobato J., Paz R., Sáez C., Linares J.J. Production of electricity from the treatment of urban waste water using a microbial fuel cell, Power Sources. 2017, vol. 169, pp. 198–204.
  14. Sciarria T.P., Tenca A., Epifanio A.D., Mecheri B., Merlino G., Barbato M. Using olive mill wastewater to improve performance in producing electricity from domestic wastewater by using single-chamber microbial fuel cell, Bioresource Technology. 2013. vol. 147, pp. 246–299.
  15. Sharma S., Malaviya P. Bioremediation of tannery wastewater by chromium resistant novel fungal Isolate Fusarium Chlamydosporium SPFS2-g, Ecological Engineering. 2016, vol. 91, pp. 419–444.
  16. Lu N., Zhou B., Deng L.F., Zhou S.G., Ni J.R. Starch processing wastewater treatment using a continuous microbial fuel cell with MnO2 cathodic catalyst, Basic Science Engineering. 2009, vol. 17, pp. 65–73.
  17. Gil G.C., Chang I.S., Kim B.H, Kim M., Jang J.K., Park H.S., Kim H.J. Operational parameters affecting the performance of a mediator-less microbial fuel cell, Biosensors and Bioelectronics. 2003, vol. 18, pp. 327–334.
  18. Pham T.H., Rabaey K., Aelterman P., Clauwaert P., Schamphelaire L., Boon N., Verstraete W. Microbial fuel cells in relation to conventional anaerobic digestion technology, Engineering Life Science. 2006, vol. 6, pp. 285–311.
  19. Sadhukhan J., Lloyd J.R., Scott K., Premier G.C., Yu E.H., Curtis T., Head I.M. A critical review of integration analysis of microbial electrosynthesis (MES) systems with waste biorefineries for the production of biofuel and chemical from reuse of CO2, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016, vol. 56, pp. 116–148.
  20. Liu S.T., Song H.L., Wei S., Yang F., Li X.N. Bio-cathode materials evaluation and configuration optimization for power output of vertical subsurface flow constructed wetland Microbial fuel cell systems, Bioresource Technology. 2014, vol. 166, pp. 575–601.
  21. Huang J.S., Yang P., Guo Y., Zhang K.S. Electricity generation during wastewater treatment: an approach using an AFB-MFC for alcohol distillery wastewater, Desalination. 2011, vol. 276, pp. 373–381.
  22. Koffi ND., Okabe S. High voltage generation from wastewater by microbial fuel cells equipped with a newly designed low voltage booster multiplier (LVBM), Scientific Reports. 2020, vol. 10.
  23. Parkash A. Design and Fabrication of a Double Chamber Microbial Fuel Cell for Voltage Generation from Biowaste, Journal of Bioprocessing & Biotechniques. 2015, vol. 5.
  24. Atasoy M., Owusu-Agyeman I., Plaza E., Cetecioglu Z. Bio-based volatile fatty acid production and recovery from waste streams: Current status and future challenges, Bioresource Technology. 2018, vol. 268, pp. 773 – 786.
  25. Lazukin A., Saveliev A., Krestovnikov K. Low Input Voltage DC-DC Converter for Harvesting Energy by Microbial Fuel Cell, Software Engineering Application in Systems Design. 2022, vol. 6, pp. 613–627.

 

Сведения об авторах

Гладышева Марина Сергеевна

Магистрант, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО», 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, лит. А. Россия.

Email: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

 

Молодкина Нелли Ринатовна

Заведующий лабораторией факультета Экотехнологий, доцент факультета Экотехнологий, к.т.н., Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО», 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, лит. А. Россия.

Email: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Полнотекстовая версия - pdf(707kb)