3.1 LỰA CHỌN THIẾT KẾ MFC PHÙ HỢP
3.1.3 Thử nghiệm để chọn lựa thiết kế thiết kế ƣu việt hơn
3.1.3.2 So sánh các MFC với dạng thiết kế khác nhau
Về độ ổn định của dòng điện sản sinh bởi hai dạng MFC: Sau khi làm giàu hệ vi sinh vật điện hóa thí điểm trong MFC thành công, chúng tôi so sánh độ ổn định dòng điện của các dạng thiết kế MFC với nhau. Có thể nhận thấy, dòng điện sinh ra từ MFC khoang hình hộp chữ nhật là ổn định hơn so với dạng thiết kế MFC khoang hình trụ (Hình 20 và 21). Nguyên nhân của việc này có thể là do khoảng cách đường dung dịch đầu vào và đầu ra của khoang anode trong dang thiết kế MFC khoang hình trụ khá gần nhau (khoảng 2,5 cm) nên tốc độ lưu dịch trong khoang thấp và cơ chất không đƣợc phân bố đồng đều toàn bộ điện cực, còn đối với dạng thiết kế MFC khoang hình hộp chữ nhật có khoảng cách hai đường dung dịch đầu vào và đầu ra xa hơn (khoảng 5 cm), do đó dung dịch sẽ được lưu lại lâu hơn trong khoang (cùng tốc độ dòng đối với khoang hình trụ) và khả năng phân hủy cơ chất triệt để hơn.
49
Hình 20: Hiệu điện thế MFC khoang hình hộp chữ nhật sau quá trình làm giàu (BOD 50 ppm)
MFC 3–HH–5: là MFC khoang hình hộp chữ nhật có thể tích 5 ml MFC 6-HH-7.5: là MFC khoang hình hộp chữ nhật có thể tích 7.5 ml
MFC8-HH-10: là MFC khoang hình hộp chữ nhật có thể tích 10 ml
Hình 21: Hiệu điện thế MFCs khoang hình trụ sau quá trình làm giàu (BOD 50 ppm)
MFC 3–HT–5: là MFC khoang hình trụ có thể tích 5 ml MFC 6-HT-7.5: là MFC khoang hình trụ có thể tích 7.5 ml
MFC8-HT-10: là MFC khoang hình trụ có thể tích 10 ml
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 10:30 11:30 14:30 15:30 16:30 10h30 11h30 12h30 13h30 14h30 15h30 16h30
1/13/2014 1/14/2014 1/15/2014
mA MFC 3-HH-5
MFC 6-HH-7,5 MFC 8-HH-10
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
10h 11h 12h30 14h30 15h30 16h30 10h 11h 12h 15h 15h30 10h30 11h30 12h30 14h30 15h30 16h30 10h 11h 14h 15h 16h 17h
1/13/2014 1/14/2014 1/15/2014 1/16/2014
mA MFC 3-HT-5
MFC 4-HT-7,5 MFC 9-HT-10
50
Về độ nhạy trong phản ứng của hai dạng MFC với sự thay đổi giá trị BOD của dung dịch andoe: Chúng tôi tiến hành thử nghiệm với hai nồng độ BOD = 5 ppm và BOD 50 ppm nhằm so sánh độ nhạy của các MFC với thiết kế khác nhau (chứa quần xã vi sinh vật điện hóa thí điểm). Dựa vào Hình 22 và 23 có thể thấy rằng, khi thay đổi nồng độ BOD từ 50 ppm xuống 5 ppm, dòng điện sinh ra với cả hai dạng MFC có xu hướng giảm (0,35 - 0,3 mA xuống 0,1 – 0,05 mA), và phải mất đến khoảng 2 giờ 30 phút thì dòng điện mới bắt đầu đạt mức ổn định. Ngƣợc lại, Hình 24 và 25 cho thấy, khi thay đổi BOD từ 5 ppm lên 50 ppm, MFC dạng khoang hình hộp có thể tích 5 ml và 7, 5 ml có sự tăng dòng điện ngay trong lần đo đầu tiên (đo 10 phut/ lần trong thời gian thử BOD) và đạt mức ổn định ngay sau 30 phút; còn đối với các MFC còn lại, phải mất từ 60 – 90 phút dòng điện mới có thể bắt đầu đạt đƣợc mức ổn định với dòng điện tăng từ khoảng 0,05 đến 0,3 mA. Trong khi đó, dòng điện sinh ra bởi MFC đối chứng (không thay đổi nồng độ BOD) là không đổi.
Khi so sánh phản ứng dòng điện của hai MFC dạng khoang hình hộp chữ nhật với thể tích anode là 5 ml và 7,5 ml, có thể nhận thấy thời gian cảm ứng của chúng với các nồng độ BOD là giống nhau, nhƣng MFC dạng khoang hình hộp chữ nhật với thể tích anode 7,5 ml có khả năng phân biệt sự sai khác giữa giá trị BOD 50 ppm và 5 ppm tốt hợn so với MFC dạng khoang hình hộp chữ nhật có thể tích khoang 5 ml.
Vậy kết quả thu đƣợc cho thấy độ nhạy với sự thay đổi nồng độ BOD của MFC dạng khoang anode hình hộp chữ nhật là cao hơn so với độ nhạy của MFC dạng khoang anode hình trụ. Hơn nữa, MFC dạng khoang anode hình hộp chữ nhật với thể tích khoang 5 ml và 7,5 ml có độ nhạy cao hơn so với MFC cùng dạng có thể tích khoang anode 10 ml. Những kết quả này khá tương đồng với kết quả của Di Lorenzo thu được về ảnh hưởng của thể tích khoang anode MFC tới độ nhạy của phản ứng [17]. Tổng hợp các kết quả trên, chúng tôi lựa chọn thiết kế dạng khoang anode hình hộp chữ nhật với thể tích khoang 5 ml và 7,5 ml là thiết kế phù hợp nhất cho mục đích sử dụng MFC để đánh giá chất lượng nước thải. Trong các thí nghiệm tiếp theo, chúng tôi sử dụng dạng thiết kế này.
51 Hình 22: MFC khoang hình hộp chữ nhất
thử nghiệm với BOD 50 ppm-5 ppm
Hình 23: MFC khoang hình trụ thử nghiệm với BOD 50 ppm-5 ppm
*Ghi chú: ĐC là ký hiệu MFC đối chứng, tại đó MFC không được thay đổi nồng độ BOD.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
50 ppm 5 ppm 2/28/2014
mA
MFC khoang hình hộp chữ nhật thể tích anode 5 ml
MFC 1-HH-5 MFC 2-HH-5 MFC 3-HH-5 ĐC
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
50 ppm 5 ppm 2/28/2014
mA
MFC khoang hình trụ thể tích anode 5 ml
MFC 2-HT-5 MFC 3-HT-5 MFC 1-HT-5 ĐC
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
50 ppm 5 ppm 2/28/2014
mA
MFC khoang hình hộp chữ nhật thể tích anode 7,5 ml
MFC 4-HH-7,5 MFC 5-HH-7,5 MFC 6-HH-7,5 ĐC
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
9:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30
50 ppm 5 ppm 2/28/2014
mA
MFC khoang hình trụ thể tích anode 7,5 ml
MFC 5-HT-7,5 MFC 6-HT-7,5 MFC 4-HT-7,5 ĐC
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
9:00 10:00 11:00 12:00 13:30 14:30 15:30 16:30
50 ppm
5 ppm 2/26/2014
mA
MFC khoang hình hộp chữ nhật thể tích anode 10 ml
MFC 8-HH-10 MFC 9-HH-10 MFC 7-HH-10 ĐC
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
9:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30
50 ppm 5 ppm 2/28/2014
mA
MFC khoang hình hộp chữ nhật thể tích anode 10 ml
MFC 7-HT-10 MFC 8-HT-10 MFC 9-HT-10 ĐC
52 Hình 24: MFC khoang hình hộp chữ nhất
thử nghiệm với BOD 5 ppm-50 ppm
Hình 25: MFC khoang hình trụ thử nghiệm với BOD 5 ppm-50 ppm
*Ghi chú: ĐC là ký hiệu MFC đối chứng, tại đó MFC không được thay đổi nồng độ BOD.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
9:00 10:00 11:00 12:30 13:30 14:30 15:30 16:30
5 ppm 50 ppm 3/1/2014
mA
MFC khoang hình hộp chữ nhật thể tích anode 5 ml
MFC 1-HH-5 MFC 2-HH-5 MFC 3-HH-5 ĐC
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
5 ppm 50 ppm 2/27/2014
mA
MFC khoang hình trụ thể tích anode 5 ml
MFC 1-HT-5 ĐC MFC 2-HT-5 MFC 3-HT-5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
5 ppm 50 ppm 2/27/2014
mA
MFC khoang hình hộp chữ nhật thể tích anode 7,5 ml
MFC 4-HH-7,5 MFC 5-HH-7,5 MFC 6-HH-7,5 ĐC
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
5 ppm 50 ppm 3/1/2014
mA
MFC khoang hình trụ thể tích anode 7.5 ml
MFC 4-HT-7,5 ĐC
MFC 5-HT-7,5 MFC 6-HT-7,5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
5 ppm 50 ppm
2/27/2014
mA
MFC khoang hình hộp chữ nhật thể tích anode 10 ml
MFC 8-HH-10 MFC 9-HH-10 MFC 7-HH-10 ĐC
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
5 ppm 50 ppm 2/27/2014
mA
MFC khoang hình trụ thể tích anode 10 ml
MFC 9-HT-10 ĐC MFC 8-HT-10 MFC 7 -HT-10
53