Effect of Catholyte Concentration on Current Production During Chocolate Industry Wastewater Treatment by a Microbial Fuel Cell

Authors

Diana Rahayuning Wulan, Research Unit of Clean Technology, Indonesian Institute of Sciences (LIPI), Bandung 40135, IndonesiaFollow
Suprihanto Notodarmojo, Department of Environmental Engineering, Institut Teknologi Bandung (ITB), Bandung 40132, Indonesia

Abstract

Microbial fuel cells (MFCs) use bacteria as a catalyst to oxidize organic and/or inorganic substrates and produce electric currents. Wastewater could function as an electron donor in the anode chamber and, thus, represents a very promising energy source. Catholytes, as electron acceptors, influence power production in MFCs by increasing the availability of electrons. The present research aims to determine the influence of catholyte concentration on current production in an aerobic two-chamber MFC. Aerobic treatment was carried out in the two-chamber MFC operated in an incubator at 37  1 °C with and without aeration in the cathode chamber. Wastewater from the chocolate industry was used as a substrate and oxidized by using a bacterial consortium isolated from the sludge wastewater itself. The catholytes used were 0.01, 0.05, 0.1, and 0.3 N NaCl. In the presence of NaCl, the chemical oxygen demand (COD) removal efficiency in the cathode chamber of the MFC was approximately 65%–83% without aeration and 76%–89% with aeration after 72 hours. The current density increased as the catholyte concentration increased to 0.05 N, after which the oxidation process shifted from the anode chamber to the cathode chamber. Addition of O2 to the cathode chamber influenced current production.

Bahasa Abstract

Efek Konsentrasi Katolit terhadap Produksi yang ada saat ini selama Pengolahan Air Limbah Industri Cokelat dengan Suatu Sel Bahan Bakar Mikroba. Sel-sel bahan bakar mikroba (MFCs) menggunakan bakteri sebagai suatu katalis untuk mengoksidasi substrat-substrat organik dan/atau anorganik dan memproduksi arus listrik. Air limbah dapat berfungsi sebagai suatu donor elektron di dalam ruang anoda dan dengan demikian, mewakili suatu sumber energi yang sangat menjanjikan. Katolit (catholytes), sebagai penerima elektron, mempengaruhi produksi daya pada MFC dengan meningkatkan ketersediaan elektron. Riset saat ini bertujuan untuk menentukan pengaruh konsentrasi katolit pada produksi arus di dalam suatu MFC dua ruang aerobik. Pengolahan aerobik dilaksanakan di dalam MFC dua ruang yang dioperasikan di dalam suatu inkubator pada 37 1 °C dengan dan tanpa aerasi di dalam ruang katoda. Air limbah yang berasal dari industri cokelat digunakan sebagai suatu substrat dan dioksidasi dengan menggunakan suatu konsorsium bakteri yang diisolasi dari lumpur air limbah itu sendiri. Katolit yang digunakan adalah 0,01, 0,05, 0,1, dan 0,3 N NaCl. Dengan keberadaan NaCl, efisiensi pemisahan kebutuhan oksigen kimia (chemical oxygen demand/COD) di dalam ruang katoda MFC mendekati 65%–83% tanpa aerasi dan 76%–89% dengan aerasi setelah 72 jam. Kerapatan arus naik saat konsentrasi katolit naik ke 0,05 N, yang setelah itu proses oksidasi bergeser dari ruang anoda ke ruang katoda. Penambahan O2 ke ruang katoda mempengaruhi produksi arus.

References

B.E. Logan, B. Hamelers, R. Rozendal, U. Schröder,

J. Keller, Freguia, P. Aelterman, W. Verstraete, K.

Rabaey. Environ. Sci. Technol. 40/17 (2006) 5181.

S. Kim, K.J. Chae, M.J. Choi, W. Verstraete, Environ. Eng. Res. 16/4 (2011) 51.

K. Rabaey, J. Rodriguez, L.L. Blackall, J. Keller, P. Gross, D. Batstone, W. Verstraete, K.H. Nealson. ISME J. 1/1 (2007) 9.

D. Pant, G. Van Bogaert, L. Diels, K. Vanbroekhoven, Bioresour. Technol. 101/6 (2010) 1533.

Y.H. Jia, H.T. Tran, D.H. Kim, S.J. Oh, D.H. Park, R.H. Zhang, D.H. Ahn. Bioprocess Biosyst. Eng. 31/4 (2008) 315.

A.S. Mathuriya, V.N. Sharma, J. Biochem. Technol. 1 (2008) 49.

O. Lefebvre, Z. Tan, S. Kharkwal, H.Y. Ng, Bioresour. Technol. 112 (2012) 336.

G.C. Gil, I.S. Chang, B.H. Kim, M. Kim, J.K. Jang, H.S. Park, H.J. Kim. Biosens. Bioelectron. 18/4 (2003) 327.

APHA, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21th Ed. 2005. p.1080

B.H. Kim, I.S. Chang, G.M. Gadd, Appl. Microbiol. Biotechnol. 76/3 (2007) 485.

K. Rabaey, N. Boon, S.D. Siciliano, M. Verhaege, W. Verstraete, Appl. Environ. Microbiol. 70/9 (2004) 5373.

J.R. Kim, B. Min, B.E. Logan, Appl. Microbiol. Biotechnol. 68/1 (2005) 23.

M.H. Osman, A.A. Shah, F.C. Walsh, Biosens. Bioelectron. 26/3 (2010) 953.

Jr C.P. Leslie Grady, G.T. Daigger, H.C. Lim, Biological wastewater treatment. 2nd Ed. (rev. and expanded). New York: Marcel Dekker, 1999. p.1078

S.A. Patil, V.P. Surakasi, S. Koul, S. Ijmulwar, A. Vivek, Y.S. Shouche, B.P. Kapadnis. Bioresour. Technol. 100/21 (2009) 5132.

H. Liu, S. Cheng, B.E. Logan, Environ. Sci. Technol. 39/2 (2005) 658.

B. Min, Ó.B. Román, I. Angelidaki, Biotechnol. Lett. 30/7 (2008) 1213.

G.S. Jadhav, M.M. Ghangrekar, Bioresour. Technol. 100/2 (2009) 717.

M.A. Rodrigo, P. Cañizares, H. García, J.J. Linares, J. Lobato, Bioresour. Technol. 100/20 (2009) 4704.

G.M. Fair, J.C. Geyer, D.A. Okun, Water and Wastewater Engineering, New York: John Wiley and Sons., 1968. p. 608

Recommended Citation

Wulan, Diana Rahayuning and Notodarmojo, Suprihanto (2020) "Effect of Catholyte Concentration on Current Production During Chocolate Industry Wastewater Treatment by a Microbial Fuel Cell," Makara Journal of Technology: Vol. 24: Iss. 2, Article 1.
DOI: 10.7454/mst.v24i2.418
Available at: https://scholarhub.ui.ac.id/mjt/vol24/iss2/1