1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Океанология
  4. T. 63, № 6, 2023

Океанология, 2023, T. 63, № 6, стр. 1010-1020

Разработка системы круглогодичного мониторинга параметров водной среды с применением бентосных микробных топливных элементов

Н. Н. Волченко 2, *, А. А. Лазукин 3, С. И. Масленников 1, А. А. Пахлеванян 1, А. А. Самков 2, А. А. Худокормов 2

1 Национальный научный центр морской биологии имени А.В. Жирмунского ДВО РАН
Владивосток, Россия

2 Кубанский государственный университет
Краснодар, Россия

3 Национальный исследовательский университет ИТМО
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: volchenko.n@mail.ru

Поступила в редакцию 27.12.22
После доработки 27.03.23
Принята к публикации 27.03.23

Аннотация

C помощью микробных топливных элементов (МТЭ) бентосного (донного) типа и системы автоматического онлайн-мониторинга проведено исследование биоэлектрогенной активности естественных природных микробных сообществ донных осадков залива Петра Великого Японского моря в круглогодичном эксперименте с паралельным мониторингом температуры, освещенности, электрической проводимости воды. Разработаны микробные топливные элементы бентосного типа, датчики мониторинга водной среды, системы сбора и передачи информации. Устройства способны создавать электрическое напряжение до 216 мВ и удельную мощность (по площади анода) до 239 мВт/м2. Электрогенная активность природной микрофлоры зависит при температуре воды 20–25°C. Подобные устройства могут служить основой для автономных станций мониторинга состояния водной среды на протяжении длительного времени. Электрогенная активность донной микроботы потенциально может стать новым возобновляемым источниками энергии для маломощной морской электроники, в том числе применяемой в марикультуре.

Ключевые слова: бентосный микробный топливный элемент, мониторинг водной среды, электрогенная активность микрофлоры, вещества-токсиканты

Список литературы

  1. Волченко Н.Н., Лазукин А.А., Самков А.А, Худокормов А.А. Биосенсор для определения наличия органических веществ в воде // Патент RU 2 650 634 C1. 2018. Бюл. № 11.

  2. Волченко Н.Н., Лазукин А.А., Масленников С.И. и др. Биоэлектрическая активность донных микробных топливных элементов в круглогодичном полевом эксперименте в условиях Японского моря // 3-й Российский микробиологический конгресс. (Псков, 26 сентября–01 октября 2021 г.). Псков: Псковский государственный университет. 2021. С. 159–160.

  3. Лазукин А.А., Волченко Н.Н., Самков А.А, Худокормов А.А. Биоплато для очистки водоёмов с электронным блоком// Патент RU2753349 C1. 2021. Бюл. № 23.

  4. Масленников С.И., Щукина Г.Ф. Взаимодействие плантаций марикультуры и морских прибрежных экосистем // Рыбное хозяйство. 2018. № 4. С. 96–99.

  5. Самков А.А, Волченко Н.Н., Барышев М.Г. Биотопливный элемент// Патент RU2 657 289 C1. 2018. Бюл. № 17.

  6. Трусенкова О.О., Лобанов В.Б., Лазарюк А.Ю. Течения в юго-западной части залива Петра Великого, Японское море (по данным стационарного буя Wavescan, 2016 г.) // Океанология. 2022. Т. 62. № 3. С. 365–379.

  7. Шевченко О.Г., Масленников С.И., Бложко Т.В. Мониторинг потенциально токсичных микроводорослей в бухте Северной (Славянский залив) в 2008, 2009 гг. // Научные труды Дальрыбвтуза. 2011. Т. 24. С. 34–42.

  8. Arias-Thode Y. M., Hsu L., Anderson G. et al. Demonstration of the SeptiStrand benthic microbial fuel cell powering a magnetometer for ship detection. // Journal of Power Sources. 2017. V. 356. P.419–429.

  9. Cao X., Li X.-N.,Song H.- L., Yu C.-Y. Simultaneous degradation of toxic refractory organic pesticide and bioelectricity generation using a soil microbial fuel cell // Bioresource Technology. 2015. V. 189. P. 87–93.

  10. Donovan C., Dewan A., Heo D. et al. Sediment microbial fuel cell powering a submersible ultrasonic receiver: New approach to remote monitoring // Journal of Power Sources. 2013. V. 233. P. 79–85.

  11. Gustave W., Yuan Z., Liu F., Chen Z. Mechanisms and challenges of microbial fuel cells for soil heavy metal(loid)s remediation // Science of The Total Environment. 2021. V. 756. Art. 143865.

  12. Idris M.O., Kim H.-C., Yaqoob A.A., Ibrahim M.N.M. Exploring the effectiveness of microbial fuel cell for the degradation of organic pollutants coupled with bio-energy generation // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2022. V. 52, part B. Art. 102183.

  13. Kubota K., Watanabe T., Maki H. et al. Operation of sediment microbial fuel cells in Tokyo Bay, an extremely eutrophicated coastal sea // Bioresource Technology Reports. 2019. V. 6. P.39–45.

  14. Li W.W., Yu H.-Q. Stimulating sediment bioremediation with benthic microbial fuel cells // Biotechnology Advances. 2015. V. 33. № 1. P.1–12.

  15. Logan B. E. Exoelectrogenic bacteria that power microbial fuel cells // Nature Reviews Microbiology. 2009. V. 7. P. 375–381.

  16. Martins G., Peixoto L., Ribeiro D.C. et al. Towards implementation of a benthic microbial fuel cell in lake Furnas (Azores): Phylogenetic affiliation and electrochemical activity of sediment bacteria // Bioelectrochemistry. 2010. V.78. № 1. P. 67–71.

  17. Noori M.T., Thatikayala D., Pant D. et al. A critical review on microbe-electrode interactions towards heavy metal ion detection using microbial fuel cell technology // Bioresource Technology.2022. V. 347. Art. 126 589.

  18. Reimers C.E., Wolf M., Allelau Y., Cheng L. Benthic microbial fuel cell systems for marine applications // Journal of Power Sources. 2022. V. 522. Art. 231 033.

  19. Sajana T.K., Ghangrekar M.M., Mitra A. Application of sediment microbial fuel cell for in situ reclamation of aquaculture pond water quality // Aquacultural Engineering. 2013. V. 57. P. 101–107.

  20. Santoro C., Arbizzani C., Erable B., Leropoulos I.A. Microbial fuel cells: From fundamentals to applications. A review // Journal of power sources. 2017. V. 356. P. 225–244.

  21. Tender L.M., Gray S.A., Grovman E. et al. The first demonstration of a microbial fuel cell as a viable power supply: powering a meteorological buoy // Journal of Power Sources. 2008. V. 179. № 2. P. 571–575.

  22. Xu B., Ge Z., He Z. Sediment microbial fuel cells for wastewater treatment: challenges and opportunities // Environmental Science: Water Research & Technology. 2015. V. 1. № 3. P.279–284.

  23. Yamashita T., Hayashi T., Iwasaki H et al. Ultra-low-power energy harvester for microbial fuel cells and its application to environmental sensing and long-range wireless data transmission // Journal of Power Sources. 2019. V. 430. P. 1–11.

  24. Zhao L., Deng J., Hou H. et al. Investigation of PAH and oil degradation along with electricity generation in soil using an enhanced plant-microbial fuel cell // Journal of Cleaner Production. 2019. V. 221. P. 678–683.

  25. Zou S., Guan L., Taylor D.P. et al. Nitrogen removal from water of recirculating aquaculture system by a microbial fuel cell // Aquaculture. 2018. V. 497. P. 74–81.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Океанология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал