Св. Иван Рилски” инж маг. Катерина Татянова Николова

По отношение поведението на основните електрохимични параметри на МГК са представени данни за спада на напрежението и изменение на плътността на мощността (фигури 27 и 28), обобщаващи поведението на горивния елемент при различно товарно съпротивление (консумация), което варира от 0 до 13.5 k.

Представените криви са свалени при контактно време от 72 h по отношение скоростта на опресняване на захранващ разтвор в горивната клетка.

Фигура 27. Спад на напрежение на микробната горивна клетка базирана на процеса на ДМСР	фигура 28. Изменение на плътността на мощността при микробната горивна клетка базирана на процеса на ДМСР
	Анодната площ не оказва съществено влияние върху генерираните максимални стойности на напрежението и не се наблюдават съществени промени и при максималната плътност на мощността, като тя остава в същия диапазон с увеличаване анодната площ. Площта на катода и при трите варианта е една и съща (0.0024 m2). Стойностите на кулоновата ефективност обаче се покачват с увеличаването на анодната повърност.
Фигура 29. Стойности на кулоновата ефективност и степен на намаляване на ХПК при МГК, базирана на процеса на ДМСР, в зависимост от площта на анода

Големината на тока и напрежението са отчетена при максимално съпротивление, тъй като горивният елемент е работил в такъв режим през периода на експериментите.
4.2.3. Влияние на температурата върху ефективността на МГК, базирана на процеса ДМСР

С нарастване на температурата се установява нарастване на съдържанието на H₂S в анолита от 390 до 511 mg/l, като паралелно с това се наблюдава и пропорционално нарастване на напрежението на отворена електрическа верига (OCV) от 695 до 740 mV. Последното потвърждава ролята на сероводорода като медиатор при този вид микробен горивен елемент.

По отношение поведението на основните електрохимични параметри, оценяващи ефективността на горивния елемент при различна температура, е установена динамиката на поляризационните криви за различна плътност на тока за три различни температури (фигури 30 и 31). Получените резултати потвърждават подобряване на ефективността на МГК с повишаване на температурата, което е видно от фигура 33.

фигура 30. Спад на напрежението при микробна горивна клетка при изследване влиянието на температурата при контактно време 72 h	фигура 31. Динамика на плътността на мощността при микробна горивна клетка при изследване влиянието на температурата при контактно време 72 h
Фигура 32. Циклична VA характеристики на МГК, базирана на ДМСР при различни температури	Фигура 33 Стойности на кулоновата ефективност и степен на намаляване на ХПК при МГК, базирана на процеса на ДМСР, в зависимост от температурата

фигура 34. Спад на напрежението на микробната горивна клетка при изследване влиянието на аерацията в катодната област и контактно време 72 часа	фигура 35. Поляризационна крива на микробната горивна клетка при изследване влиянието на аерацията в катодната област и контактно време 72 часа
	Максималната плътност на мощността нараства почти двойно от 0.23 до 0.41 W/m2 при варианта с принудителна аерация. Експериментите са проведени при контактно време 72 часа за опресняване на анолита в анодната зона и при температура 21 0С. Повишеното съдържание на кислород в католита води до повишаване на скоростта на регенерация на окислителя в катодната секция.
Фигура 36. Циклична VA характеристики на МГК, базирана на ДМСР при различна аерация в катодната зона

Кулоновата ефективност, отчетена за период от 72 часа, е съответно 20 % при варианта със свободен достъп до кислород за католита и 33 % при принудителната му аерация.

В настоящото изследване е проведен планиран лабораторен експеримент при оптимално за протичане на процеса на дисимилативна микробна сулфатредукция, а именно:

- дебит на захранващия разтвор, осигуряващ контактно време от 72 часа в анодната зона,

- температура - 36⁰C,

- съотношение ХПК/сулфати в захранващия анодната зона разтвор - 2.7,

- pH  8.0,

- степен на аерация в катодната зона - 0.15 dm³/60s.

За целите на многофакторения регресионен анализ са избрани следните независими параметри – температура (T, ^oC), pH на средата в анодната област, съотношение на COD/SO₄²⁻ в захранващия разтвор, постъпващ анодната зона, и степен на аерация в катодната област.

Като зависим от тези параметри фактор (целева функция) е избрана степента на намаляване на напрежението на отворена верига (OCV) - K_OCV(%). същия е определян съгласно :

(1)

OCV (mV)– текуща стойност на напрежението на отворена верига.

Целта на този планиран експеримент е чрез подходяща обработка на получените експериментални данни посредством многофакторен регресионен анализ, да се достигне до аналитична зависимост - математически модел, който да позволи да се направи оценка на тежестта на всеки един от независимите фактори върху процеса. За получаване на коректен модел при регресионния анализ е необходимо всеки един от независимите параметри за процеса да се варира, като при това останалите се запазват постоянни.

Избраните диапазони на изменение на независимите параметри съответстват на възможните им стойности при реални условия на експлоатация на горивния елемент. избрани са подходящи диапазони на вариране на независимите параметри, които са представени в таблица 12. за осигуряване на подходящ диапазон на изменение на температурата, опитите се проведоха при термостатирани условия. Друг важен изследван независим параметър е съотношението между ХПК и концентрацията на сулфати в анодната зона на микробна горивна клетка (ХПК/SO₄). различното съотношение на ХПК/SO₄ се осигури, чрез манипулиране на химичния състав на захранващия разтвор.

Измерените стойности на OCV при различните варианти на експеримента са усреднени (при 3 - 5 повторения), в таблица 12 са представени представени изчислените стойности на коефициента - K_OCV.

От различните възможни варианти за вида на резултантното регресионно уравнение е избрана многофакторна линейна регресия от вида:

(2)

Крайният вид на полученото регресионно уравнение е следният:

(3)