Mikrobinio kuro elemento taikymas nitrito jonų nustatymui ir koncentracijos stebėjimui nuotekose

   

Projekto nr.: 09.3.3-LMT-K-712-22-0044

Projekto aprašymas:

Vieni pagrindinių teršalų nuotekose yra įvairūs fosforo ir azoto junginiai, sukeliantys vandens telkinių eutrofikacija, o kai kurie iš jų yra labai toksiški vandens gyvūnijai. Vienas iš toksiškiausių azoto junginių yra nitritas (nitrito jonai), todėl yra ypač svarbu užtikrinti, kad jų nuotekose visai nebūtų arba jų koncentracija neviršytų leistinos normos. Nepertraukiamam kai kurių medžiagų koncentracijos stebėjimui nuotekose dažniausiai yra naudojami elektrocheminiai jutikliai – įvairių jonų, ištirpusio deguonies selektyvieji elektrodai. Kitų medžiagų koncentracija nustatoma tik periodiškai paimant mėginius laboratoriniams tyrimams. Deja, bet nuolatiniam nitrito jonų koncentracijos matavimui nuotekose ar kituose vandenyse atitinkamo jonų selektyviojo elektrodo nėra, o jo koncentracija nustatoma tik atliekant spektrometrinius/fotometrinius matavimus. Manoma, kad alternatyva selektyviajam elektrodui galėtų būti mikrobinis kuro elementas (MKE), kuriame prie bioanodo esantys mikroorganizmai – bakterijos-egzoelektrogenai – generuoja elektrą. Mikroorganizmų generuojamos elektros parametrai (įtampą/srovės stipris) tiesiogiai priklauso nuo egzoelektrogenų bioelektrocheminio aktyvumo, kurį didžiąja dalimi nulemia anolito cheminė sudėtis. Be to, egzoelektrogenus, kaip ir kitus gyvus organizmus, taip pat neigiamai veikia daugelis toksiškų medžiagų. Vykdant šį projektą bus siekiama nustatyti, kokią įtaką toksiški nitrito jonai ir skirtinga jų koncentracija turi MKE veikimui. Nustačius MKE elektrinių parametrų pokyčio sąryšį su kintančia nitrito jonų koncentracija skirtingą maistinių organinių medžiagų kiekį turinčiose modelinėse nuotekose-anolite, atsirastų prielaidos panaudoti MKE kaip elektrocheminį jutiklį ilgalaikiam nitrito jonų koncentracijos stebėjimui realiose nuotekose.

Projekto finansavimas:

ES struktūrinių fondų projektas, finansuojamas Europos socialinio fondo lėšomis pagal 2014–2020 metų Europos Sąjungos fondų investicijų veiksmų programos priemonę Nr. 09.3.3-LMT-K-712 „Mokslininkų, kitų tyrėjų, studentų mokslinės kompetencijos ugdymas per praktinę mokslinę veiklą“.

Projekto rezultatai:

Ištyrus mikrobinį kuro elementą kaip nitrito jonų jutiklį nustatyta, kad paveikus jo bioanodą nitrito jonais (0,1-1000 mg/L) užterštomis modelinėmis nuotekomis-anolitu yra gaunamas labai aiškus ir staigus mikrobinio kuro elemento generuojamos įtampos kritimas. Jį vėliau pakeičia toks pat staigus įtampos kilimas (atsistatymas), kuris stebimas iš karto po to, kai tik yra nutraukiamas nitrito jonų poveikis, t.y. į mikrobinį kuro elementą pradėjus tiekti modelines nuotekas-anolitą be nitrito. Pastebėtas didesnis mikrobinio kuro elemento generuojamos įtampos kritimas didinant nitrito koncentraciją modelinėse nuotekose-anolite ir lėtesnis įtampos sugrįžimas iki pradinio lygio nesant nitritinės taršos. Nustatyta, kad mikrobinio kuro elemento-jutiklio įtampos kritimas logaritmiškai priklauso nuo nitrito jonų koncentracijos, kai ji modelinėse nuotekose-anolite kinta 0,1-10 mg/L ribose. Tai sudaro prielaidas panaudoti tokio mikrobinį kuro elementą kiekybiniam nitrito jonų koncentracijos stebėjimui nuotekose ir kt. Nors didesnių nitrito jonų koncentracijų (100-1000 mg/L ribose) modelinėse nuotekose-anolite tiksliai kiekybiškai nustatyti negalima dėl ypatingai ženklaus mikrobinio kuro elemento įtampos kritimo, tačiau įžvelgiama potenciali galimybė jį panaudoti kaip bioelektrocheminį išankstinio perspėjimo apie ypatingai didelę taršą nitritais įrenginį.

Projekto įgyvendinimo laikotarpis: 2020-11-03 - 2021-04-30

Projekto koordinatorius: Kauno technologijos universitetas