Microbial electrochemical technologies
মাইক্রোবিয়াল তড়িৎরাসায়ন প্রযুক্তি (এম. ই. টি) জৈববিদ্যুৎ, জৈব জ্বালানি, এইচ2 এবং অন্যান্য মূল্যবান রাসায়নিক উৎপাদনের জন্য তড়িৎরাসায়ন প্রক্রিয়ার সঙ্গে মাইক্রোবিয়াল বিপাককে একীভূত করে তড়িৎরাসায়ন অনুঘটক হিসাবে অণুজীবের ব্যবহার করে। মাইক্রোবিয়াল ফুয়েল সেল (এম. এফ. সি) এবং মাইক্রোবিয়াল ইলেক্ট্রোলাইসিস সেল (এম. ই. সি) হল এম. ই. টি-র বিশিষ্ট উদাহরণ। এম. এফ. সি সাধারণত বর্জ্য জল পরিশোধন সম্পর্কিত জৈব পদার্থ থেকে বিদ্যুৎ উৎপাদনে ব্যবহৃত হয়, এম. ই. সি এইচ2 বা মিথেন উৎপাদনের মতো রাসায়নিক বিক্রিয়া চালানোর জন্য বিদ্যুৎ ব্যবহার করে। সম্প্রতি, মাইক্রোবিয়াল ইলেক্ট্রোসিনথেসিস সেল (এমইএস) একটি আশাব্যঞ্জক এমইটি হিসাবেও আবির্ভূত হয়েছে, যেখানে ক্যাথোড বগিতে মূল্যবান রাসায়নিক তৈরি করা যেতে পারে। অন্যান্য এম. ই. টি প্রয়োগের মধ্যে রয়েছে মাইক্রোবিয়াল প্রতিকার কোষ, মাইক্রোবিয়াল ডিস্যালিনেশন কোষ, মাইক্রোবিয়াল সৌর কোষ, মাইক্রোবিয়াল রাসায়নিক কোষ ইত্যাদি। ইতিহাস বিদ্যুৎ উৎপাদনে মাইক্রোবিয়াল কোষের ব্যবহার এম. সি দ্বারা উপলব্ধি করা হয়েছিল। পটার 1911 সালে এই আবিষ্কারের সাথে যে "অণুজীব দ্বারা জৈব যৌগগুলির বিচ্ছিন্নতা বৈদ্যুতিক শক্তির মুক্তির সাথে রয়েছে"। 1931 সালে বি. কোহেন এম. এফ. সি গবেষণায় একটি উল্লেখযোগ্য সংযোজন করেছিলেন, যখন সিরিজে সংযুক্ত মাইক্রোবিয়াল অর্ধ জ্বালানী কোষের স্ট্যাক তৈরি করা হয়েছিল, যা 35 ভি-এর বেশি উত্পাদন করতে সক্ষম ছিল। 1980-এর দশকের শেষের দিকে দুটি অগ্রগতি ঘটে যখন কৃত্রিম রেডক্স মধ্যস্থতাকারী ছাড়াই কোষের অভ্যন্তর থেকে বহির্মুখী ধাতব অক্সাইডে ইলেক্ট্রন পরিবহন করতে সক্ষম প্রথম দুটি পরিচিত ব্যাকটেরিয়াঃ শেওয়ানেলা (পূর্বে আল্টেরোমোনাস) ওয়ানিডেনসিস এমআর-1 এবং জিওব্যাক্টর সালফিউরেডুসেনস পিসিএ পৃথক করা হয়েছিল। 90-এর দশকের শেষের দিকে, কিম এবং অন্যান্যরা। দেখা গেছে যে, ফে (III)-হ্রাসকারী ব্যাকটেরিয়াম, এস. ওয়ানিডেনসিস এম. আর-1 তড়িৎরাসায়নগতভাবে সক্রিয় ছিল এবং কোনও অতিরিক্ত ইলেক্ট্রন মধ্যস্থতাকারী ছাড়াই এম. এফ. সি-তে বিদ্যুৎ উৎপাদন করতে পারে। এই অনুসন্ধানগুলি তড়িৎ-অণুজীববিজ্ঞানের বিকাশের ভিত্তি স্থাপন করে এবং এম. এফ. সি-র ক্ষেত্র শুরু হয়। তবে, কম বিদ্যুৎ উৎপাদনের কারণে, বর্জ্য জল জৈব হ্রাসের ক্ষেত্রে এম. এফ. সি ব্যবহারিক প্রয়োগ হতে পারে কিনা তাও সন্দেহজনক ছিল। এই দৃষ্টিভঙ্গি পরিবর্তিত হয়েছিল যখন এটি প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল যে গার্হস্থ্য বর্জ্য জল একই সাথে বিদ্যুৎ উৎপাদন করার সময় ব্যবহারিক সীমাতে চিকিত্সা করা যেতে পারে। উপরন্তু, বহির্জাগতিক রাসায়নিক মধ্যস্থতাকারীদের প্রয়োজন ছাড়াই গ্লুকোজ ব্যবহার করে একটি এম. এফ. সি-তে শক্তির ঘনত্ব দুই ক্রম বেশি প্রদর্শিত হয়েছিল। এই কাজগুলির উপর ভিত্তি করে, এম. এফ. সি-গুলির ব্যবহারিক প্রয়োগগুলি বিকাশের জন্য একটি দৌড় খুব দ্রুত গতিতে শুরু হয়েছিল, যার প্রধান লক্ষ্য ছিল গার্হস্থ্য, শিল্প এবং অন্যান্য ধরণের বর্জ্য জলের চিকিত্সার জন্য একটি বড় আকারের প্রযুক্তির বিকাশ। 2004 সালে, ক্যাথোড থেকে জীবাণুতে (জিওব্যাক্টর এসপিপি) এক্সট্রাসেলুলার ইলেক্ট্রন আপটেক (ই. ই. ইউ)। সংযুক্ত বায়োফিল্ম দিয়ে প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল, যেখানে ফুমারেটকে সাক্সিনেট করা হয়েছিল। ইলেক্ট্রন পরিবহনের জন্য এই বিপরীত প্রতিক্রিয়া এম. ই. এস-এর গবেষণা ক্ষেত্র তৈরি করে। 2010 সালে, নেভিন এবং অন্যান্যরা। আবিষ্কৃত হয়েছে যে অ্যাসিটোজেনিক মাইক্রোঅর্গানিজম স্পোরোমুসা ওভাটা ক্যাথোড বিদ্যুদ্বাহক থেকে ইলেকট্রন গ্রহণ করে এমইএস কোষে সিও2-কে অ্যাসিটিক অ্যাসিডে রূপান্তরিত করতে পারে। পরবর্তী বছরগুলিতে, গ্রিনহাউস গ্যাস নির্গমনের উপর ক্রমবর্ধমান উদ্বেগের কারণে, এমইএস কোষে সিও2 জৈব-বৈদ্যুতিন রূপান্তরের ক্ষেত্রটি বিকশিত হয়েছিল। বেশ কয়েকটি অটোট্রফিক অণুজীব ক্যাথোড থেকে সরাসরি বা মধ্যস্থতাকারীদের মাধ্যমে ইলেকট্রন ধরার ক্ষমতা দেখিয়েছে। নির্দিষ্ট মাইক্রোবিয়াল প্রজাতি ছাড়াও, এটি দেখানো হয়েছিল যে সিও2 হ্রাসকারী সম্প্রদায়গুলি এমইএস কোষে মলমূত্র স্লাজ, ডাইজেস্টার স্লাজ বা সামুদ্রিক/নদীর পললের মতো ইনোকুলাম উত্স থেকে সমৃদ্ধ হতে পারে। পরবর্তী দশকে, প্রযুক্তিগত উন্নতির ফলে অ্যাসিটেট উৎপাদনের হার কয়েক থেকে শত শত গ্রাম/মি2ক্যাথোড/ডি-তে বৃদ্ধি পায়। এমইএস কোষগুলি সিও2-কে বায়োমিথেনে রূপান্তরিত করার জন্য একটি আশাব্যঞ্জক প্রযুক্তিও প্রদর্শন করেছে, যার উৎপাদন হার 200 এল সিএইচ4/এম2ক্যাথোড/ডি পর্যন্ত। উপরন্তু, ইথানল এবং ক্যাপ্রোয়েট সহ আরও মূল্যবান পণ্যগুলিকে লক্ষ্য করে এমইএস-এর পরিধি প্রসারিত করা হয়েছিল। মূলনীতি মাইক্রোবিয়াল এক্সট্রাসেলুলার ইলেক্ট্রন স্থানান্তর একটি বিদ্যুদ্বাহক সহ ব্যাকটেরিয়া থেকে ইলেকট্রনে বিভিন্ন প্রক্রিয়া রয়েছে। এর মধ্যে রয়েছে একটি "সরাসরি" প্রক্রিয়া, যেখানে কোষের পৃষ্ঠে অবস্থিত রেডক্স উপাদানগুলি, যা মাল্টিহিম সাইটোক্রোম বা ন্যানোফিলামেন্ট হতে পারে, কঠিন পৃষ্ঠের সাথে সরাসরি যোগাযোগ করে (চিত্র 1এ, সি এবং ডি), এবং একটি "পরোক্ষ" প্রক্রিয়া যা দ্রবণীয় রেডক্স মধ্যস্থতাকারীদের দ্বারা মধ্যস্থতা করা হয় যা কোষ এবং বিদ্যুদ্বাহকগুলির মধ্যে [28-30] (চিত্র 1বি) ইলেকট্রনগুলিকে চক্রাকারে চালিত করে। ইলেক্ট্রন শাটলগুলি হিউমিক পদার্থ হতে পারে যা কোষ দ্বারা উত্পাদিত হয় না, বা গৌণ বিপাক যা ফেনাজিন [32,33] এবং ফ্ল্যাভিন [34,35] সহ জীব দ্বারা উত্পাদিত হয়। উপরন্তু, ব্যাকটেরিয়ার কিছু প্রাথমিক বিপাক, যেমন সালফার প্রজাতি এবং এইচ2, বহিঃকোষীয় ইলেক্ট্রন গ্রহণকারীদের দিকে ইলেকট্রন বহন করতে পারে। মাল্টিহিম সাইটোক্রোমে হেম কোফ্যাক্টর ছাড়াও, ফ্ল্যাভিন মনোনিউক্লিওটাইড রেডক্স কোফ্যাক্টর হিসাবে কিছু বাইরের ঝিল্লি সাইটোক্রোমে ইলেক্ট্রন স্থানান্তরের হার বাড়ায় [27]। যেহেতু ইলেক্ট্রনগুলি ই. ই. টি-র সময় সেলুলার ঝিল্লি জুড়ে মাইক্রোবিয়াল কোষের অভ্যন্তর থেকে বাইরের দিকে স্থানান্তরিত হয়, তাই চার্জ নিরপেক্ষতা বজায় রাখতে ধনাত্মক চার্জযুক্ত আয়নগুলিকে একই সাথে ইলেক্ট্রন প্রবাহের মতো একই দিকে চলতে হয় (চিত্র 1এ)। বায়োইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সিস্টেম (নীতি, উপাদান, বিন্যাস) একটি বায়োইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সিস্টেম (বিইএস) হল এমইটি-তে ব্যবহৃত যন্ত্র। এম. এফ. সি-র মতো একটি ক্লাসিক বি. ই. এস সাধারণত দুটি বিভাগ নিয়ে গঠিত (চিত্র 2): একটি অ্যানোডিক এবং একটি ক্যাথোডিক বিভাগ যা একটি নির্বাচিতভাবে প্রবেশযোগ্য, প্রোটন/ক্যাটায়ন বিনিময় ঝিল্লি বা একটি লবণ সেতু দ্বারা পৃথক করা হয়। একটি এম. এফ. সি-তে, অ্যানোডিক বিভাগে জীবাণু থাকে যা অ্যানোলাইটে অ্যানেরোবিক অবস্থার অধীনে জৈব অনুঘটক হিসাবে কাজ করে, যেখানে ক্যাথোডিক বিভাগে ইলেক্ট্রন গ্রহণকারী থাকে (যেমন। অক্সিজেন)। জৈব যৌগের জারণ থেকে উৎপন্ন ইলেকট্রনগুলি অ্যানোডে পৌঁছে দেওয়া হয়। জীবাণু দ্বারা উত্পাদিত ইলেকট্রনগুলি সরাসরি 'ন্যানোওয়্যার' বা বাইরের-ঝিল্লি প্রোটিনের মাধ্যমে অথবা পরোক্ষভাবে ইলেক্ট্রন শাটলিং এজেন্ট ব্যবহার করে আনোডে স্থানান্তরিত হয়। এই ইলেকট্রনগুলি একটি বাহ্যিক বর্তনী জুড়ে ক্যাথোডে পৌঁছায় এবং সঞ্চালিত প্রতিটি ইলেক্ট্রনের জন্য, প্রোটনগুলি বিক্রিয়াটি সম্পূর্ণ করতে এবং বৈদ্যুতিক প্রবাহ বজায় রাখার জন্য ক্যাথোডে বিক্রিয়া করে। অসংখ্য ধরনের বিইএস চুল্লি রয়েছে তবে বিস্তৃতভাবে তারা একই অপারেটিং নীতিগুলি ভাগ করে নেয়। একটি কার্যকরী ব্যবস্থায় তিনটি মৌলিক উপাদানের (অ্যানোড, ক্যাথোড এবং সেপারেটর) সমাবেশকে অনুকূল করার জন্য বিভিন্ন নকশা এবং বিন্যাস স্থাপন করা হয়েছে। বিইএসগুলির কার্যকারিতা তাদের নকশার সাথে উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয়। সারণি 1. প্রধান বিইএস উপাদান এবং তাদের নির্মাণের জন্য সংশ্লিষ্ট উপকরণগুলির একটি সারসংক্ষেপ দেখায়। টেবিল 1। এম. এফ. সি অ্যাপ্লিকেশনের প্রধান উপাদান শক্তি পুনরুদ্ধার এবং উৎপাদন এম. এফ. সি-র সাথে বর্জ্য জল চিকিত্সা এটি সুপরিচিত যে বর্জ্য জল চিকিত্সার ক্ষেত্রে পাম্পিং, বায়ুচলাচল এবং কঠিন পদার্থ পরিচালনা প্রধান শক্তি খরচকারী প্রক্রিয়া। একটি সাধারণ বর্জ্য জল শোধনাগারের পরিচালনার খরচের 50 শতাংশ শুধুমাত্র বায়ুপ্রবাহ দ্বারা বহন করা যেতে পারে। এই খরচগুলি দূর করলে প্রচুর পরিমাণে শক্তি সাশ্রয় হতে পারে। বিদ্যুৎ উৎপাদনের পাশাপাশি বর্জ্য জল শোধনে এম. এফ. সিগুলি এই উল্লিখিত প্রক্রিয়াগুলির সঙ্গে যুক্ত শক্তি সাশ্রয় করতেও সহায়তা করে যা একটি বড় সুবিধা যোগ করে। এম. এফ. সি প্রক্রিয়াটি একটি অ্যানেরোবিক প্রক্রিয়া এবং একটি অ্যানেরোবিক প্রক্রিয়ার জন্য স্লাজ উৎপাদন একটি অ্যারোবিক প্রক্রিয়ার জন্য প্রায় এক-পঞ্চমাংশ। সুতরাং, এম. এফ. সি-র ব্যবহার বর্জ্য জল শোধনাগারগুলিতে কঠিন পদার্থের উৎপাদন হ্রাস করতে পারে, যা শেষ পর্যন্ত কঠিন পদার্থ পরিচালনার জন্য উল্লেখযোগ্য পরিচালন ব্যয় হ্রাস করতে পারে। উপরন্তু, এই শতাব্দীর শুরু থেকে এই প্রযুক্তি বিদ্যুৎ উৎপাদনে প্রায় তাত্পর্যপূর্ণ বৃদ্ধি পেয়েছে। এই বিবর্তন প্রকৌশলীদের দ্বারা ক্রমবর্ধমান প্রশংসার প্রতিধ্বনি করে যে এই প্রযুক্তিটি ব্যবহারিক প্রয়োগ হিসাবে আবির্ভূত হতে প্রস্তুত এবং সম্পর্কিত প্রযুক্তিগুলি খুব শীঘ্রই আলোচনায় আসবে। এম. এফ. সি প্রযুক্তি দ্বারা বর্জ্য জল শোধন একটি আশাব্যঞ্জক এবং তবুও অনন্য পদ্ধতি কারণ বর্জ্য জল পরিশোধন প্রক্রিয়া শক্তি ব্যয়ের পরিবর্তে বিদ্যুৎ আকারে শক্তি উৎপাদনের একটি পদ্ধতিতে পরিণত হতে পারে। কে. আই. এম দ্বারা জলে ল্যাকটেট নির্ধারণের জন্য এম. এফ. সি ব্যবহার করা হয়েছিল। এবং সহকর্মীরা, এবং পরে দেখিয়েছেন যে একটি এম. এফ. সি-তে বিদ্যুৎ উৎপাদন একটি শিল্প বর্জ্য জল ব্যবহার করে শ্বেতসার দ্বারা বজায় রাখা যেতে পারে। বিশুদ্ধ যৌগ থেকে শুরু করে বর্জ্য জলে উপস্থিত জৈব পদার্থের জটিল মিশ্রণ পর্যন্ত বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য এম. এফ. সি-তে বিভিন্ন ধরনের স্তর ব্যবহার করা হয়েছে। বর্জ্য জলের জৈব প্রক্রিয়াকরণের জন্য এম. এফ. সি-র প্রয়োগ বর্জ্য জলে জৈব পদার্থকে প্রায় <আই. ডি. 1> সি. ও. ডি এবং বি. ও. ডি হ্রাস সহ বিদ্যুতে কার্যকর রূপান্তরও রেকর্ড করেছে। স্পষ্টতই, বর্জ্য জল থেকে যে শক্তি সংগ্রহ করা যেতে পারে তা একটি শহরকে বিদ্যুৎ সরবরাহ করার জন্য যথেষ্ট নয়, তবে এটি একটি শোধনাগার চালানোর জন্য যথেষ্ট বড় হতে পারে। এই ক্রমাগত অগ্রগতির ফলে বর্জ্য জল পরিকাঠামোর শক্তি স্থায়িত্বের দিকে পরিচালিত হতে পারে। বেন্থিক এম. এফ. সি বেন্থিক এম. এফ. সি অ্যানোক্সিক সামুদ্রিক পললে জৈব স্তরের মাইক্রোবিয়াল জারণের মাধ্যমে শক্তি উৎপাদন করে এবং উপরের জলের কলামে অক্সিজেন হ্রাস করে। বিভিন্ন পললে প্রাকৃতিকভাবে ঘটে যাওয়া অণুজীবের বিপাক থেকে ইলেকট্রন উৎপন্ন হয়। যেমন, বেন্থিক এম. এফ. সি-গুলিতে কোনও বহিরাগত অণুজীব বা ইলেক্ট্রন শাটল যোগ করার প্রয়োজন হয় না। ওয়েদার বয়গুলি বেন্থিক এম. এফ. সি থেকে তাদের সম্পূর্ণ শক্তি অর্জন করে যা তাদের ব্যাটারি প্রতিস্থাপনের প্রয়োজনীয়তা থেকে অবিচ্ছিন্নভাবে এবং স্বাধীনভাবে কাজ করার অনুমতি দেয়। বেন্থিক এম. এফ. সি-গুলি বিদ্যুৎ উৎপাদনে কোনও হ্রাস ছাড়াই বেশ কয়েক বছর ধরে পরিচালিত হতে পারে। গবেষকরা অনুমান করেছেন যে একটি বেন্থিক এম. এফ. সি একই বিদ্যুৎ স্তরে অনির্দিষ্টকালের জন্য বিদ্যুৎ সরবরাহ করতে পারে এবং গভীর সমুদ্রের শক্তি এবং হালকা আবদ্ধ সীসা অ্যাসিড ব্যাটারি এক বছরের জন্য সরবরাহ করতে পারে। পুষ্টি পুনরুদ্ধার নাইট্রোজেন এবং ফসফরাসকে বর্জ্য জলের প্রধান দূষণকারী হিসাবে বিবেচনা করা হয় যার অপসারণ এবং পুনরুদ্ধার টেকসই চিকিত্সা ব্যবস্থার জন্য প্রয়োজন। প্রচলিতভাবে জৈবিক নাইট্রিফিকেশন এবং ডিনাইট্রিফিকেশন প্রক্রিয়া দ্বারা নাইট্রোজেন অপসারণ করা হয় যার সাথে খুব উচ্চ শক্তি এবং বর্জ্য জল শোধনে খরচ জড়িত। বি. ই. এস-গুলিতে অ্যামোনিয়াম নাইট্রোজেন পুনরুদ্ধারের একটি ভাল সম্ভাবনা রয়েছে এবং নাইট্রোজেন সমৃদ্ধ বর্জ্য প্রবাহ যেমন প্রস্রাব, শূকরের মদ, ডাইজেস্টার মদ এবং ল্যান্ডফিল লিচেট ইত্যাদি থেকে ভাল লাভ হয়। বর্জ্য জল থেকে ফসফরাস প্রচলিতভাবে পলিফসফেট গ্রানুল, ফে-পি বা ব্যাকটেরিয়া দ্বারা স্ট্রুভাইট হিসাবে পুনরুদ্ধার করা হয়। কুসিক এবং অন্যান্য। একক-চেম্বার এমইসি নিয়োগের মাধ্যমে একটি বিইএস-এ স্ট্রুভাইট উৎপাদন অর্জন করা হয়েছে, যেখানে 40 শতাংশ পর্যন্ত দ্রবণীয় ফসফেট 0.3-0.9 গ্রাম/মি2/ঘন্টা হারে স্ট্রুভাইট বৃষ্টিপাত দ্বারা পুনরুদ্ধার করা হয়েছিল। বিইএস-এ অন্যান্য ফসফরাস পুনরুদ্ধারের সাথে বর্জ্য জল থেকে ফসফেট আয়নগুলির সাথে ক্যাথোড বিক্রিয়া দ্বারা উত্পন্ন হাইড্রক্সাইড আয়নগুলির বিনিময় জড়িত যার ফলে 52.4 ± 9.8% ফসফেট অপসারণ করা হয়। মাইক্রোবিয়াল ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল রিমিডিয়েশন বিইএস ভূগর্ভস্থ দূষকগুলির প্রতিকারের জন্য জারণ এবং হ্রাস-ভিত্তিক প্রক্রিয়া উভয়ের জন্যই পরিচিত। প্রচলিত জৈবিক চিকিত্সা বা রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলির তুলনায়, বিইএসগুলি একটি বা একাধিক বিদ্যুদ্বাহক নিয়োগ করে যা দূষণকারীদের প্রতিকারের জন্য বন্ধ চুল্লি নয়। এই ব্যবস্থায় কঠিন বিদ্যুদ্বাহকগুলি অ-বিষাক্ত বা কম বিষাক্ত আকারে দূষণকারীদের মাইক্রোবিয়াল রূপান্তরকে উদ্দীপিত করার জন্য অ-নিষ্কাশিত ইলেক্ট্রন গ্রহণকারী/দাতা হিসাবে কাজ করে। উদাহরণস্বরূপ, জৈব বিদ্যুতের সাথে বিষাক্ত পদার্থের জৈব অবক্ষয় বৃদ্ধি করা উৎপাদন হতে পারে। জটিল পেট্রোলিয়াম জৈব পদার্থ, যেমন বি. টি. ই. এক্স কমপ্লেক্স (বেনজিন, টলুইন, জাইলিন এবং ইথাইলবেঞ্জিন ইত্যাদি)। বিইএস সিস্টেম ব্যবহার করে বায়োরিমিয়েটেড করা যেতে পারে। মরিস ও অন্যান্যরা জানিয়েছেন যে বিদ্যুৎ ইনপুট ছাড়াই বিদ্যুদ্বাহক প্রবর্তনের মাধ্যমে ডিজেলের (সি8-সি25) অবক্ষয়ের উন্নতি হয়েছে। বায়োডিজেল, ফেনল, টোটাল পেট্রোলিয়াম হাইড্রোকার্বন, পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (পিএএইচ), 1,2-ডাইক্লোরোইথেন, পাইরিডিন ইত্যাদির উপর তদন্তগুলিও বলা হয়েছে, বিইএসকে বৈধতা দেওয়া বর্তমান প্রজন্মের সাথে পেট্রোলিয়াম হাইড্রোকার্বনকে অবনমিত করার জন্য একটি ব্যবহারিক প্রযুক্তি হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। উচ্চ বিষাক্ততা বা কার্সিনোজেনিক প্রকৃতির জন্য পরিচিত ট্রাইক্লোরোইথেন এবং টেট্রাক্লোরোইথেনের মতো ক্লোরিনযুক্ত দ্রাবকগুলি নেতিবাচক মেরুকৃত কঠিন-অবস্থা বিদ্যুদ্বাহক ব্যবহার করে অবনমিত হওয়ার খবর পাওয়া গেছে যা ইলেক্ট্রন শাটলের সাথে এবং ছাড়াই ইলেকট্রন দান করে। নাইট্রেট অপসারণ, একটি সাধারণ ভূগর্ভস্থ দূষক, হয় একা [সেকোনেট, 2018 #9] অথবা আর্সেনাইটের মতো অন্যান্য সহ-দূষকের সংমিশ্রণেও প্রদর্শিত হয়েছে। ঐতিহ্যবাহী ডিনাইট্রিফিকেশনের তুলনায় যা হেটেরোট্রফিক ডিনাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়ার সাথে জড়িত, বিইএস দ্বারা ডিনাইট্রিফিকেশনের সাথে অটোট্রফিক ডিনাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া জড়িত যার ইলেকট্রনগুলি বিদ্যুদ্বাহক থেকে গ্রহণ করার ক্ষমতা রয়েছে। ফলস্বরূপ, বিইএস-এ বায়োক্যাথোডগুলি ডিনাইট্রিফিকেশনের জন্য তৈরি করা হয়েছে যার ফলে ভূগর্ভস্থ জল এবং বর্জ্য জলে কম শক্তি ব্যয়ে নাইট্রেট/নাইট্রাইটের দক্ষ হ্রাস ঘটে। অন্যান্য গবেষণায়, ইলেক্ট্রন দাতা হিসাবে ক্যাথোড সহ বিইএসগুলিতে পারক্লোরেট, সিআর (6), সিইউ (2) এবং তেজস্ক্রিয় ইউরেনিয়ামের হ্রাসও অর্জন করা হয়েছে। দ্রবণীয় ইলেক্ট্রন দাতার পরিবর্তে একটি ইলেক্ট্রন দাতা হিসাবে একটি কঠিন বিদ্যুদ্বাহক ব্যবহারের সাথে যুক্ত প্রধান সুবিধা হল দূষকের হ্রাস (যেমন, ইউ (6) থেকে ইউ (4)) যা বিদ্যুদ্বাহকে একটি স্থিতিশীল অবক্ষেপ। বিইএস ব্যবহার করে শুধুমাত্র ভূগর্ভস্থ জলই নয়, মাটির জৈব প্রতিকারও অন্বেষণ করা হয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, মাটিতে ভেষজনাশক এবং অ্যান্টিবায়োটিক সফলভাবে পরিষ্কার করা হয়েছে। রাসায়নিক এম. ই. এস-এর মাইক্রোবিয়াল বৈদ্যুতিন রাসায়নিক উৎপাদন, এক ধরনের বি. ই. এস, ক্যাথোডিক অনুঘটক হিসাবে জীবাণুগুলিকে নিযুক্ত করে জ্বালানি এবং উচ্চ মূল্যের রাসায়নিকগুলির সংশ্লেষণ চালানোর জন্য বিদ্যুৎ নিয়োগ করতে পারে যার ফলে বর্জ্য প্রবাহের চিকিত্সাও হয় (চিত্র। 3)। এই ব্যবস্থার সঙ্গে যুক্ত দ্বৈত সুবিধা হল কার্বন পৃথকীকরণ এবং মূল্য সংযোজন রাসায়নিক উৎপাদন। এমইএস দ্বারা এইচ2, অ্যাসিটেট, সিএইচ4, ইথানল, বিউটানল, এইচ2ও2 ইত্যাদির মতো মূল্যবান যৌগগুলির একটি বিস্তৃত পরিসর তৈরি করা হয়েছে। এমইএস-এ পণ্য বর্ণালী মূলত বায়োক্যাথোড উপকরণ (কার্বন-বা ধাতু-ভিত্তিক), জড়িত অণুজীব, হ্রাস সম্ভাবনা এবং রেডক্স মধ্যস্থতাকারী কার্যকলাপ এবং পিএইচ, তাপমাত্রা এবং চাপ সহ ক্রিয়াকলাপের পরিস্থিতি দ্বারা পরিচালিত হয়। ক্যাথোডে হাইড্রোজেনের উৎপাদন নিশ্চিত করার জন্য মিশ্র কালচারের সাথে ইনোকুলেটেড এম. ই. এস-এ সাধারণত-0.6 এবং-1.0 ভি বনাম এস. এইচ. ই-এর মধ্যে সম্ভাব্যতা প্রয়োগ করা হয়, যা পরে সি. ও. 2 কমাতে অ্যাসিটোজেনিক এবং মিথেনোজেনিক অণুজীব দ্বারা গ্রহণ করা হয়। স্পোরোমুসার মতো নির্দিষ্ট অণুজীবের ক্ষেত্রে কম ঋণাত্মক সম্ভাব্যতায় সিও2 হ্রাস, এমনকি-0.4 ভি বনাম এস. এইচ. ই-এর তাত্ত্বিক সম্ভাবনার উপরেও প্রদর্শিত হয়েছে, যদিও এটি ক্যাথোড থেকে সরাসরি ইলেক্ট্রন উত্তোলনের জন্য দায়ী কিনা বা বিদ্যুদ্বাহক পৃষ্ঠের অনুকূল তাপগতিবিদ্যার জন্য দায়ী কিনা তা নিয়ে এখনও বিতর্ক রয়েছে। এমইএস-এর উপর বেশিরভাগ গবেষণা পরিবেষ্টিত (প্রায় 20 ডিগ্রি সেলসিয়াস) বা মেসোফিলিক (প্রায় 35 ডিগ্রি সেলসিয়াস)-এর অধীনে করা হয়েছে, তবে প্রক্রিয়াটি থার্মোফিলিক অবস্থার (50-70 ডিগ্রি সেলসিয়াস) অধীনে সম্ভব বলে প্রদর্শিত হয়েছিল। নিরপেক্ষ বা সামান্য অম্লীয় পিএইচ (5.5-7.0) সিও2-কে অ্যাসিটিক অ্যাসিডে রূপান্তরিত করার জন্য সর্বোত্তম বলে দেখানো হয়েছিল, যদিও নিম্ন পিএইচ, বা ব্রোমোইথেন সালফোনিক অ্যাসিড (বিইএসএ)-এর মতো প্রতিরোধকগুলির ব্যবহার, মিথেনোজেনেসিসের সূত্রপাত এড়াতে প্রয়োজন। এমইএস থেকে প্রাপ্ত রাসায়নিক যৌগগুলি পলিমারিক পণ্য, ডিজেল বা কেরোসিনের অনুরূপ পণ্য, প্লাস্টিকাইজার এবং অনেক শিল্পে তৈলাক্তকারী এজেন্ট হিসাবে নিম্নমুখী শিল্প পণ্য উৎপাদনের অগ্রদূত হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। চিত্র। 3. এম. ই. এস-এর পরিকল্পনায় বর্জ্য প্রবাহের প্রক্রিয়াকরণ এবং উচ্চ মূল্যের পণ্য গঠন দেখানো হয়েছে। অ্যাসিটেট, বিউটাইরেট এবং ল্যাকটেটের মতো অনেক জৈব যৌগ মূলত বর্জ্য জল উদ্ভিদ এবং গাঁজন ইউনিটের বর্জ্যগুলিতে বিদ্যমান। এই জৈব পদার্থগুলি মূল্যবান পণ্য, তবে তাদের কম ঘনত্বের কারণে, নিষ্কাশন একটি সাশ্রয়ী বিকল্প নয়। অতএব, এই শর্ট-চেইন কার্বক্সিলিক অ্যাসিডগুলিকে দীর্ঘ চেইন অ্যাসিড এবং অন্যান্য দরকারী পণ্যগুলিতে রূপান্তর করার জন্য এমইএস নিযুক্ত করা হয়েছে। যদিও কম সম্পদ ব্যয় ফিড থেকে উচ্চতর মূল্যের যৌগগুলি পাওয়া যায়, তবে বর্তমান প্রযুক্তির তুলনায় রেডক্স সম্ভাব্যতা নিয়ন্ত্রণ করা এবং ক্যাথোডগুলিতে বিদ্যুৎ সরবরাহ করা অর্থনৈতিকভাবে সম্ভব কিনা তা তুলনা করার জন্য গবেষণার প্রয়োজন। তা সত্ত্বেও, এই প্রযুক্তি প্ল্যাটফর্মের আরও উন্নতি ভবিষ্যতের জৈব অর্থনীতির অনেক মৌলিক চ্যালেঞ্জ কাটিয়ে উঠতে সহায়তা করতে পারে। এইচ2 উৎপাদনের জন্য মাইক্রোবিয়াল তড়িৎ বিশ্লেষণ যখন হাইড্রোজেন উৎপাদনের জন্য ব্যবহার করা হয়, তখন সমস্ত জৈব পদার্থকে কার্বন ডাই অক্সাইড এবং হাইড্রোজেন গ্যাসে পরিণত করার শক্তি বাধা অতিক্রম করার জন্য এমইসি-কে একটি বাহ্যিক শক্তি উৎস দ্বারা পরিপূরক করা প্রয়োজন। একটি আদর্শ এম. এফ. সি হাইড্রোজেন উৎপাদনকারী এম. ই. সি-তে রূপান্তরিত হয়> 0.14 ভি. ক্যাথোডে হাইড্রোজেন বুদ্বুদ তৈরি করে এবং জ্বালানির উৎস হিসাবে ব্যবহার করার জন্য সংগ্রহ করা হয়। যদিও সাধারণ এম. এফ. সি-র মতো বিদ্যুৎ উৎপাদনের পরিবর্তে বিদ্যুৎ ব্যবহার করা হয়, হাইড্রোজেন উৎপাদনের এই পদ্ধতিটি কার্যকর কারণ অ্যানোডে ব্যাকটেরিয়া দ্বারা উৎপাদিত প্রোটন এবং ইলেকট্রনের 90 শতাংশেরও বেশি হাইড্রোজেন গ্যাসে পরিণত হয়। এম. এফ. সি-গুলির অন্তর্নিহিত কম শক্তির বৈশিষ্ট্য কাটিয়ে উঠতে হাইড্রোজেন সংগ্রহ করা যেতে পারে এবং পরবর্তী ব্যবহারের জন্য সংরক্ষণ করা যেতে পারে। মাইক্রোবিয়াল ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বায়োগ্যাসকে সিএইচ4-এ উন্নীত করা মাইক্রোবিয়াল ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল রিডাকশনের ধারণার সঙ্গে কার্বন ডাই অক্সাইডের রূপান্তর জড়িত যা অ্যানেরোবিক ডাইজেস্টারে উত্পাদিত বায়োগ্যাসের অ-শক্তি-সমৃদ্ধ উপাদান মিথেনের শক্তি-সমৃদ্ধ উপাদান। একটি এমইএস-এ কার্বন ডাই অক্সাইড, প্রোটন এবং ইলেকট্রনের (বিদ্যুৎ থেকে) মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে এই হ্রাস সম্ভব। এটি অন্যথায় পাওয়ার-টু-গ্যাস প্রযুক্তি হিসাবে পরিচিত, যা বৈদ্যুতিন রাসায়নিক ইউনিটগুলিকে শিল্প বর্জ্য এবং আরও গুরুত্বপূর্ণভাবে শিল্প সিও 2 নির্গমনের জন্য কার্বন সিঙ্ক হিসাবে কাজ করতে দেয়। পাওয়ার-টু-গ্যাস প্রযুক্তি অ্যামাইন স্ক্রাবিং বা প্রেসার সুইং অ্যাডসর্পশনের মতো ব্যয়বহুল কৌশল ব্যবহার করে সিও2 অপসারণের প্রয়োজন ছাড়াই প্রাকৃতিক গ্যাসের অনুরূপ গ্রেড সহ বায়োগ্যাস তৈরি করতে পারে। জল থেকে দ্রবীভূত লবণ অপসারণের জন্য প্রয়োজনীয় শক্তির পরিমাণের কারণে সমুদ্রের জল এবং পানীয় জলের জন্য ব্যবহৃত লবণাক্ত জলের লবণাক্ততা সর্বদা উল্লেখযোগ্য সমস্যা তৈরি করেছে। একটি অভিযোজিত এম. এফ. সি ব্যবহার করে, এই প্রক্রিয়াটি কোনও বাহ্যিক বৈদ্যুতিক শক্তি ইনপুট ছাড়াই এগিয়ে যেতে পারে। একটি স্ট্যান্ডার্ড এম. এফ. সি-র দুটি বিদ্যুদ্বাহকের মধ্যে একটি তৃতীয় চেম্বার যুক্ত করার সময় এবং এটিকে সমুদ্রের জল দিয়ে পূরণ করার সময়, কোষের ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক বিদ্যুদ্বাহকগুলি যথাক্রমে ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক লবণ আয়নগুলিকে আকর্ষণ করে এবং লবণটি অর্ধ-প্রবেশযোগ্য ঝিল্লি ব্যবহার করে সমুদ্রের জল থেকে ফিল্টার করা যেতে পারে। পরীক্ষাগারের কাজে লবণ অপসারণের দক্ষতা 90 শতাংশ পর্যন্ত নথিভুক্ত করা হয়েছে। এম. এফ. সি-র কুলম্বিক ফলন এবং বর্জ্য জলে জৈব পদার্থের শক্তির পারস্পরিক সম্পর্কের কারণে জৈব সংবেদক এম. এফ. সি-গুলির জৈবিক বর্জ্য পরিশোধন ইউনিটের পর্যবেক্ষণ ও নিয়ন্ত্রণে প্রয়োগ রয়েছে যা জৈব সংবেদকগুলির জন্য পঠন হিসাবে কাজ করে। মাইক্রোঅর্গানিজম শেওয়ানেলার উপর ভিত্তি করে সিস্টেমগুলি নিকাশী ব্যবস্থায় জৈবিক অক্সিজেনের চাহিদা পরিমাপ করার জন্য সেন্সর হিসাবে প্রতিশ্রুতি দেখায়। এই ধারণাটি সহজেই অন্যান্য যৌগগুলি সনাক্ত করার জন্য প্রসারিত করা যেতে পারে যা বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য ইলেক্ট্রন দাতা হিসাবে কাজ করতে পারে, যেমন হাইড্রোজেন বা সুগন্ধযুক্ত দূষক। এছাড়াও, এই ধরনের সেন্সরগুলি নদীতে বিষাক্ত পদার্থের সূচক হিসাবে, বর্জ্য জল শোধনাগারের প্রবেশদ্বারে, দূষণ বা অবৈধ ডাম্পিং সনাক্ত করতে বা দূষিত স্থানগুলিতে গবেষণা করতে অত্যন্ত কার্যকর হতে পারে। মাইক্রো-ইলেকট্রনিক্স এবং সংশ্লিষ্ট শাখাগুলির বিকাশের সাথে সাথে বৈদ্যুতিন যন্ত্রের জন্য বিদ্যুতের প্রয়োজনীয়তা ব্যাপকভাবে হ্রাস পেয়েছে। এম. এফ. সি কম-শক্তির সেন্সর চালাতে পারে যা প্রত্যন্ত অঞ্চল থেকে তথ্য সংগ্রহ করে। অ্যানেরোবিক ব্যাকটেরিয়া যা প্রাকৃতিকভাবে পলিতে বৃদ্ধি পায় তা ছোট স্রোত তৈরি করে যা সংবেদকের জন্য শক্তি সঞ্চয় করতে একটি ক্যাপাসিটর চার্জ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। ঐতিহ্যবাহী ব্যাটারির পরিবর্তে রিমোট সেন্সিং-এ এম. এফ. সি ব্যবহার করার একটি প্রধান সুবিধা হল ব্যাকটেরিয়া পুনরুত্পাদন করে, যা এম. এফ. সি-কে ঐতিহ্যবাহী ব্যাটারির তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে দীর্ঘ জীবন দেয়। সেন্সরটি রক্ষণাবেক্ষণ ছাড়াই বহু বছর ধরে প্রত্যন্ত অঞ্চলে একা রেখে দেওয়া যেতে পারে। এই লক্ষ্যে নির্ভরযোগ্য এম. এফ. সি-র বিকাশের জন্য ব্যাপক গবেষণা মূলত উপযুক্ত জৈব এবং অজৈব পদার্থ নির্বাচন করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে যা শক্তির উৎস হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। মাইক্রোবিয়াল কারেন্ট উৎপাদন বায়োফিল্ম বা বর্জ্য জল-ভিত্তিক এপিডেমিওলজিতে ড্রাগ স্ক্রিনিংয়ের জন্য বায়োইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সেন্সরগুলির ক্ষেত্রেও প্রযোজ্য। আরও দেখুন জিওব্যাক্টর ব্যাকটেরিয়াল ন্যানোওয়্যার এক্সোইলেক্ট্রোজেন বায়োইলেক্ট্রোকেমিক্যাল চুল্লি রেফারেন্স বায়োফিজিক্স