Microbial electrochemical technologies
நுண்ணுயிர் மின் வேதியியல் தொழில்நுட்பங்கள் (எம். இ. டி) நுண்ணுயிரிகளை மின் வேதியியல் வினையூக்கியாகப் பயன்படுத்துகின்றன, உயிரி மின்சாரம், உயிரி எரிபொருள்கள், எச் 2 மற்றும் பிற மதிப்புமிக்க இரசாயனங்களின் உற்பத்திக்காக நுண்ணுயிர் வளர்சிதை மாற்றத்தை மின் வேதியியல் செயல்முறைகளுடன் இணைக்கின்றன. நுண்ணுயிர் எரிபொருள் செல்கள் (எம்எஃப்சி) மற்றும் நுண்ணுயிர் மின்னாற்பகுப்பு செல்கள் (எம்இசி) எம்ஈடிக்களின் முக்கிய எடுத்துக்காட்டுகளாகும். பொதுவாக கழிவுநீர் சுத்திகரிப்புடன் தொடர்புடைய கரிமப் பொருட்களிலிருந்து மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்ய எம்எஃப்சி பயன்படுத்தப்படும் அதேவேளை, எச்2 அல்லது மீத்தேன் உற்பத்தி போன்ற இரசாயன எதிர்வினைகளை இயக்க எம்இசி மின்சாரத்தைப் பயன்படுத்துகிறது. சமீபத்தில், நுண்ணுயிர் மின்னாற்பகுப்பு செல்கள் (எம். இ. எஸ்) ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய எம். இ. டி ஆக உருவெடுத்துள்ளன, அங்கு கேத்தோடு பெட்டியில் மதிப்புமிக்க இரசாயனங்கள் உற்பத்தி செய்யப்படலாம். நுண்ணுயிர் நிவாரண செல், நுண்ணுயிர் உப்புநீக்கும் செல், நுண்ணுயிர் சூரிய செல், நுண்ணுயிர் இரசாயன செல் போன்றவை பிற MET பயன்பாடுகளில் அடங்கும். வரலாறு மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்ய நுண்ணுயிர் செல்களின் பயன்பாடு எம். சி. 1911 ஆம் ஆண்டில் பாட்டர், "நுண்ணுயிரிகளால் கரிம சேர்மங்களின் சிதைவு மின் ஆற்றலின் விடுதலையுடன் இணைகிறது" என்ற கண்டுபிடிப்புடன். 1931 ஆம் ஆண்டில் பி. கோஹன் என்பவரால் எம்எஃப்சி ஆராய்ச்சியில் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க சேர்த்தல் செய்யப்பட்டது, இந்தத் தொடரில் இணைக்கப்பட்ட நுண்ணுயிர் அரை எரிபொருள் செல்கள் அடுக்குகள் உருவாக்கப்பட்டன, அவை 35 வி-க்கு மேல் 0,2 எம்ஏ மின்னோட்டத்துடன் உற்பத்தி செய்யும் திறன் கொண்டவை. 1980 களின் பிற்பகுதியில் இரண்டு முன்னேற்றங்கள் செய்யப்பட்டன, செயற்கை ரெடாக்ஸ் மத்தியஸ்தர்கள் இல்லாமல் உயிரணு உட்புறத்திலிருந்து செல்களுக்கு வெளியே உள்ள உலோக ஆக்சைடுகளுக்கு எலக்ட்ரானை கொண்டு செல்லும் திறன் கொண்ட முதல் அறியப்பட்ட இரண்டு பாக்டீரியாக்கள்ஃ ஷெவனெல்லா (முன்பு ஆல்டெரோமோனாஸ்) ஒனிடென்சிஸ் எம்ஆர்-1 மற்றும் ஜியோபாக்டர் சல்பரெட்யூசன்ஸ் பிசிஏ ஆகியவை தனிமைப்படுத்தப்பட்டன. 90 களின் பிற்பகுதியில், கிம் மற்றும் பலர். ஃபெ (III)-குறைக்கும் பாக்டீரியம், எஸ். ஒனிடென்சிஸ் எம்ஆர்-1 மின் வேதியியல் ரீதியாக செயலில் உள்ளது மற்றும் எந்த கூடுதல் எலக்ட்ரான் மத்தியஸ்தர்களும் இல்லாமல் எம்எஃப்சியில் மின்சாரத்தை உருவாக்க முடியும் என்பதைக் காட்டியது. இந்த கண்டுபிடிப்புகள் மின்காந்த உயிரியலின் வளர்ச்சிக்கு அடித்தளத்தை அமைத்தன, மேலும் எம்எஃப்சி துறை தொடங்கியது. இருப்பினும், குறைந்த மின் உற்பத்தி காரணமாக, கழிவுநீர் கரிமக் குறைப்பில் எம்எஃப்சி நடைமுறை பயன்பாடாக இருக்க முடியுமா என்பதும் சந்தேகமாக இருந்தது. உள்நாட்டு கழிவுநீரை நடைமுறை வரம்புகளுக்குள் சுத்திகரிக்க முடியும், அதே நேரத்தில் மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்யலாம் என்று நிறுவப்பட்டபோது இந்த பார்வை மாற்றப்பட்டது. மேலும், வெளிப்புற இரசாயன மத்தியஸ்தர்களின் தேவை இல்லாமல், குளுக்கோஸைப் பயன்படுத்தி ஒரு எம். எஃப். சி. யில் இரண்டு வரிசை அதிக அளவிலான சக்தி அடர்த்திகள் நிரூபிக்கப்பட்டன. இந்த பணிகளின் அடிப்படையில், எம்எஃப்சிகளின் நடைமுறை பயன்பாடுகளை உருவாக்குவதற்கான ஒரு இனம் மிக வேகமாக வெளிவரத் தொடங்கியது, முக்கிய குறிக்கோள்கள் உள்நாட்டு, தொழில்துறை மற்றும் பிற வகையான கழிவுநீர்களை சுத்திகரிப்பதற்கான பெரிய அளவிலான தொழில்நுட்பத்தை மேம்படுத்துவதாகும். 2004 ஆம் ஆண்டில், செல்களுக்கு வெளியே எலக்ட்ரான் உறிஞ்சுதல் (EEU) கேத்தோட்களிலிருந்து நுண்ணுயிரிகளுக்கு (ஜியோபாக்டர் எஸ்பிபி). இது இணைக்கப்பட்ட பயோஃபில்முடன் நிறுவப்பட்டது, அங்கு ஃபுமரேட் சக்சினேட்டாக குறைக்கப்பட்டது. எலக்ட்ரான் போக்குவரத்துக்கான இந்த தலைகீழ் எதிர்வினை MES இன் ஆராய்ச்சித் துறையை உருவாக்கியது. 2010 இல், நெவின் மற்றும் பலர். அசிட்டோஜெனிக் நுண்ணுயிரியான ஸ்போரோமுசா ஓவாட்டா கேத்தோடு மின்முனையிலிருந்து எலக்ட்ரான்களை எடுத்துக்கொள்வதன் மூலம் எம். இ. எஸ் செல்களில் உள்ள CO2 ஐ அசிட்டிக் அமிலமாக மாற்ற முடியும் என்று கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. அடுத்த ஆண்டுகளில், கிரீன்ஹவுஸ் வாயு உமிழ்வு குறித்த வளர்ந்து வரும் கவலைகள் காரணமாக, எம். இ. எஸ் செல்லில் கார்பன் டை ஆக்சைடு உயிர் மின்னாற்றல் துறை செழித்தது. பல தன்னியக்க நுண்ணுயிரிகள் கேத்தோடில் இருந்து எலக்ட்ரான்களை நேரடியாகவோ அல்லது மத்தியஸ்தர்கள் மூலமாகவோ கைப்பற்றும் திறனைக் காட்டின. குறிப்பிட்ட நுண்ணுயிர் இனங்களைத் தவிர, கழிவுநீர் கசடு, செரிமான சேறு அல்லது கடல்/நதி வண்டல்கள் போன்ற தடுப்பூசி மூலங்களிலிருந்து எம்இஎஸ் செல்களில் கார்பன் டை ஆக்சைடு குறைக்கும் சமூகங்களை செறிவூட்ட முடியும் என்று காட்டப்பட்டது. அடுத்த தசாப்தத்தில், தொழில்நுட்ப மேம்பாடுகள் அசிட்டேட் உற்பத்தி விகிதத்தை சில கிராம்/மீ 2 கேத்தோடு/டி ஆக அதிகரிக்க வழிவகுத்தன. எம்இஎஸ் செல்கள் 200 எல் சிஎச் 4/எம் 2 கேத்தோடு/டி வரை உற்பத்தி விகிதங்களுடன், கார்பன் டை ஆக்சைடை பயோமீத்தேனாக மாற்றுவதற்கான ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய தொழில்நுட்பத்தையும் நிரூபித்தன. மேலும், எத்தனால் மற்றும் கேப்ரோயேட் உள்ளிட்ட அதிக மதிப்புமிக்க தயாரிப்புகளை இலக்காகக் கொண்டு எம்இஎஸ் நோக்கம் விரிவுபடுத்தப்பட்டது. கோட்பாடுகள் நுண்ணுயிர் செல்லுலார் எலக்ட்ரான் பரிமாற்றம் ஒரு மின்முனையுடன் எலக்ட்ரான்களுக்கு பாக்டீரியாவுக்கு பல்வேறு வழிமுறைகள் உள்ளன. இவற்றில் ஒரு "நேரடி" செயல்முறை அடங்கும், இதில் செல் மேற்பரப்பில் அமைந்துள்ள ரெடாக்ஸ் கூறுகள், அவை மல்டிஹீம் சைட்டோக்ரோம்கள் அல்லது நானோஃபிலமெண்ட்களாக இருக்கலாம், திடமான மேற்பரப்புகளுடன் நேரடியாக தொடர்பு கொள்ளலாம் (படம் 1 ஏ, சி மற்றும் டி), மற்றும் ஒரு "மறைமுக" செயல்முறை இது கரையக்கூடிய ரெடாக்ஸ் மத்தியஸ்தர்களால் மத்தியஸ்தம் செய்யப்படுகிறது, இது செல்கள் மற்றும் மின்முனைகளுக்கு இடையில் எலக்ட்ரான்களை சுழற்சி முறையில் செலுத்துகிறது [28-30] (படம் 1 பி). எலக்ட்ரான் ஷட்டில்கள் உயிரணுக்களால் உற்பத்தி செய்யப்படாத ஹ்யூமிக் பொருட்களாகவும், அல்லது ஃபினேசிஸ் [32,33] மற்றும் ஃபிளேவின்கள் [34,35] உள்ளிட்ட உயிரினங்களால் உற்பத்தி செய்யப்படும் இரண்டாம் நிலை வளர்சிதை மாற்றங்களாகவும் இருக்கலாம். கூடுதலாக, சல்பர் இனங்கள் மற்றும் H2 போன்ற பாக்டீரியாவின் சில முதன்மை வளர்சிதை மாற்றங்கள் எலக்ட்ரான்களை செல்களுக்கு வெளியே உள்ள எலக்ட்ரான் ஏற்பிகளை நோக்கி கொண்டு செல்ல முடியும். மல்டிஹீம் சைட்டோக்ரோம்களில் உள்ள ஹீம் கோஃபாக்டர்களுக்கு கூடுதலாக, ஃபிளேவின் மோனோநியூக்ளியோடைடு சில வெளிப்புற சவ்வு சைட்டோக்ரோமில் எலக்ட்ரான் பரிமாற்ற விகிதத்தை ரெடாக்ஸ் கோஃபாக்டர்களாக மேம்படுத்துவதாகக் காட்டப்பட்டது [27]. EET இன் போது செல்லுலார் சவ்வின் குறுக்கே நுண்ணுயிர் உயிரணுக்களின் உட்புறத்திலிருந்து வெளிப்புறத்திற்கு எலக்ட்ரான்கள் மாற்றப்படுவதால், சார்ஜ் நடுநிலையை பராமரிக்க நேர்மறை சார்ஜ் கொண்ட அயனிகள் ஒரே நேரத்தில் எலக்ட்ரான் ஓட்டத்தின் அதே திசையில் நகர வேண்டும் (படம் 1A). உயிர் மின் வேதியியல் அமைப்புகள் (கொள்கைகள், கூறுகள், கட்டமைப்புகள்) ஒரு உயிர் மின் வேதியியல் அமைப்பு (பி. இ. எஸ்) என்பது எம். இ. டி. களில் பயன்படுத்தப்படும் சாதனமாகும். எம்எஃப்சி போன்ற ஒரு உன்னதமான பிஇஎஸ் பொதுவாக இரண்டு பிரிவுகளால் ஆனது (படம் 2): ஒரு அனோடிக் மற்றும் ஒரு கேத்தோடிக் பிரிவு தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட ஊடுருவக்கூடிய, புரோட்டான்/கேஷன் பரிமாற்ற சவ்வு அல்லது உப்பு பாலத்தால் பிரிக்கப்படுகிறது. ஒரு எம்எஃப்சியில், அனோடிக் பிரிவில் நுண்ணுயிரிகள் உள்ளன, அவை அனோலைட்டில் காற்றில்லா நிலைமைகளின் கீழ் உயிரியல் வினையூக்கிகளாக செயல்படுகின்றன, அங்கு கேத்தோடிக் பிரிவில் எலக்ட்ரான் ஏற்பி உள்ளது (எ. கா. ஆக்சிஜன்). கரிம சேர்மங்களின் ஆக்சிஜனேற்றத்திலிருந்து உருவாகும் எலக்ட்ரான்கள் அனோடுக்கு அனுப்பப்படுகின்றன. நுண்ணுயிரிகளால் உற்பத்தி செய்யப்படும் எலக்ட்ரான்கள் நேரடியாக 'நானோவைர்கள்' அல்லது வெளிப்புற-சவ்வு புரதங்கள் வழியாக அனோடுக்கு மாற்றப்படுகின்றன, அல்லது மறைமுகமாக எலக்ட்ரான் ஷட்ட்லிங் முகவர்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த எலக்ட்ரான்கள் ஒரு வெளிப்புற சுற்று முழுவதும் கேத்தோடை அடைகின்றன, மேலும் நடத்தப்படும் ஒவ்வொரு எலக்ட்ரானுக்கும், புரோட்டான்கள் எதிர்வினையை நிறைவு செய்வதற்கும் மின்சாரத்தை நிலைநிறுத்துவதற்கும் கேத்தோடில் வினைபுரிகின்றன. பல வகையான பி. இ. எஸ் உலைகள் உள்ளன, ஆனால் அவை அனைத்தும் ஒரே இயக்கக் கொள்கைகளைப் பகிர்ந்து கொள்கின்றன. ஒரு செயல்பாட்டு அமைப்பில் மூன்று அடிப்படை கூறுகளின் (அனோட், கேத்தோடு மற்றும் பிரிப்பான்) அசெம்பிளியை மேம்படுத்த பல்வேறு வடிவமைப்புகள் மற்றும் உள்ளமைவுகள் நிறுவப்பட்டுள்ளன. பிஇஎஸ்-களின் செயல்திறன் அவற்றின் வடிவமைப்புடன் கணிசமாக மாற்றப்பட்டுள்ளது. அட்டவணை 1. முக்கிய பி. இ. எஸ் கூறுகள் மற்றும் அவற்றின் கட்டுமானத்திற்கான தொடர்புடைய பொருட்களின் சுருக்கத்தைக் காட்டுகிறது. அட்டவணை 1. எம்எஃப்சி பயன்பாடுகளின் முக்கிய கூறுகள் ஆற்றல் மீட்பு மற்றும் உற்பத்தி எம்எஃப்சியுடன் கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பு கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பில் உந்தி, காற்றோட்டம் மற்றும் திடப்பொருட்களைக் கையாளுதல் ஆகியவை முக்கிய ஆற்றல் நுகர்வு செயல்முறையாகும் என்பது அனைவரும் அறிந்ததே. ஒரு வழக்கமான கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பு ஆலையின் செயல்பாட்டு செலவுகளில் காற்றோட்டம் மட்டுமே 50 சதவீதத்திற்கு காரணமாக இருக்கலாம். இந்த செலவுகளை நீக்குவது ஒரு பெரிய அளவிலான ஆற்றலை மிச்சப்படுத்தும். கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பில் எம்எஃப்சிகள், மின்சார உற்பத்தியைத் தவிர, இந்த குறிப்பிடப்பட்ட செயல்முறைகளுடன் இணைக்கப்பட்ட எரிசக்தி சேமிப்புக்கும் உதவுகின்றன, இது ஒரு பெரிய நன்மையைச் சேர்க்கிறது. எம்எஃப்சி செயல்முறை ஒரு காற்றில்லா செயல்முறையாகும், மேலும் காற்றில்லா செயல்முறைக்கான சேறு உற்பத்தி ஒரு ஏரோபிக் செயல்முறைக்கு சுமார் ஐந்தில் ஒரு பங்காகும். எனவே, எம்எஃப்சிகளைப் பயன்படுத்துவது ஒரு கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பு நிலையத்தில் திடப்பொருட்களின் உற்பத்தியைக் குறைக்கும், இறுதியில் திடப்பொருட்களைக் கையாள்வதற்கான குறிப்பிடத்தக்க இயக்க செலவுகளைக் குறைக்கும். மேலும், இந்த தொழில்நுட்பம் இந்த நூற்றாண்டின் தொடக்கத்திலிருந்து மின் உற்பத்தியில் கிட்டத்தட்ட அதிவேக அதிகரிப்பைக் கண்டுள்ளது. இந்த தொழில்நுட்பம் நடைமுறை பயன்பாடுகளாக உருவெடுக்கத் தயாராக உள்ளது மற்றும் அதனுடன் தொடர்புடைய தொழில்நுட்பங்கள் மிக விரைவில் வெளிச்சத்திற்கு வரும் என்று பொறியாளர்களின் பெருகிவரும் பாராட்டை இந்த பரிணாமம் எதிரொலிக்கிறது. எம்எஃப்சி தொழில்நுட்பங்கள் மூலம் கழிவுநீரை சுத்திகரிப்பது ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய மற்றும் தனித்துவமான முறையாகும், ஏனெனில் கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பு செயல்முறை ஆற்றல் செலவினங்களை விட மின்சாரம் வடிவில் ஆற்றலை உற்பத்தி செய்வதற்கான ஒரு அணுகுமுறையாக மாறும். கே. ஐ. எம் மூலம் தண்ணீரில் லாக்டேட்டை தீர்மானிக்க எம்எஃப்சிகள் பயன்படுத்தப்பட்டன. மற்றும் சக ஊழியர்கள், பின்னர் ஒரு எம்எஃப்சியில் மின்சார உற்பத்தியை ஒரு தொழில்துறை கழிவுநீரைப் பயன்படுத்தி ஸ்டார்ச் மூலம் தக்கவைக்க முடியும் என்பதைக் காட்டினார். தூய சேர்மங்கள் முதல் கழிவுநீரில் உள்ள கரிமப் பொருட்களின் சிக்கலான கலவைகள் வரை மாறுபட்ட மின்சார உற்பத்திக்கு எம்எஃப்சிகளில் பல்வேறு வகையான அடி மூலக்கூறுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. கழிவுநீரின் உயிரியல் சுத்திகரிப்புக்கான எம்எஃப்சி பயன்பாடு, கழிவுநீரில் உள்ள கரிமப் பொருட்களை சுமார் 40-90% சிஓடி மற்றும் பிஓடி குறைப்புடன் மின்சாரமாக மாற்றுவதைப் பதிவு செய்துள்ளது. வெளிப்படையாக, கழிவுநீரில் இருந்து பெறக்கூடிய ஆற்றல் ஒரு நகரத்திற்கு மின்சாரம் வழங்க போதுமானதாக இல்லை, ஆனால் அது ஒரு சுத்திகரிப்பு நிலையத்தை இயக்கும் அளவுக்கு பெரியதாக இருக்கலாம். தொடர்ச்சியான முன்னேற்றங்களுடன், இந்த சக்தியைப் பெறுவது கழிவுநீர் உள்கட்டமைப்பின் எரிசக்தி நிலைத்தன்மைக்கு வழிவகுக்கும். பென்திக் எம்எஃப்சி பென்திக் எம்எஃப்சிகள் அனோக்ஸிக் கடல் வண்டல்களில் கரிம அடி மூலக்கூறுகளின் நுண்ணுயிர் ஆக்சிஜனேற்றம் மூலம் சக்தியை உருவாக்குகின்றன, மேலும் மேற்புற நீர் நெடுவரிசையில் ஆக்ஸிஜனைக் குறைக்கின்றன. பல்வேறு வண்டல்களில் இயற்கையாக நிகழும் நுண்ணுயிரிகளின் வளர்சிதை மாற்றத்திலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் உருவாக்கப்படுகின்றன. எனவே, பென்திக் எம்எஃப்சிகளுக்கு எந்தவொரு வெளிப்புற நுண்ணுயிரிகள் அல்லது எலக்ட்ரான் ஷட்டில்கள் தேவைப்படுவதில்லை. வானிலைக் கப்பல்கள் தங்கள் முழு சக்தியையும் பென்திக் எம்எஃப்சியிலிருந்து பெற்றன, அவை மின்கலன்களை மாற்ற வேண்டிய அவசியத்திலிருந்து தொடர்ச்சியாகவும் சுயாதீனமாகவும் செயல்பட அனுமதிக்கின்றன. பென்திக் எம்எஃப்சிகளை மின் உற்பத்தியில் எந்தக் குறைப்பும் இல்லாமல் பல ஆண்டுகள் இயக்க முடியும். ஒரு பென்திக் எம்எஃப்சி காலவரையின்றி அதே மின் மட்டங்களில் சக்தியை வழங்க முடியும் என்றும், ஆழ்கடல் சக்தி மற்றும் ஒளி மூடப்பட்ட ஈய அமில பேட்டரி ஒரு வருடத்திற்கு வழங்கக்கூடிய அதே செலவை வழங்க முடியும் என்றும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் மதிப்பிட்டனர். ஊட்டச்சத்துக்கள் மீட்பு நைட்ரஜன் மற்றும் பாஸ்பரஸ் ஆகியவை கழிவுநீரில் உள்ள முக்கிய மாசுபடுத்திகளாகக் கருதப்படுகின்றன, அவற்றின் அகற்றல் மற்றும் மீட்பு ஆகியவை நிலையான சுத்திகரிப்பு அமைப்புகளுக்குத் தேவைப்படுகின்றன. நைட்ரஜன் வழக்கமாக உயிரியல் நைட்ரிஃபிகேஷன் மற்றும் டினைட்ரிஃபிகேஷன் செயல்முறைகளால் அகற்றப்படுகிறது, இது மிக அதிக ஆற்றல் மற்றும் கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பில் செலவை உள்ளடக்கியது. நைட்ரஜன் நிறைந்த நைட்ரஜன் நீரோடைகளான சிறுநீர், பன்றி மதுபானம், செரிமான மதுபானம் மற்றும் லேண்ட்ஃபில் லீச்சேட் போன்றவற்றிலிருந்து நல்ல லாபத்துடன் அம்மோனியம் நைட்ரஜனை மீட்டெடுப்பதற்கான நல்ல திறனை பிஇஎஸ் கொண்டுள்ளது. கழிவுநீரில் இருந்து வரும் பாஸ்பரஸ் வழக்கமாக பாலிபாஸ்பேட் துகள்களாக, ஃபெ-பி அல்லது ஸ்ட்ருவைட்டாக பாக்டீரியாவால் மீட்கப்படுகிறது. குசிக் மற்றும் பலர். ஒற்றை-அறை எம். இ. சி. யைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் ஒரு பி. இ. எஸ்ஸில் ஸ்ட்ருவைட் உற்பத்தியை அடைந்தது, அங்கு 40 சதவீதம் வரை கரையக்கூடிய பாஸ்பேட் ஸ்ட்ருவைட் மழைப்பொழிவு மூலம் 0.3-0.9 கிராம்/மீ2/மணி என்ற விகிதத்தில் மீட்கப்பட்டது. பி. இ. எஸ்ஸில் மற்ற பாஸ்பரஸ் மீட்பு என்பது கழிவுநீரில் இருந்து பாஸ்பேட் அயனிகளுடன் கேத்தோடு எதிர்வினையால் உருவாக்கப்படும் ஹைட்ராக்சைடு அயனிகளின் பரிமாற்றத்தை உள்ளடக்கியது, இதன் விளைவாக 52.4 ± 9.8% பாஸ்பேட் அகற்றப்பட்டது. நுண்ணுயிர் எலக்ட்ரோ கெமிக்கல் ரெமிடேஷன் பி. இ. எஸ். கள் நிலத்தடி அசுத்தங்களை சரிசெய்வதற்கான ஆக்சிஜனேற்றம் மற்றும் குறைப்பு அடிப்படையிலான செயல்முறைகள் ஆகிய இரண்டிற்கும் பெயர் பெற்றவை. வழக்கமான உயிரியல் சிகிச்சை அல்லது இரசாயன செயல்முறைகளுடன் ஒப்பிடுகையில், பி. இ. எஸ். க்கள் மாசுபடுத்திகளின் நிவாரணத்திற்கு மூடிய உலைகள் அல்லாத ஒற்றை அல்லது பல மின்முனைகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த அமைப்பில் உள்ள திட மின்முனைகள் மாசுபடுத்திகளை நச்சுத்தன்மையற்ற அல்லது குறைவான நச்சு வடிவங்களாக நுண்ணுயிர் மாற்றத்தைத் தூண்டுவதற்கு அழிக்க முடியாத எலக்ட்ரான் ஏற்பிகள்/நன்கொடையாளர்களாக செயல்படுகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, இணை உயிரி மின்சாரத்துடன் நச்சுகளின் உயிரியல் சிதைவை மேம்படுத்துவது உற்பத்தியாக இருக்கலாம். பி. டி. இ. எக்ஸ் வளாகங்கள் (பென்சீன், டோலுயீன், சைலீன் மற்றும் எத்தில்பென்சீன்கள் போன்றவை) போன்ற சிக்கலான பெட்ரோலிய கரிமங்கள். பி. இ. எஸ் அமைப்புகளைப் பயன்படுத்தி உயிரியல் சிகிச்சை அளிக்கப்படலாம். மின் உள்ளீடு இல்லாமல் மின்முனைகளை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம் 164% மூலம் டீசல் (C8-C25) சீரழிவு மேம்படுத்தப்பட்டதாக மோரிஸ் மற்றும் பலர் தெரிவித்தனர். பயோடீசல், பினோல், மொத்த பெட்ரோலிய ஹைட்ரோகார்பன்கள், பாலிசைக்ளிக் நறுமண ஹைட்ரோகார்பன்கள் (PAHs), 1,2-டைக்ளோரோ ஈத்தேன், பைரிடின் போன்றவை பற்றிய ஆய்வுகளும் கூறப்பட்டுள்ளன, பெட்ரோலிய ஹைட்ரோகார்பனை ஒரே நேரத்தில் தற்போதைய தலைமுறையுடன் சீரழிக்கும் நடைமுறை தொழில்நுட்பமாக BES ஐ சரிபார்க்க முடியும். அதிக நச்சுத்தன்மை அல்லது புற்றுநோயை உண்டாக்கும் தன்மைக்கு பெயர் பெற்ற ட்ரைக்ளோரோ ஈத்தீன் மற்றும் டெட்ராக்ளோரோ ஈத்தீன் போன்ற குளோரினேற்றப்பட்ட கரைப்பான்கள் எதிர்மறையாக துருவப்படுத்தப்பட்ட திட-நிலை மின்முனையை பயன்படுத்துவதன் மூலம் சிதைந்துவிடுவதாக தெரிவிக்கப்பட்டுள்ளது, அவை எலக்ட்ரான் ஷட்டில்களுடன் மற்றும் இல்லாமல் எலக்ட்ரான்களை தானம் செய்கின்றன. ஒரு பொதுவான நிலத்தடி நீர் அசுத்தமான நைட்ரேட்டை அகற்றுவது தனியாகவோ அல்லது ஆர்சனைட் போன்ற பிற இணை அசுத்தங்களுடன் இணைந்து நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. ஹெட்டோரோட்ரோபிக் டினைட்ரிஃபைரிங் பாக்டீரியாவை உள்ளடக்கிய பாரம்பரிய டினைட்ரிஃபிகேஷனுடன் ஒப்பிடுகையில், பி. இ. எஸ் மூலம் டினைட்ரிஃபிகேஷன் என்பது எலக்ட்ரான்கள் மின்முட்டுகளிலிருந்து எடுக்கும் திறனைக் கொண்ட தன்னியக்க டினைட்ரிஃபைரிங் பாக்டீரியாவை உள்ளடக்கியது. இதன் விளைவாக, பி. இ. எஸ்ஸில் உள்ள பயோகாடோத்கள் டினைட்ரிஃபிகேஷனுக்காக உருவாக்கப்பட்டுள்ளன, இதன் விளைவாக நிலத்தடி நீர் மற்றும் கழிவுநீரில் குறைந்த ஆற்றல் செலவில் நைட்ரேட்/நைட்ரைட்டை திறம்பட குறைக்கிறது. பிற ஆய்வுகளில், எலக்ட்ரான் நன்கொடையாளர்களாக கேத்தோடு கொண்ட பி. இ. எஸ். களில் பெர்குளோரேட், சி. ஆர் (VI), கியூ (II) மற்றும் கதிரியக்க யுரேனியம் ஆகியவற்றின் குறைப்பும் அடையப்பட்டுள்ளது. கரையக்கூடிய எலக்ட்ரான் நன்கொடையாளருக்குப் பதிலாக ஒரு திட மின்முனைகளை ஒரு எலக்ட்ரான் நன்கொடையாளராகப் பயன்படுத்துவதோடு தொடர்புடைய முக்கிய நன்மை, மாசுபடுத்தியைக் குறைப்பதாகும் (எ. கா., யு (VI) முதல் யு (IV) வரை) இது மின்முனையில் ஒரு நிலையான வீழ்படிவமாகும். நிலத்தடி நீர் மட்டுமல்லாமல், மண் உயிரியல் சிகிச்சை முறையும் பி. இ. எஸ். ஐப் பயன்படுத்தி ஆராயப்பட்டுள்ளன. எடுத்துக்காட்டாக, மண்ணில் களைக்கொல்லிகள் மற்றும் நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பிகளை வெற்றிகரமாக சுத்தம் செய்வது நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது (குறிப்பு). இரசாயனங்களின் நுண்ணுயிர் மின் வேதியியல் உற்பத்தி எம்இஎஸ், ஒரு வகை பிஇஎஸ், நுண்ணுயிரிகளை கேத்தோடிக் வினையூக்கிகளாகப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் எரிபொருள்கள் மற்றும் அதிக மதிப்புள்ள இரசாயனங்களின் தொகுப்பை இயக்க மின்சாரத்தைப் பயன்படுத்தலாம், இதன் விளைவாக கழிவு நீரோடைகள் சுத்திகரிக்கப்படுகின்றன (படம். 3). இந்த அமைப்புடன் தொடர்புடைய இரட்டை நன்மைகள் கார்பன் பிரித்தல் மற்றும் மதிப்பு கூட்டப்பட்ட இரசாயன உற்பத்தி ஆகும். H2, அசிடேட், CH4, எத்தனால், பியூட்டனால், H2O2 போன்ற பரந்த அளவிலான மதிப்புமிக்க சேர்மங்கள் MES ஆல் உற்பத்தி செய்யப்பட்டுள்ளன. எம். இ. எஸ்ஸில் உள்ள தயாரிப்பு நிறமாலை பெரும்பாலும் பயோகாடோத்கள் பொருட்கள் (கார்பன் அல்லது உலோக அடிப்படையிலான), சம்பந்தப்பட்ட நுண்ணுயிரிகள், குறைப்பு திறன்கள் மற்றும் ரெடாக்ஸ் மத்தியஸ்தர்களின் செயல்பாடு மற்றும் pH, வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தம் உள்ளிட்ட செயல்பாட்டு நிலைமைகளால் நிர்வகிக்கப்படுகிறது. கேத்தோடில் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியை உறுதி செய்வதற்காக கலப்பு கலாச்சாரங்களுடன் தடுப்பூசி போடப்பட்ட எம். இ. எஸ். க்கு-0.6 மற்றும்-1.0 வி மற்றும் எஸ். எச். இ. க்கு இடையிலான சாத்தியக்கூறுகள் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, பின்னர் அவை அசிட்டோஜெனிக் மற்றும் மெத்தனோஜெனிக் நுண்ணுயிரிகளால் உறிஞ்சப்பட்டு கார்பன் டை ஆக்சைடைக் குறைக்கின்றன. குறைந்த எதிர்மறை ஆற்றல்களில் கார்பன் டை ஆக்சைடு குறைப்பு,-0.4 வி மற்றும் எஸ். எச். இ இன் தத்துவார்த்த ஆற்றலை விட அதிகமாக, ஸ்போரோமுசா போன்ற குறிப்பிட்ட நுண்ணுயிரிகளுக்கு நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது, இருப்பினும் இது கேத்தோடில் இருந்து நேரடி எலக்ட்ரான் உறிஞ்சப்படுவதா அல்லது மின்முனையின் மேற்பரப்பில் சாதகமான வெப்ப இயக்கவியலுக்கு காரணமா என்பது இன்னும் விவாதிக்கப்படுகிறது. எம்இஎஸ் பற்றிய பெரும்பாலான ஆய்வுகள் சுற்றுப்புற (சுமார் 20 டிகிரி செல்சியஸ்) அல்லது மெசோபிலிக் (சுமார் 35 டிகிரி செல்சியஸ்) கீழ் செய்யப்பட்டுள்ளன, ஆனால் இந்த செயல்முறை தெர்மோபிலிக் நிலைமைகளின் (50-70 டிகிரி செல்சியஸ்) கீழ் சாத்தியமானது என்று நிரூபிக்கப்பட்டது. நடுநிலை அல்லது சற்றே அமில pH (5.5-7.0) அசிட்டிக் அமிலமாக CO2 மாற்றத்திற்கு உகந்ததாக காட்டப்பட்டது, இருப்பினும் குறைந்த pH, அல்லது புரோமோஈத்தேன் சல்போனிக் அமிலம் (பிஇஎஸ்ஏ) போன்ற தடுப்பான்களின் பயன்பாடு, மெத்தனோஜெனீசிஸ் தொடங்குவதைத் தவிர்க்க தேவைப்படுகிறது. எம்இஎஸ்ஸிலிருந்து பெறப்படும் இரசாயன சேர்மங்கள் பாலிமெரிக் பொருட்கள், டீசல் அல்லது மண்ணெண்ணெய் போன்ற தயாரிப்புகள், பிளாஸ்டிசைசர்கள் மற்றும் பல தொழில்களில் உயவூட்டும் முகவர்கள் போன்ற கீழ்நிலை தொழில்துறை பொருட்களின் உற்பத்திக்கு முன்னோடிகளாகப் பயன்படுத்தப்படலாம். உருவம். 3. கழிவு நீரோடைகளை சுத்திகரிப்பது மற்றும் அதிக மதிப்புள்ள பொருட்கள் உருவாக்கம் ஆகியவற்றைக் காட்டும் எம். இ. எஸ் இன் திட்டவட்டங்கள். அசிட்டேட், பியூட்டிரேட் மற்றும் லாக்டேட் போன்ற பல கரிம சேர்மங்கள் பெரும்பாலும் கழிவுநீர் ஆலைகள் மற்றும் நொதித்தல் அலகுகளின் கழிவுகளில் உள்ளன. இந்த ஆர்கானிக்ஸ் மதிப்புமிக்க தயாரிப்புகள், ஆனால் அவற்றின் குறைந்த செறிவு காரணமாக, பிரித்தெடுத்தல் செலவு குறைந்த விருப்பமல்ல. எனவே, இந்த குறுகிய சங்கிலி கார்பாக்சிலிக் அமிலங்களை நீண்ட சங்கிலி அமிலங்கள் மற்றும் பிற பயனுள்ள தயாரிப்புகளாக மாற்றுவதற்கு எம்இஎஸ் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது. குறைந்த வள செலவு ஊட்டங்களிலிருந்து அதிக மதிப்புள்ள சேர்மங்களைப் பெற முடியும் என்றாலும், தற்போதைய தொழில்நுட்பங்களுடன் ஒப்பிடுகையில் ரெடாக்ஸ் திறனைக் கட்டுப்படுத்துவதும் கேத்தோட்களுக்கு மின்னோட்டத்தை வழங்குவதும் பொருளாதார ரீதியாக சாத்தியமானதா என்பதை ஒப்பிட ஆய்வுகள் தேவைப்படுகின்றன. ஆயினும்கூட, இந்த தொழில்நுட்பத் தளத்தில் மேலும் மேம்பாடுகள் எதிர்கால உயிரி பொருளாதாரத்தின் பல அடிப்படை சவால்களை சமாளிக்க உதவும். எச்2 உற்பத்திக்கான நுண்ணுயிர் மின்னாற்பகுப்பு ஹைட்ரஜன் உற்பத்திக்கு பயன்படுத்தப்படும்போது, அனைத்து கரிமப் பொருட்களையும் கார்பன் டை ஆக்சைடு மற்றும் ஹைட்ரஜன் வாயுவாக மாற்றுவதற்கான ஆற்றல் தடையை கடக்க எம். இ. சி ஒரு வெளிப்புற மின் ஆதாரத்தால் நிரப்பப்பட வேண்டும். ஒரு நிலையான எம்எஃப்சி ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்யும் எம்இசி ஆக மாற்றப்படுகிறது, இது> 0.14 வி ஹைட்ரஜன் குமிழிகள் கேத்தோடில் உருவாகி எரிபொருள் ஆதாரமாக பயன்படுத்த சேகரிக்கப்படுகின்றன. சாதாரண எம்எஃப்சிகளைப் போல மின்சாரம் உற்பத்தி செய்யப்படுவதற்குப் பதிலாக பயன்படுத்தப்பட்டாலும், ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்வதற்கான இந்த முறை திறமையானது, ஏனெனில் அனோடில் உள்ள பாக்டீரியாவால் உருவாக்கப்படும் புரோட்டான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களில் 90 சதவீதத்திற்கும் அதிகமானவை ஹைட்ரஜன் வாயுவாக மாற்றப்படுகின்றன. எம்எஃப்சிகளின் உள்ளார்ந்த குறைந்த சக்தி அம்சத்தை சமாளிக்க ஹைட்ரஜனை திரட்டி பின்னர் பயன்படுத்த சேமிக்க முடியும். நுண்ணுயிர் இரசாயன உயிரியக்க வாயுவை சிஎச்4 ஆக மேம்படுத்துதல் நுண்ணுயிர் இரசாயனக் குறைப்பு என்ற கருத்து கார்பன் டை ஆக்சைடை மாற்றுவதை உள்ளடக்கியது, இது காற்றில்லா செரிமானியில் உற்பத்தி செய்யப்படும் உயிரியக்க வாயுவின் ஆற்றல் நிறைந்த கூறாகும், இது மீத்தேனின் ஆற்றல் நிறைந்த கூறாகும். ஒரு எம். இ. எஸ்ஸில் கார்பன் டை ஆக்சைடு, புரோட்டான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்கள் (மின்சாரத்திலிருந்து) இடையேயான இரசாயன எதிர்வினை மூலம் இந்த குறைப்பு சாத்தியமாகும். இது பவர்-டு-கேஸ் தொழில்நுட்பம் என்று அழைக்கப்படுகிறது, இது மின் வேதியியல் அலகுகள் தொழில்துறை கழிவுகள் மற்றும் மிக முக்கியமாக தொழில்துறை CO2 உமிழ்வுகளுக்கான கார்பன் மூழ்கிகளாக செயல்பட அனுமதிக்கிறது. அமின் ஸ்க்ரப்பிங் அல்லது பிரஷர் ஸ்விங் உறிஞ்சுதல் போன்ற விலையுயர்ந்த நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி கார்பன் டை ஆக்சைடை அகற்ற வேண்டிய அவசியமில்லாமல் இயற்கை எரிவாயுவுக்கு ஒத்த தரத்துடன் உயிரி எரிவாயுவை பவர்-டு-கேஸ் தொழில்நுட்பம் உருவாக்குகிறது. நீர் உப்புநீக்கம் கடல் நீர் உப்புநீக்கம் மற்றும் குடிநீருக்குப் பயன்படுத்தப்படும் உவர்நீர் ஆகியவை எப்போதும் குறிப்பிடத்தக்க சிக்கல்களை முன்வைத்துள்ளன, ஏனெனில் நீரில் இருந்து கரைந்த உப்புகளை அகற்ற தேவையான ஆற்றல் அளவு உள்ளது. மாற்றியமைக்கப்பட்ட எம்எஃப்சியைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், இந்த செயல்முறை வெளிப்புற மின் ஆற்றல் உள்ளீடு இல்லாமல் தொடர முடியும். ஒரு நிலையான எம்எஃப்சியின் இரண்டு மின்முனைகளுக்கு இடையில் மூன்றாவது அறையைச் சேர்த்து அதை கடல் நீரால் நிரப்பும்போது, உயிரணுவின் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகள் முறையே நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை உப்பு அயனிகளை ஈர்க்கின்றன, மேலும் உப்பை கடல் நீரில் இருந்து அரை ஊடுருவக்கூடிய சவ்வுகளைப் பயன்படுத்தி வடிகட்டலாம். ஆய்வக வேலைகளில் உப்பு அகற்றும் திறன் 90 சதவீதம் வரை பதிவு செய்யப்பட்டுள்ளது. பயோசென்சர்கள் எம்எஃப்சிகள் உயிரியல் கழிவு சுத்திகரிப்பு பிரிவின் கண்காணிப்பு மற்றும் கட்டுப்பாட்டில் பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளன, ஏனெனில் அவை எம்எஃப்சியின் கூலாம்பிக் விளைச்சல் மற்றும் கழிவுநீரில் உள்ள கரிமப் பொருட்களின் வலிமை ஆகியவற்றின் தொடர்பு காரணமாக பயோசென்சர்களுக்கான அளவீடுகளாக செயல்படுகின்றன. ஷெவனெல்லா நுண்ணுயிரியை அடிப்படையாகக் கொண்ட அமைப்புகள் கழிவுநீரில் உயிரியல் ஆக்ஸிஜனின் தேவையை அளவிடுவதற்கான சென்சார்களாக வாக்குறுதியைக் காட்டுகின்றன. ஹைட்ரஜன் அல்லது நறுமண அசுத்தங்கள் போன்ற மின்சார உற்பத்திக்கு எலக்ட்ரான் நன்கொடையாளர்களாக செயல்படக்கூடிய பிற சேர்மங்களைக் கண்டறிய இந்த கருத்தை உடனடியாக விரிவுபடுத்தலாம். மேலும், இத்தகைய சென்சார்கள் ஆறுகளில் உள்ள நச்சுப்பொருட்களின் குறிகாட்டிகளாகவும், கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பு நிலையங்களின் நுழைவாயிலிலும், மாசுபாடு அல்லது சட்டவிரோத குப்பைகளைக் கண்டறிவதற்கும் அல்லது மாசுபட்ட தளங்களில் ஆராய்ச்சி செய்வதற்கும் மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும். மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் தொடர்புடைய துறைகளின் வளர்ச்சியுடன் மின்னணு சாதனங்களுக்கான மின் தேவை வெகுவாக குறைந்துள்ளது. எம்எஃப்சிகள் தொலைதூரப் பகுதிகளிலிருந்து தரவைச் சேகரிக்கும் குறைந்த-சக்தி சென்சார்களை இயக்க முடியும். இயற்கையாகவே வண்டலில் வளரும் காற்றில்லா பாக்டீரியாக்கள் சிறிய மின்னோட்டத்தை உற்பத்தி செய்கின்றன, இது சென்சாருக்கான ஆற்றலை சேமிக்க ஒரு மின்தேக்கியை சார்ஜ் செய்ய பயன்படுத்தப்படலாம். ஒரு பாரம்பரிய மின்கலனை விட ரிமோட் சென்சிங்கில் எம்எஃப்சியைப் பயன்படுத்துவதன் ஒரு முக்கிய நன்மை என்னவென்றால், பாக்டீரியா இனப்பெருக்கம் செய்கிறது, இது எம்எஃப்சிக்கு பாரம்பரிய மின்கலன்களை விட கணிசமாக நீண்ட ஆயுளை அளிக்கிறது. இதனால் சென்சார் பராமரிப்பு இல்லாமல் பல ஆண்டுகளாக தொலைதூரப் பகுதியில் தனியாக விடப்படலாம். இதன் விளைவாக நம்பகமான எம்எஃப்சிகளை உருவாக்குவதற்கான விரிவான ஆராய்ச்சி, பெரும்பாலும் ஆற்றல் ஆதாரங்களாகப் பயன்படுத்தக்கூடிய பொருத்தமான கரிம மற்றும் கனிமப் பொருட்களைத் தேர்ந்தெடுப்பதில் கவனம் செலுத்துகிறது. நுண்ணுயிர் தற்போதைய உற்பத்தி பயோஃபில்ம் அல்லது கழிவுநீர் அடிப்படையிலான தொற்றுநோயியலுக்கான மருந்து திரையிடலுக்கான பயோஎலெக்ட்ரோகெமிக்கல் சென்சார்களுக்கும் பொருந்தும். மேலும் காண்க ஜியோபாக்டர் பாக்டீரியா நானோவைர்கள் எக்ஸோ எலக்ட்ராஜன் பயோ எலக்ட்ரோ கெமிக்கல் உலை குறிப்புகள் உயிர் இயற்பியல்