Desarrollo de una celda de combustible microbiana empleando nanopartículas de TiO2 como fotocatalizador para el tratamiento de agua residual y generación de energía eléctrica

Abstract

El impacto ambiental negativo que en la actualidad ha ocasionado la creciente demanda energética y su inadecuada generación condujo a impulsar y desarrollar tecnologías que den respuesta inmediata a dicha problemática, motivo por el cual se plantea este trabajo de tesis como una solución alternativa empleando a la celda de combustible microbiana (CCM) como una metodología encaminada a la generación eléctrica y biorremediación de agua contaminada. Para tal fin la CCM se desarrolla con un conjunto de configuraciones divididas en tres fases, la primera empleando únicamente agua residual el cual contenía bacterias heterótrofas (BH), la segunda fase utilizó el fluido contaminado con BH con adición de consorcio de microalgal y la tercera la implementación del residuo hídrico (BH), el cultivo mixto de microorganismos y además de nanopartículas de dióxido de titanio, que fueron empleados como fotocatalizador siendo posible evaluar su comportamiento y desempeño. El estudio se realizó por triplicado (volumen de 85 mL y área superficial de contacto al fluido de 63 cm2) para la formación de la biopelícula. En los resultados se observa que, para las muestras donde la configuración usada fue agua residual (BH) tratada con microalgas y el uso del fotocatalizador, la remediación fue mayor (25% en promedio) en comparación con la obtenida únicamente mediante el empleo de las bacterias heterótrofas, sin embargo, esto depende del tipo de contaminante a degradar debido a la variación en la concentración (P -69.1%, NH4 12.9%, DQO 29.4%, NO3 43.1%, NO2 94.7% respectivamente). Para el tratamiento con únicamente el consorcio microalgal la degradación de contaminantes decrece cuando no se utiliza fotocatalizador (en promedio 5.4% de nuevo en función del tipo de contaminante), pero se observa un incremento si se le compara con la degradación de contaminantes analizados conteniendo únicamente agua residual, no obstante, en el fósforo presente (P), presenta menor porcentaje de degradación con la adición del fotocatalizador debido a que el fósforo inhibe su absorción. Referente a la generación eléctrica, en las muestras analizadas que contenían bacterias heterótrofas en el agua residual, la producción fue de 52 mV. Para el agua tratada únicamente con el consorcio microalgal se notó un aumento a 105.7 mV. En este mismo sentido los datos logrados con microorganismos y el fotocatalizador muestran un valor mayor a los anteriores (125.8 mV). En promedio, el incremento eléctrico fue del 58.6% del inicio al final del estudio. Relativo a la eficiencia coulómbica, en las diversas fases se obtuvieron 7.09±0.04%, 5.05±0.01% y 6.54±0.01%, con una producción de 0.41, 1.488 y 2.371 mW/m2 respectivamente, para cada análisis. Finalmente, de acuerdo con los resultados obtenidos es posible concluir que el desempeño de la CCM con la configuración agua residual, microalgas y el uso de nanopartículas de TiO2 mejora el desempeño tanto eléctrico como en la remoción de contaminantes.