Tratamento de águas residuárias em células a combustível microbianas e geração de energia elétrica direta: fundamentos e aplicação

Autor(es)

Eduardo Dellosso Penteado

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/SBD)
• Data de defesa: 2016-04-08

Membros da banca

Ernesto Rafael Gonzalez; Eugenio Foresti; Marcelo Loureiro Garcia; José Joaquín Linares León; Valeria Reginatto Spiller

• Orientador: Ernesto Rafael Gonzalez

Resumo

Neste trabalho avaliou-se a influência das condições operacionais da célula a combustível microbiana (CCM) na remoção de matéria orgânica de águas residuárias e na geração de energia elétrica direta. As Hipóteses 1, 2 e 3 verificaram respectivamente as influências do tempo de detenção hidráulica (TDH), das condições mesofílica (25 ºC) e termofílica (55 ºC) de temperatura e da razão de recirculação (R) do efluente no cátodo da CCM (0, 1, 3 e 5) na geração de energia elétrica, na adesão e na comunidade microbiana e na remoção de DQO em CCM sem membrana de íon seletiva alimentada com água residuária sintética a base de sacarose. As Hipóteses 1, 2 e 3 foram aceitas. A redução do TDH permitiu maior geração de energia e dominância na comunidade microbiana e menor adesão da comunidade microbiana ao eletrodo. Enquanto que longos TDH removeram mais DQO, porém geraram menores valores de tensão elétrica. As condições termofílicas apresentaram maiores valores de tensão elétrica gerada e maior dominância da comunidade microbiana e menor adesão microbiana ao eletrodo e eficiência de remoção de DQO. A constante cinética aparente em condição termofílica ( 0,035 h-1) foi duas vezes menor que em condição mesofílica ( 0,083 h-1). O aumento da R melhorou a geração de energia e a remoção de DQO, pois houve melhor transferência de massa do meio líquido para os microrganismos e do meio gasoso para liquido e menor concentração de biomassa aderida ao eletrodo do cátodo aumentando a tensão elétrica gerada. Na Hipótese 4, verificou-se o uso e o efeito do TDH no tratamento de vinhaça de cana de açúcar em CCM sem membrana trocadora de íon seletivo operada em condição termofílica. A CCM foi capaz de remover a matéria orgânica da vinhaça de cana de açúcar e gerar energia elétrica direta, validando a Hipótese 4. As hipóteses 5, 6 e 7 avaliaram as influências da relação DQO, nitrogênio e fósforo da água residuária de produção de vinho, do tempo de retenção celular (TRC) e da configuração do eletrodo no desempenho de CCM de duas câmaras usando membrana de íon seletivo. Acataram-se as hipóteses 5, 6 e 7. O desbalanceamento entre DQO, nitrogênio e fósforo da água residuária de produção de vinho é um dos principais obstáculos para o uso desta tecnologia e a relação de DQO:N:P de 700:10:1 tem elevado potencial para gerar energia elétrica direta em CCM, embora não seja eficiente na remoção de matéria orgânica. A geração de energia aumenta com a redução do TRC, visto que há seleção dos microrganismos eletrogênicos e aumento da carga orgânica volumétrica específica reduzindo a competição por substrato. Entretanto, o TRC não influenciou a remoção de matéria orgânica, pois somente uma pequena parte da DQO foi removida similar em todos os TRC. As características físicas do eletrodo como a porosidade, a rugosidade e a densidade de área do eletrodo e a biocompatibilidade do eletrodo são fatores determinantes para aumentar o desempenho da CCM. Entre os eletrodos estudados, o feltro de carbono foi o melhor material encontrado. (AU)

• Processo FAPESP: 11/23026-0 - Tratamento de águas residuárias em células a combustíveis microbianas e geração de energia elétrica direta: fundamentos e aplicação
• Beneficiário: Eduardo Dellosso Penteado
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado