Avaliação de célula à combustível microbiana para geração de eletricidade a partir da nitrificação e desnitrificação no tratamento de águas residuárias

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Nunes, Sabrina Candido
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Biocathode; Biocátodo; Bioelectrochemistry; Bioeletroquímica; Bioenergia; Bioenergy; Impedance; Impedância; Vinasse; Vinhaça
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/100/100136/tde-02102024-202424/

A célula à combustível microbiana (CCM) é uma tecnologia promissora, principalmente por possuir a capacidade de gerar energia elétrica limpa, a partir de águas residuárias. Porém, essa tecnologia ainda apresenta desafios e limitações para a geração de energia. Logo, a presente pesquisa teve por objetivo utilizar a rota de desnitrificação associada ao cátodo para superar limitações da reação de redução do oxigênio utilizando um reator modular. Três protótipos de reatores foram desenvolvidos e operados em fluxo contínuo, R1-Controle, R2-Nitrificante e R3-Desnitrificante. O estudo contou com 3 fases experimentais: Fase 1: Desenvolvimento dos protótipos das CCM, Fase 2: Inoculação e Monitoramento e Fase 3: Aumento da concentração de matéria orgânica. A avaliação da eficiência de remoção da matéria orgânica carbonácea e nitrogenada da água residuária simulando a vinhaça foi realizada por meio de análises físico-químicas. A eficiência de geração de energia e determinação das resistências internas foram feitas por técnicas eletroquímicas: curva de polarização, espectroscopia de impedância eletroquímica e voltametria cíclica. Os reatores bioeletroquímicos estudados apresentaram remoção de matéria orgânica de 75,9, 86,4 e 73,5% de DQO e 73,5, 74 e 77,5% de COT, e eficiência coulômbica de 5,3, 2,2 e 2,6%, respectivamente. Em termos de geração de energia os reatores obtiveram 3,65, 1,06 e 0,59 W m-3 de densidade de potência, a taxa de recuperação do nitrogênio foi de 68,7, 53,4 e 18,9%. Além disso, por meio da voltametria cíclica e dados físico-químicos identificou-se a presença de cátions aceptores de elétrons no ânodo (nitrito e nitrato), resultando na redução e não transferência de elétrons para o cátodo, levando a redução do potencial. Dessa forma, a estratégia de aumentar a concentração da matéria orgânica resultou em uma eficiência coulômbica de 1,05, 0,85 e 0,6%, respectivamente e remoção acima de 90% para o R1-Controle e R2-Nitricante e 70% para o R3-Desnitrificante, com 30 dias de operação. O desempenho dos reatores está diretamente associado a resistência de transferência de carga, apesar do aumento da eletroatividade do biofilme.