Célula a Combustível do tipo Microbiana alimentada com efluente de laticínios: Estudo da recuperação de energia e do potencial remediador em sistemas de compartimento único

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Marassi, Rodrigo José
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Bioelectrochemistry; Bioeletroquímica; Célula a combustível microbiana; Dairy wastewater treatment; Eletrogenic microorganisms; Microbial Fuel Cell; Microorganismos eletrogênicos; Remoção de toxicidade; Toxicity Removal; Tratamento de efluentes lácteo
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97140/tde-25082021-131022/

As Células a Combustível do tipo Microbiana (MFC) são dispositivos bioeletroquímicos capazes de produzir energia elétrica direta a partir do uso de micro-organismos eletrogênicos como catalisadores de uma reação de oxidação do substrato. Atualmente, as pesquisas em MFCs estão focadas no uso de substratos que normalmente são passivos ambientais como os efluentes líquidos, os quais são tratados ao mesmo tempo em que ocorre a geração de energia. Neste contexto, o efluente de laticínios tem chamado a atenção por apresentar uma composição favorável para o emprego em MFCs, como alta quantidade de matéria orgânica biodegradável, alta condutividade iônica e concentrações significativas de nutrientes. Por outro lado, no intuito da difusão da MFC como tecnologia de tratamento de efluentes de laticínios ainda são necessários estudos para melhorar o desempenho na produção de energia e estudos mais completos que se aprofundam nas questões de remoção de poluentes inorgânicos e de remoção de toxicidade do efluente lácteo. Por esta razão, a presente tese foi desenvolvida com a construção de quatro diferentes modelos de MFCs, ainda não explorados, para produção de energia elétrica direta com a remoção de poluentes a partir do efluente lácteo. As MFCs de catodo ao ar foram construídas nas arquiteturas: tubular com circulação interna (TCI), tubular como biofiltro (TB), tubular híbrida com fluxo ascendente (THA) e, por fim, um modelo cúbico de fluxo ascendente (CA) para o estudo em ampliação de escala. Os sistemas foram conduzidos em modo semi-continuo de alimentação com longo tempo de operação e usando na partida o consórcio das bactérias eletrogênicas Shewanella oneidenisis e Clostridium butyricum. Como resultados, as MFCs produziram o potencial de ciruito aberto de 649 mV, 540 mV, 616 mV e 583 mV que resultaram em altas densidades de potências com valores de 1,3 W/m3, 1,1 W/m3, 0,5 W/m3 e 3,5 W/m3 para TCI, TB, CA e THA, respectivamente. Em termos de tratamento, as MFCs apresentaram altos desempenhos de remoção de DQO e DBO com valores superiores a 90%, exeto a MFC- TCI que removeu 62% para DQO e 46% para DBO. Em relação aos nutrientes (nitrogênio e fósforo), as MFCs TB e THA tiveram os melhores desempenhos com 85% e 43% para remoção de nitrogênio, e 92% e 95% para remoção de fósforo, respectivamente. As MFCs também apresentaram altas eficiências para remoção de nitrato e sulfato. Testes de toxicidade aguda utilizando o organismo Daphnia similis foram aplicados para as MFCs TB, CA e THA. Nestes testes, os efluentes tratados não apresentaram efeitos agudo tóxico em nenhum caso. Testes de toxicidade crônica usando o organismo Raphidocelis subcapitata foram aplicados na MFC THA. Neste caso, os testes revelaram efeito crônico para concentração de 40% de efluente tratado, que devem ser estudados em direção de sua remoção. Esses resultados demonstraram que é possível utilizar MFCs para produção de energia elétrica simultaneamente ao tratamento de efluente lácteo, com destaque para MFC tubular híbrida de fluxo ascedente (THA).