Otimização de parâmetros de construção e operação de células de energia microbiana aplicadas à remoção de sulfato.
Nenhuma Miniatura disponível
Data
2021
Autores
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Resumo
A tecnologia das células de energia microbiana (CEM) explora a capacidade de alguns microorganismos
transferirem os elétrons produzidos durante a oxidação da matéria orgânica para
um anodo, na forma de uma célula eletroquímica. Nesta tese foram estudadas CEM visando a
remoção de sulfato e concomitante geração de potencial elétrico e remoção de DQO. O foco
principal do trabalho foi estudar o impacto dos seguintes parâmetros de engenharia, nas
respostas citadas: (i) utilização de carvão de ossos como material de preenchimento da câmara
anódica; (ii) tipo de fonte de carbono; (iii) relação DQO/SO4
2- e (iv) tipo de membrana
separadora. A utilização do carvão de ossos e o tipo de fonte de carbono foram inicialmente
estudados em uma etapa de triagem utilizando o planejamento fatorial completo 22. Nesta etapa,
a utilização de lactato como fonte de carbono gerou uma densidade de potência média de
13,3 mW m-3 (com ou sem carvão na câmara anódica), enquanto com lactose, a CEM com
carvão atingiu 5,6 mW m-3 e a CEM sem carvão não ultrapassou 0,8 mW m-3 durante todo o
ensaio. No caso da remoção de DQO e SO4
2-, as CEM com carvão também mostraram os
melhores resultados, com destaque para a lactose como fonte de carbono, alcançando 95% de
remoção de DQO e 90% de remoção de SO4
2-. Em seguida, diferentes membranas separadoras
foram testadas e, neste caso, foi aplicada análise de componentes principais (PCA), a qual
indicou que as maiores contribuições para a geração de potencial foram referentes às
membranas de microfiltração e látex, ambas atingindo 26,7 mW m-3. Definida a utilização do
carvão de ossos na câmara anódica e a lactose como fonte de carbono, seguiu-se à otimização
da massa de carvão utilizada e da relação DQO/SO4
2- para as respostas (i) geração de potencial
elétrico; (ii) remoção de DQO e (iii) remoção de SO4
2-. A etapa de otimização foi aplicada para
ambas as construções (membrana de microfiltração e látex) e foi utilizada a metodologia da
superfície de respostas com planejamento Doehlert. As análises estatísticas mostraram que é
possível aumentar a densidade de potência volumétrica em até 42% em relação à triagem e
atingir remoções de sulfato acima de 1400 mg L-1 (70%), em CEM com membrana de
microfiltração. E no caso da CEM com membrana de látex, houve um incremento de 20% na
densidade de potência volumétrica e a remoção de sulfato chegou a 1800 mg L-1 (90%) No
entanto, a remoção de DQO não foi otimizada, em ambos os casos, mas alcançou remoções da
ordem de 70%. A partir das condições otimizadas, foi feita a determinação dos ácidos graxos
voláteis sendo proposto um mecanismo preliminar para a degradação da lactose e interação
entre a remoção de sulfato e a geração de eletricidade. A glicose oriunda da lactose é fermentada
a butirato e este é consumido na redução de sulfato, gerando acetato que é utilizado
preferencialmente pelos micro-organismos eletrogênicos. Esse processo foi incialmente
acompanhado da elevação nos potenciais elétricos. Esta observação sugere que a presença de
BRS homoacetogênicas em CEM é fundamental para a geração do acetato usado na
eletrogênese. Por fim, o efluente das CEM foi utilizado para precipitar arsênio, sendo alcançado
80% de remoção deste metaloide. Esta tese mostrou a versatilidade dos sistemas
bioeletroquímicos, em especial das células de energia microbianas no tratamento de efluentes
complexos concomitante à geração direta de eletricidade.
Descrição
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto.
Palavras-chave
Lactose, Arsênio, Bioquímica - sistemas bioeletroquímicos, Bactérias redutoras de sulfato, Metodologia de superfície de resposta
Citação
RODRIGUES, Isabel Cristina Braga. Otimização de parâmetros de construção e operação de células de energia microbiana aplicadas à remoção de sulfato. 2021. 195 f. Tese (Doutorado em Engenharia Ambiental) - Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2021.