EVALUACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA AZUCARERA PARA APLICACIONES EN CELDA DE COMBUSTIBLE MICROBIANA

Abstract

Los desechos orgánicos como las aguas residuales tienen el potencial de ser utilizados como materia prima para generar productos y energía de alto valor. Para mejorar el rendimiento es razonable usar las bacterias propias de estos entornos. En esta tesis se ha estudiado el potencial de las aguas residuales de la industria azucarera como combustible en las CCM’s, así como la actividad electrogénica de los microorganismos presentes en estas aguas residuales. Este trabajo fue desarrollado en cinco etapas. En la primera etapa, se realizó el aislamiento y la clasificación de los microorganismos presentes en las aguas residuales. Solo dos microorganismos fueron encontrados Bacillus cereus BCC-1 y Bacillus subtilis BSC- 2. Por cuestiones de bioseguridad sólo la cepa B. subtilis BSC-2 fue utilizada como bioelectrógeno. En la segunda etapa se evaluó la capacidad B. subtilis BSC-2 para degradar la demanda química de oxígeno (DQO) en agua residual sintética. Para esto se estableció un diseño experimental con arreglo de factores (32). Los factores fueron pH y tiempo de retención hidráulica (TRH). En la tercera etapa se evaluó la generación de potencia en la CCM utilizando B. subtilis BSC-2. En esta etapa el sistema fue estudiado mediante la aplicación de la Metodología de Superficie de Respuesta (MSR) y los factores considerados fueron el pH y la resistencia externa (Rext). La máxima densidad de potencia de 402.55 ± 2.63 mW/m2 fue observada a pH de 8.6 y resistencia de 220 Ω. En las condiciones de operación optimizadas fue caracterizada la biopelícula de B. subtillis BSC-2 que creció sobre el ánodo y esta fue caracterizada por espectroscopía de infrarrojo cercano (FTIR), microscopía de barrido electrónico (SEM) y por voltamperometría cíclica se elucidó el mecanismo de transferencia de electrones. También fue estudiada la cinética de crecimiento y consumo de sustrato de B. subtilis BSC-2. Mediante el ajuste de los datos de crecimiento al modelo de Gompertz la tasa específica de crecimiento (μ) fue de 0.19 1/h. Mientras que, con el ajuste de los datos de consumo de sustrato al modelo de primer orden, la tasa de consumo de sustrato (k) encontrada fue de 0.019 1/h. Finalmente, en la quinta etapa se estudió el efecto dos configuraciones de CCM sobre la remoción de DQO, la eficiencia coulómbica y la generación de voltaje. Los mecanismos de remoción de DQO y EC siguen diferentes mecanismos tanto en una CCM de doble cámara (CCM-D) como en una CCM de una cámara (CCM-U). El trabajo desarrollado en esta tesis ha permitido comprobar, a escala de laboratorio, que las aguas residuales de la industria azucarera contienen microorganismos que pueden ser utilizados como bioelectrógenos en las CCM’s y que de las aguas residuales de la industria azucarera se puede producir energía.