Estudo cinético de um sistema de células de combustível microbianas

Dissertação de mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2017Nos países desenvolvidos a energia usada nos processos de tratamento de águas residuais municipais representa cerca de 1,5 % do consumo de energia total e este valor continua a crescer. As Células de Combustível Microbianas (CCM) representam uma potencial alternativa para o tratamento secundário de águas residuais, com a vantagem de produzirem energia elétrica à medida que a matéria orgânica é consumida. O principal objetivo deste trabalho experimental é retomar a operação dos protótipos que estiveram armazenados a 4 ºC durante cerca de um ano. Anteriormente operaram durante um ano, alimentados com água residual primária, onde se testou separadores de materiais diferentes., verificando quais as maiores dificuldades encontradas, para reiniciar a atividade biológica adequada na câmara anódica. Uma vez recuperada a atividade o passo seguinte foi a realização de um estudo cinético. Investigou-se como a performance das CCMs tanto em termos da produção de energia como de remoção de Carência Química de Oxigénio (CQO), depende do regime de alimentação, pela variação da taxa de fluxo das águas residuais e concentração de CQO. O trabalho experimental iniciou-se num sistema de CCM tubular de câmara única preenchido com Granulometria de Carvão Ativado (GAC) em modo de fluxo contínuo. Foram testados e comparados três tempos de contacto do afluente com o GAC (3, 12 e 36 horas), com diferentes cargas orgânicas, (2,27 g/L e 1,14 g/L de acetato de sódio tri-hidratado, sem adição de substrato para os protótipos 1 e 2; soro de queijo diluído 1:10 e 1:20 suplementado com água residual e sem adição de soro, para o protótipo do Soro). O desempenho é aferido através do traçado de curvas de polarização, curvas de potência e da percentagem de remoção da Carência Química de Oxigénio (CQO). Conclui-se que em alguns testes as eficiências de remoção de CQO são próximas das presentes na legislação em vigor, contudo obteve-se baixas densidades de potência tendo em conta as presentes na literatura. Tanto o Tempo de Contacto em Leito Vazio (EBCT) como a concentração de carga orgânica comprovaram ser parâmetros a ter em conta relativamente ao tratamento de águas residuais, no entanto o comportamento das CCMs quando o substrato utilizado foi o soro de queijo o estudo foi inconclusivo