Integracion de la Electrocoagulacion en Celdas de Combustion Microbianas.
Tratamiento de Aguas Residuales
Tratamiento Primario : Remoción de objetos grandes del agua (botellas, algodón, pañales, etc.) y separación de la materia solida macrobiótica del agua de desecho (cribado, desarenadores, sedimentación, etc.).
Desarenador
Tratamiento Secundario: Tratamiento biológico y químico de la materia orgánica disuelta presente en el agua residual, transformándola en solidos suspendidos que se eliminan fácilmente (Reactores biológicos, sedimentadores secundarios etc.).
Lodos Activados
Tratamiento Terciario: Remoción de contaminantes como microfiltración o desinfección (Ozonificación, cloración, osmosis inversa, UV, etc.).
Camara de Contacto de Cloro
Celda de Combustion Microbiana
Una de las alternativas más innovadoras ha sido el aprovechamiento de iones que se producen a causa del metabolismo bacteriano, su uso como fuente electroquímica y recargable genera un diferencial de potencial útil sin necesidad de dispositivos complejos.
Existen en la actualidad CCMs de dos cámaras y la de una sola cámara. Las CCMs de dos cámaras consisten en dos compartimientos separados que se puedan ser inoculados con cualquier tipo de líquido.Uno de estos tipos de CCM son las que produce electricidad mediante la adición de puentes o enlaces de electrones para poder lograr la transferencia de los electrones al electrodo, mientras que el otro tipo de CCM no requiere la adición compuestos químicos exógenos. (Rodríguez, 2014)
Estructura Básica de una Celda de Combustión Microbiana
Consta principalmente de dos cámaras, una catódica y una anódica, separadas por una membrana de intercambio de protones (MIP) y con un electrolito, que es el medio de transporte iónico. En la cámara anódica (electrodo positivo), los microorganismos oxidan los compuestos orgánicos generando electrones y protones, los últimos atraviesan la MIP y se difunden hacia el cátodo a través del electrolito. Una vez en la cámara catódica, ocurre la reducción del oxígeno por su combinación con los electrones y protones producidos en el ánodo. Además, los protones se unen con el oxígeno, para formar agua (Logan, 2006).
Electrodos (cátodo y ánodo)
Para los electrodos se pueden utilizar diferentes materiales como cobre, platino, grafito u otros.
• Ánodo: En su caso específico, los materiales que lo forman deben ser conductores, biocompatibles y estables. Por otra parte, el material de electrodos más versátil es el carbón, en forma de láminas compactas de grafito, barras o gránulos, como carbono vítreo y material fibroso (fieltro, tela, papel, fibras espuma). Igualmente se puede emplear el cobre, al ser accesible y práctico.
• Cátodo: El oxígeno es el más viable aceptor de electrones por su poder oxidante, abundancia, disponibilidad, bajo costo, sustentabilidad y mínima cantidad de desperdicios químicos generados puesto que el producto final es agua. Asimismo, es posible usar zinc, por su relativa estabilidad.
Membrana
La membrana como componente del sistema impide el paso de electrones de la cámara anódica a la catódica y deja pasar los protones. Puede ser de varios tipos: membrana de intercambio de protones, membrana de ultrafiltración, puente salino y otros materiales para filtrado. La membrana más ampliamente utilizada es la MIP y entre ellas es muy común la Nafion, que muestra una alta permeabilidad a los protones.
Sustrato
Constituye el combustible a partir del cual se genera la energía. En la literatura científica se encuentran diversos trabajos en los que se emplea una gran variedad de sustratos, desde compuestos puros como glucosa, acetato, sacarosa, lactosa, almidón; hasta mezclas complejas, con el fin de utilizar la biomasa presente como método de biorremediación y generar energía. ic
Microorganismos
Son fundamentales en la transferencia de electrones, un proceso que ocurre en la célula misma, de la célula hacia el electrodo y del electrodo a la célula; por lo tanto, estudiar sus interacciones, identificarlos y establecer su función en este proceso, aporta al conocimiento básico y al futuro mejoramiento del desempeño de estos sistemas (Liu, 2004).
Coagulacion
La coagulación es un proceso que permite incrementar la tendencia de las partículas de agregarse unas a otras para formar partículas mayores y asi precipitar más rápidamente. Los coagulantes son agentes que ayudan a la precipitación. Muchas partículas, como los coloides son sustancias tan pequeñas que no sedimentaran en un tiempo razonable y además no pueden ser eliminadas por filtración.
Dispositivo de Jarras para Coagulacion - Floculacion
Las fuerzas de atracción y de repulsión son las responsables de la estabilidad de las partículas de los contaminantes. Estas fuerzas se reducen mediante la adicción de productos quimicos o coagulantes, lo que permite la interacción de partículas mediante la agitación física. La mezcla rápida permite la dispersión en el agua del producto químico y promueve el choque de partículas, lo que hace que las partículas se agrupen para formar flóculos.
La coagulacion es un proceso que implica muchas reacciones de trasferencia de masa El proceso contra de varias etapas:
1. La desestabilización de las partículas.
2. La interacción contaminante coagulante.
3. Favorecer la agrupación de partículas (floculacion).
Reacciones Quimicas Durante el Proceso de Coagulacion
Electrocoagulación
Electrocoagulacion: La electrocoagulación es un proceso que aplica los principios de la coagulación–floculación en un reactor electrolítico. Este es un recipiente dotado de una fuente de corriente y varios electrodos encargados de aportar los iones desestabilizadores de partículas coloidales que reemplazan las funciones de los compuestos químicos que se utilizan en el tratamiento convencional. (Morante, 2002)
Las variables que influyen en este proceso son tipo de electrodo, distancia entre ellos, tipo de flujo por lotes o continuo, voltaje y corriente, tiempo, temperatura de celda.
Reacciones Quimicas en la Electrocoagulacion
Comparacion de diversos autores sobre la interpretacion de la Electrocoagulacion en Tratamiento de Aguas Residuales.
Reactor Electrolitico: El reactor electrolítico, donde se realiza la EC, es un recipiente de termoplástico que consta de una fuente de energía para inducir la corriente eléctrica y de los electrodos dispuestos de forma intercalada dentro del reactor, estos van cubiertos por el agua a tratar
Bosquejo general de un Reactor Electrolitico
Ecuaciones de Diseño de un Reactor Electrolitico