Diseño y ejecución de un prototipo de celda de combustible microbiana para el tratamiento de aguas residuales y generación de gas metano a partir de residuos en una vivienda rural promedio en el departamento de Boyacá.

Luego de los cambios ocurridos en el mundo tras la tecnificación y la mercantilización de nuestra vida en sociedad, las zonas rurales se han visto gravemente afectadas, pues la calidad de vida con la que cuentan la gran mayoría de habitantes es baja, debido a la falta de servicios públicos como la recolección y manejo de aguas residuales y el suministro de gas natural. Razón por la cual la implementación de tecnologías individuales, eficientes, económicas y de larga duración se han convertido en una alternativa sostenible para cubrir estas necesidades en las zonas de difícil acceso. Este es el caso de las celdas de combustible microbiano, que generan energía eléctrica mediante el transporte de electrones, a partir de procesos bacterianos que contribuyen de manera eficaz al tratamiento de aguas residuales de diferente origen, pues además producen gas metano a partir de los procesos de fermentación. En la presente investigación se diseñó un prototipo a escala laboratorio de una celda combustible bacteriana, para tratar el agua residual de las viviendas rurales y obtener una generación energética y de gas metano a partir de los procesos realizados. Para ello se realizó la caracterización físico-química del agua residual antes y después del proceso de tratamiento y se determinó el potencial que poseen los residuos de una vivienda promedio para generar gas metano, de igual manera se modificaron variables denominadas independientes para aumentar la eficiencia de la celda, que a su vez se evidencian en las variables dependientes; con el fin de obtener en su efluente con valores permisibles establecidos por la Resolución 631 del año 2015. Durante el desarrollo de las fases experimentales la generación máxima de Voltaje se dió en la celda de la Fase IV con un valor 379,5 mV. De igual manera la mayor reducción de la Demanda Biológica de Oxígeno se obtuvo en esta fase con un porcentaje de remoción del 89,8% para el Cátodo y 65,1% para el Ánodo. Se concluyó que la combinación optima de sustratos entre heces bovinas y aguas residuales domésticas, y el área óptima de los electrodos fue de 0,02833 m2 para un volumen de 1 litro. De igual manera se concluyó que un aumento del volumen de la celda debe estar directamente relacionada con la cantidad de electrodos y el área de la membrana a utilizar. Así mismo se evidencia que es necesario realizar una aclimatación rápida y eficiente de los sustratos para acortar el tiempo en obtener una fase exponencial en la generación de energía y gas metano.

After the changes that have occurred in the world after the modernization and commercialization of our life in society, rural areas have been seriously affected, since the quality of life that the vast majority of inhabitants have is low, due to the lack of public services such as the collection and management of wastewater and the supply of natural gas. This is why the implementation of individual, efficient, economical and long-lasting technologies have become a sustainable alternative to meet these needs in hard-to-reach areas. This is the case of microbial fuel cells, which generate electrical energy through the transport of electrons, from bacterial processes that effectively contribute to the treatment of wastewater of different origin, since they also produce methane gas from the process’s fermentation. In this research, a laboratory-scale prototype of a bacterial fuel cell was designed to treat wastewater from rural homes and obtain energy and methane gas generation from the processes carried out. For this, the physical-chemical characterization of the wastewater was carried out before and after the treatment process and the potential that the waste of an average house has to generate methane was determined, in the same way, variables called independent were modified to increase the efficiency of the cell, which in turn is evidenced in the dependent variables; in order to obtain in its effluent with permissible values established by Resolution 631 of 2015. During the development of the experimental phases, the maximum voltage generation was in the cells of Phase IV with a value of 379.5 mV. In the same way the greatest reduction in the Biological Oxygen Demand was obtained in this phase with a removal percentage of 89, 8% for the Cathode and 65.1% for the Anode. It was concluded that the optimum combination of substrates for power generation was bovine feces and domestic wastewater, and the optimal electrode area was 0.02833 m2 for a volume of 1 liter. Likewise, an increase in the volume of the cell must be directly related to the number of electrodes and the area of the membrane to be used. Besides it is necessary to perform a fast and efficient acclimatization of the substrates to shorten the time to obtain an exponential phase in the generation of energy and methane gas.

Ingeniero Ambiental

Pregrado