“Uso de un filtro impreso de ácido poli láctico y tepojal como alternativa en celdas de combustible microbianas sin membrana con electrodos a diferentes distancias.”

Abstract

"El agua es un recurso indispensable para la vida y el desarrollo de las actividades humanas. Sin embargo, el crecimiento poblacional, la urbanización y las actividades industriales han incrementado la generación de aguas residuales, cuya descarga sin un tratamiento adecuado representa un riesgo para la salud pública y el medio ambiente. Por ello, el tratamiento de aguas residuales constituye una estrategia fundamental para reducir la contaminación de los cuerpos de agua y favorecer su aprovechamiento de manera segura (Metcalf & Eddy, 2014). Las aguas residuales provenientes de las actividades domésticas, comerciales e industriales son recolectadas mediante sistemas de alcantarillado y conducidas a plantas de tratamiento. Estas aguas están compuestas mayoritariamente por agua y una fracción menor de sólidos suspendidos y disueltos, entre los que se encuentran materia orgánica, materia mineral, nutrientes y otros contaminantes que pueden afectar la calidad de los cuerpos de agua receptores (Metcalf & Eddy, 2014). El tratamiento de las aguas tiene como finalidad disminuir la carga contaminante antes de su descarga o reutilización. Debido a la composición de las aguas residuales y a los riesgos asociados con su vertido sin tratamiento, este proceso resulta indispensable para prevenir la contaminación física, química, biológica y bioquímica de los cuerpos de agua receptores. Para ello, se emplean diferentes tecnologías de tratamiento que, de manera general, se clasifican en operaciones unitarias, basadas principalmente en principios físicos, y procesos unitarios, sustentados en mecanismos químicos y biológicos (Metcalf & Eddy, 2014). Dentro de los procesos empleados para el tratamiento de aguas residuales, los tratamientos biológicos se basan en la actividad metabólica de comunidades microbianas capaces de transformar los contaminantes presentes en el agua residual. Estos microorganismos participan en la degradación de la materia orgánica y en diferentes procesos asociados con la remoción de nutrientes, como nitrógeno y fósforo, por lo que las características y diversidad de las comunidades microbianas desempeñan un papel importante en la eficiencia de los sistemas de tratamiento biológico (Zhang et al., 2022). En los últimos años se han desarrollado diversas tecnologías bioelectroquímicas innovadoras. Entre ellas, las Celdas de Combustible Microbianas (CCM) han despertado un creciente interés debido a su potencial para integrar el tratamiento de aguas residuales con la recuperación de 6 energía, lo que las convierte en una alternativa prometedora para el desarrollo de procesos más sostenibles (Logan et al., 2006). En las CCM se han evaluado diferentes materiales porosos y sistemas de filtración como alternativas a las membranas convencionales, con el propósito de disminuir costos y mantener condiciones adecuadas para el transporte de especies entre las zonas anódica y catódica. El uso de separadores porosos puede modificar el transporte de oxígeno, la resistencia interna y, en consecuencia, el desempeño electroquímico del sistema, por lo que las características del material utilizado constituyen un aspecto relevante en el diseño de estos dispositivos (Patel et al., 2022). Asimismo, en sistemas sin membrana, la distancia entre el ánodo y el cátodo constituye una variable de diseño que puede modificar el desempeño del sistema. Madondo et al. (2023) evaluaron separaciones de 2, 4, 6 y 8 cm en una celda de combustible microbiana sin membrana y observaron que el desempeño mejoró al incrementar la separación hasta 6 cm, mientras que a 8 cm disminuyó la eficiencia. Estos resultados muestran que el efecto de la distancia no necesariamente sigue una relación lineal y que puede existir una separación favorable de acuerdo con la configuración y condiciones de operación del sistema. A partir de estos antecedentes, en el presente trabajo se evaluó el uso de un filtro impreso de ácido poliláctico y tepojal en una celda de combustible microbiana sin membrana para el tratamiento de agua residual municipal. Para ello, se comparó el comportamiento de un reactor sin filtro con un reactor que incorporó el filtro, utilizando separaciones entre ánodo y cátodo de 14, 28 y 42 cm. El desempeño de ambas configuraciones se evaluó mediante la eficiencia de remoción de DQO y la generación de voltaje, con el propósito de analizar el efecto de la incorporación del filtro y de la distancia entre los electrodos"