Bacterias Microbianas
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Germán Buitrón, Jaime Pérez
PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD EN CELDAS DE COMBUSTIBLE MICROBIANAS UTILIZANDO AGUA
RESIDUAL: EFECTO DE LA DISTANCIA ENTRE ELECTRODOS
Tip Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas, vol. 14, núm. 1, junio, 2011, pp. 5-11,
Universidad Nacional Autónoma de México
México
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Biológicas,
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junio, 2011 Buitrón, G. & Pérez, J.: Efecto de la dis t a n c i a e n t r e e l e c t r o d o s e n c e l d a s d e c o m b u s t i b l e m i c r o b i a n a s 5
D.R. © TIP Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas, 14(1):5-11, 2011
PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD EN CELDAS DE
COMBUSTIBLE MICROBIANAS UTILIZANDO AGUA RESIDUAL:
EFECTO DE LA DISTANCIA ENTRE ELECTRODOS
Germán Buitrón* y Jaime Pérez
Lab. Investigación en Procesos Avanzados de Tratamiento de Aguas, Unidad Académica
Juriquilla, Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México. Blvd. Juriquilla
3001, Querétaro, 76230 Querétaro, México.*E-mail: gbuitronm@ii.unam.mx
Nota: Artículo recibido el 14 de febrero de 2011 y aceptado el 25 de
abril de 2011.
ARTÍCULO ORIGINAL
RESUMEN
Se evaluó la influencia de la separación de electrodos sobre la producción de electricidad y la eliminación de
materia orgánica en celdas de combustible microbianas usando agua residual. Para ello se construyeron tres
celdas de geometría semejante pero con diferente volumen. En promedio, se obtuvo una eficiencia de
eliminación de materia orgánica del 71%. La duración del ciclo fue de 0.97 días para la celda de 40 mL, 1.03
días para la celda de 80 mL y 5.93 días para la celda de 120 mL. El aumento de distancia entre los electrodos
(4, 8 y 12 cm) no causó un efecto negativo en la generación de electricidad, pues en la mayor separación (celda
de 120 mL) se alcanzó un voltaje máximo de 660 mV, mientras que para las celdas de 40 y 80 mL fue de 540
mV y 532 mV, respectivamente. La densidad de potencia máxima se presentó en la celda con separación de
12 cm (408 mW/m2). Sin embargo, se observó que la potencia volumétrica disminuyó a medida que aumentó
la separación entre los electrodos.
Palabras Clave: Agua residual, biodegradación, celdas de combustible microbianas, electricidad, tratamiento de aguas.
ABSTRACT
The influence of the electrode separation on electricity production and organic matter removal was studied in
microbial fuel cells using wastewater. Three cells were constructed with similar geometry, but different volume.
On average, 71% of the initial organic matter was removed. Cycle duration was 0.97, 1.03 and 5.93 days for
the 40, 80 and 120 mL cells, respectively. The increment of the distance between the electrodes (4, 8 and 12
cm) did not affect electricity generation adversely. The higher voltage was obtained in the 120 mL cell (660
mV), whereas 540 and 532 mV were obtained for the 40 and 80 mL cells, respectively. Maximum power density
was 408 mW/m2 and was obtained in the 12 cm cell. However, it was observed that volumetric power decreased
as the separation between electrodes increased.
Key Words: Wastewater, biodegradation, microbial fuel cells, electricity, wastewater treatment.
E
INTRODUCCIÓN
n México se generan alrededor de 250 m3/s de aguas
residuales municipales. De esta cantidad se trata
solamente cerca del 25%; el reto por resolver es enorme.
Cuando se lleva a cabo el tratamiento, la mayoría de las
instalaciones operan utilizando el proceso aerobio conocido
como lodos activados. Este proceso es un alto consumidor de
energía, la cual es necesaria para la aeración del sistema. En
general, se necesita 1 kWh de energía para la oxidación de un para
la oxidación de materia orgánica que contiene un kilogramo de
carbono presente en el agua, alrededor de 0.5 kWh por m3 de agua
residual a tratar. Existen procesos anaerobios que pueden reducir
los costos de operación de los procesos, pero éstos son factibles
cuando las aguas presentan altas concentraciones de materia
orgánica, como las generadas en la agroindustria. Desde hace
varios años se sabe que las bacterias pueden ser utilizadas para
generar electricidad. Es interesante, entonces, llevar a cabo la
degradación de la materia orgánica presente en las aguas
6 TIP Rev.Esp.Cienc.Quím.Biol. Vol. 14, No. 1
residuales por una parte y, por otra, generar electricidad. El
propósito de este sistema no sería competir con las tecnologías
existentes para generar electricidad a gran escala, sino tratar el
agua residual y obtener durante este proceso un producto de
valor agregado. Es decir, ver el tratamiento del agua no sólo como
algo necesario para la sustentabilidad, sino también como un
proceso que valoriza la materia orgánica presente. Bajo
condiciones adecuadas de desarrollo tecnológico, este tipo de
proceso podría no solamente ser utilizado a gran escala para
tratar aguas residuales de una ciudad o industria, sino también
sería factible para ser instalado en pequeñas comunidades
habitacionales o incluso en comunidades dispersas o aisladas
del país.
Las celdas de combustible microbiano (CCM) son dispositivos
que se encargan de convertir energía bioquímica a energía
eléctrica mediante microorganismos[1,2]. Las bacterias obtienen
la energía transfiriendo electrones desde un donador de electrones,
como el acetato o el agua residual (materia orgánica), hacia un
aceptor de electrones, como el oxígeno. Cuanto mayor sea la
diferencia de potencial entre el donador y el aceptor, mayor será
la ganancia energética para la bacteria y, generalmente, mayor
será su tasa de reproducción y, por lo tanto, de eliminación de
la materia
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