Resumo

Sistemas bioeletroquímicos são tecnologias promissoras para o tratamento de águas residuárias, ao mesmo tempo que geram energia elétrica renovável. O presente estudo teve por objetivo avaliar a aplicação de uma Célula a Combustível Microbiana (CCM) experimental para o tratamento de efluente sintético, visando a remoção de matéria orgânica e geração de energia simultaneamente. Para isso, uma CCM de câmara dupla foi construída com placas de PVC (dimensões de 65 x 100 x 80 mm) preenchido com carvão ativado granular e eletrodos de grafite (10 x 100 mm) como ânodo e cátodo, separados por uma membrana de troca protônica (MTP). O sistema foi operado em regime de batelada e com alimentação contínua. As eficiências de remoção de matéria orgânica, em termos de demanda química de oxigênio e carbono orgânico total, foram superiores a 90%. A densidade de potência máxima alcançada foi de 17,3 W.m-3, sendo superior à de outros estudos com configuração semelhante. No entanto, verificou-se queda na geração de energia e na eficiência coulombiana. Mais estudos são necessários para superar limitações apresentadas pela MTP, visando a otimização da eficiência da CCM e redução de custos.

Introdução

A gestão dos recursos hídricos, do saneamento ambiental e do setor energético apresenta um caráter interdisciplinar complexo, visto que está relacionada a atividades de desenvolvimento econômico, serviços públicos e bem-estar humano. No Brasil verifica-se, ainda, um déficit relacionado aos três setores e mais especificamente no saneamento ambiental, o que intensifica a problemática da água, afetando a saúde da população, o meio ambiente e a economia (Carvalho e Sampaio, 2015).

Os impactos decorrentes do lançamento in natura de águas residuárias em corpos d’água são conhecidos há bastante tempo. Logo, o avanço no desenvolvimento de tecnologias e processos que possam contribuir com a gestão da água é um ponto de crucial interesse para a promoção do uso sustentável da água e proteção da saúde pública (Heller e Nascimento, 2005).

Tradicionalmente, os tratamentos convencionais de águas residuárias têm-se orientado principalmente pela purificação destas ao invés de orientar-se pela recuperação de recursos. As tecnologias de tratamento convencionais, portanto, apesar de relevante e reconhecida contribuição no controle da poluição hídrica, perdem os nutrientes e a energia química contida nas águas residuárias. Outra questão não menos importante, é que, além de desperdiçarem a energia presente nos resíduos, processos convencionais aeróbios possuem elevado consumo de energia elétrica, sendo que uma típica estação de tratamento de esgoto por sistema de lodos ativados consome cerca de 0,6 kWh/m3 de efluente tratado (Gude, 2015).

Logo, se verifica a importância da interconexão entre água e energia. Nesse contexto, ações integradas visando a proteção dos corpos d’água e diversificação da matriz energética com fontes renováveis são de relevante interesse público no âmbito da sustentabilidade. Uma tecnologia que se encontra alinhada a essa perspectiva sistemática é a da célula a combustível microbiana (CCM).

A célula a combustível microbiana, também conhecida como célula a biocombustível ou na literatura internacional como microbial fuel cell, é considerada uma tecnologia promissora no equacionamento dos problemas de déficit de energia e de poluição hídrica, uma vez que é capaz de gerar energia elétrica e tratar águas residuárias simultaneamente (Chen et al, 2015).

A literatura reporta que alguns substratos puros e complexos já foram testados em sistemas de CCM, incluindo acetato (Jung e Regan, 2007), glicose (Zou et al., 2008), esgoto sintético (Commault et al., 2015), efluentes industriais (Abbasi et al., 2016) e lixiviado de aterro sanitário (Vázquez-Larios, 2014). Segundo Pant et al. (2010) a eficiência e a viabilidade econômica de converter resíduos orgânicos em bioenergia depende principalmente da composição química e concentração dos componentes do substrato. Nesse sentido, efluentes com maiores concentrações de matéria orgânica apresentam teoricamente maior potencial energético. Assim, buscou-se no presente estudo a construção, estruturação avaliação de um sistema CCM empregado para o tratamento de água residuária com alta carga orgânica, e a produção de energia simultaneamente.

Autores: Vitor Cano; Julio Cano e Marcelo A. Nolasco.