Eliminació autotròfica de nitrogen en una pila biològica (microbial fuel cells )

L’aigua i l’energia formen un binomi indissociable. En relació al cicle de l’aigua, des de fa varies dècades s’han desenvolupat diferents formes per recuperar part de l’energia relacionada amb l’aigua, per exemple a partir de centrals hidroelèctriques. No obstant, l’ús d’aquesta aigua també porta associat un gran consum energètic, relacionat sobretot amb el transport, la distribució, la depuració, etc... La depuració d’aigües residuals porta associada una elevada demanda energètica (Obis et al.,2009). En termes energètics, tot i que la despesa elèctrica d’una EDAR varia en funció de diferents paràmetres com la configuració i la capacitat de la planta, la càrrega a tractar, etc... es podria considerar que el rati mig seria d’ aproximadament 0.5 KWh•m-3.Els principals costos d’explotació estan relacionats tant amb la gestió de fangs (28%) com amb el consum elèctric (25%) (50% tractament biològic). Tot i que moltes investigacions relacionades amb el tractament d’aigua residual estan encaminades en disminuir els costos d’operació, des de fa poques dècades s’està investigant la viabilitat de que l’aigua residual fins i tot sigui una font d’energia, canviant la perspectiva, i començant a veure l’aigua residual no com a una problemàtica sinó com a un recurs. Concretament s’estima que l’aigua domèstica conté 9.3 vegades més energia que la necessària per el seu tractament mitjançant processos aerobis (Shizas et al., 2004). Un dels processos més desenvolupats relacionats amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica és la digestió anaeròbia. No obstant, aquesta tecnologia permet el tractament d’altes càrregues de matèria orgànica generant un efluent ric en nitrogen que s’haurà de tractar amb altres tecnologies. Per altre banda, recentment s’està investigant una nova tecnologia relacionada amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica: les piles biològiques (microbial fuel cells, MFC). Aquesta tecnologia permet obtenir directament energia elèctrica a partir de la degradació de substrats biodegradables (Rabaey et al., 2005). Les piles biològiques, més conegudes com a Microbial Fuel Cells (acrònim en anglès, MFC), són una emergent tecnologia que està centrant moltes mirades en el camp de l’ investigació, i que es basa en la producció d’energia elèctrica a partir de substrats biodegradables presents en l’aigua residual (Logan., 2008). Els fonaments de les piles biològiques és molt semblant al funcionament d’una pila Daniell, en la qual es separa en dos compartiments la reacció d’oxidació (compartiment anòdic) i la de reducció (compartiment catòdic) amb l’objectiu de generar un determinat corrent elèctric. En aquest estudi, bàsicament es mostra la posada en marxa d'una pila biològica per a l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals.

Water and energy are an inseparable binomial. In relation to the water cycle, for several decades have developed several ways to recover part of the energy associated with water, for example from hydroelectric plants. However, the use of this water also carries an associated high energy consumption, especially related to transportation, distribution, debugging, etc ... The wastewater treatment has associated a high energy demand (OBIS et al., 2009). In energy terms, although the spending power of a treatment plant varies according to different parameters such as configuration and capacity of the plant, the load address, etc ... could be considered that the average ratio would be approximately 0.5 kWh • m-3.The main operating costs are associated both with the management of sludge (28%) as the electric consumption (25%) (50% biological treatment ). Although more researches related to wastewater treatment are aimed at reducing operating costs, since a few decades ago is investigating the feasibility of the wastewater even be a source of energy, changing perspective, and starting to see the waste water not as a problem but as a resource. Specifically, it is estimated that domestic water contains 9.3 times more energy than necessary for their treatment by aerobic processes (Shizas et al., 2004). One of the most developed processes related to wastewater treatment and energy production is the anaerobic digestion. However, this technology allows the treatment of high loads of organic matter generating an effluent rich in nitrogen which should be treated with other technologies. On the other hand, recently a new technology being investigated related to wastewater treatment and energy production: the batteries biological (microbial fuel cells, MFC). This technology allows us to obtain electricity directly from the degradation of biodegradable substrates (Rabaey et al., 2005). Biological batteries, best known as the Microbial Fuel Cells (acronym in English, MFC) are an emerging technology that many eyes are focusing on the field of research, which is based on the production of electricity from biodegradable substrate present in wastewater (Logan., 2008). The biological foundations of the batteries is very similar to how a Daniell cell, which is separated into two compartments the oxidation reaction (anodic compartment) and reduction (cathodic compartment) with the aim of generating a certainelectrical current. In this study basically shows the implementation of a stack for the biological removal of organic matter and nitrogen from wastewater.