Efecto del tratamiento térmico de ánodos en la generación de electricidad y remoción de naproxeno sódico en celdas de combustible microbianas

Abstract

"Los sistemas bioelectroquímicos microbianos (SBM), son tecnologías emergentes que se basan en utilizar microrganismos en forma de biopelícula adherida sobre electrodos como catalizadores en reacciones de oxidación y/o reducción. La capacidad de algunas bacterias de utilizar la superficie de electrodos como aceptores terminales de electrones, permite inducir el crecimiento de biopelículas electroquímicamente activas al aplicar un potencial o corriente determinados al ánodo y/o realizando modificaciones en la superficie del mismo. En la celda de combustible microbiana (CCM) una modalidad de SBM, las bacterias transforman la energía química contenida en compuestos orgánicos a energía eléctrica mediante la oxidación de sustratos orgánicos. La generación de energía eléctrica a partir de la oxidación de residuos o contaminantes orgánicos es un tema prioritario en la actualidad, ya que el proceso ocurre de forma simultánea a la remoción de contaminantes o materia orgánica. Las CCM han demostrado una gran versatilidad en el tratamiento de diversos contaminantes orgánicos y de forma reciente se han utilizado en la remoción de contaminantes emergentes de origen farmacéutico. En el presente trabajo se evaluó la remoción del fármaco naproxeno sódico utilizando CCM de dos cámaras (tipo H), inoculada con lodos provenientes de un digestor aerobio y como sustratos primarios una mezcla de ácidos grasos volátiles (AGV). Mediante los resultados obtenidos se demostró que el tratamiento térmico incrementó la actividad electroquímica de los ánodos, ya que aumentó su hidrofilicidad y dio lugar a la manifestación de grupos del tipo carbonilo (quinoides) con actividad redox. Además se disminuyó el tiempo de maduración de las biopelículas electroquímicamente activas hasta en un 50 %. La remoción de naproxeno sódico sólo fue observada en los sistemas con ánodos tratados térmicamente y en presencia de los AGV’s, alcanzando un máximo de 65.4 %. El análisis de la comunidad microbiana revelo la presencia de α y β proteobacterias en la superficie del ánodo"

"Pharmaceuticals are used in large quantities for humans and livestock in industrialized countries, these residues are frequently found in municipal waste water treatment plant (WWTP) and surface water. They enter to the aquatic environment and eventually reach drinking water if they are not biodegraded or eliminated during sewage treatment. Microbial bioelectrochemical systems (BESs) allow the integration of a biological and electrochemical redox processes, consequently they are proposed as sustainable alternatives for wastewater treatment. Thus, BESs can be used as an alternative final method for efficient recalcitrant wastes treatment or as a pretreatment stage. A few pharmaceutical wastes have been investigated in BESs, some of these include antibiotics such as sulfonamides and penicillin. In the present study the removal of naproxen sodium (acidic analgesic-pharmaceutical) was evaluated using MFC, a type of BESs, with either a mixture of volatile fatty acids (VFAs) as primary substrates. The set-up used in this work consisted of two chambers MFC separated by a proton exchange membrane, (Ultrex). Carbon cloth untreated and carbon cloth with thermal treatment; these were used as anode and the graphite felt as cathode. Thermal treatment of graphite cloth increased carbonyl groups in the surface of material and exhibits the best performance for bio-electrochemical applications. The range of remotion of Naproxen was 40-60% of the initial concentration and was observed in all the cycles of the cell operation exposed to the contaminant. This contaminant is only degraded when VFAs are present and is not involved in the generation of current in the SBE. Therefore, naproxen degradation is attributable to an indirect oxidation mechanism."