Abstract:
As células combustíveis microbianas (CCMs) são dispositivos eletroquímicos que
proporcionam a produção de eletricidade associada à degradação de matéria orgânica, oriunda
de efluentes domésticos e industriais como combustível. O aperfeiçoamento do dispositivo,
proporcionando o aumento na área superficial consiste em uma alternativa promissora para o
futuro desta tecnologia. Neste contexto, a fluidização incide em proporcionar maior
transferência de massa devido ao contato intermitente entre as partículas sólidas e o fluido, além
de garantir a homogeneidade do sistema reacional. Dessa forma, o presente trabalho tem como
objetivo desenvolver uma célula combustível microbiana de leito fluidizado (CCM-LF),
identificando a influência das condições hidrodinâmica no desempenho deste reator. Foi
confeccionada uma CCM de dois cilindros concêntricos, um o ânodo (compartimento interno)
e um cátodo (compartimento externo), separados por uma membrana catiônica. O ânodo foi
inoculado com sedimento oriundo do processo de beneficiamento do sedimento de dragagem
do Porto de Rio Grande, a CCM foi alimentada com acetato de sódio e o cátodo foi preenchido
com ferrocianeto de potássio. Análises físicas, químicas e eletroquímicas foram realizadas para
a caracterização do material do eletrodo do ânodo, do processo hidrodinâmico e elétrico da
CCM-LF confeccionada. O declínio da Rext em todas as condições hidrodinâmicas de maneira
geral proporcionou o aumento do desempenho da CCM-LF. Quando a célula foi operada no
estágio de mínima fluidização, foi obtida a melhor condição proporcionando maior densidade
de corrente e densidade de potência com qualquer uma das Rext estudadas. A EC da CCM-LF
apresentou as melhores condições quando foi operada em leito fixo (0,63 mm.s-1
) com Rext de
47 Ω atingindo 88,66% de eficiência e quando a CCM-LF foi operada na velocidade de mínima
fluidização (25,17 mm.s-1
), nas resistências de 100 Ω e 47 Ω, atingindo, respectivamente, 90%
e 83,26% de rendimento. A ER de matéria orgânica de maneira geral apresentou maior
eficiência quando a célula foi operada com uma Rext de 560 Ω em leito fixo (0,63 mm.s-1
)
atingindo 77,06 % de eficiência e também na condição de mínima fluidização (12,47 mm.s-1
)
alcançando 81,58 % de eficiência.
Microbial fuel cells (MFCs) are electrochemical devices that provide electricity production
associated with the degradation of organic matter derived from domestic and industrial waste
as fuel. The improvement of the device, providing increased surface area consists of a promising
alternative for the future of this technology. In this context, the fluidization relates to providing
higher mass transfer due to intermittent contact between the solid particles and fluid, and ensure
the homogeneity of the reaction system. Thus, this study aims to develop a microbial fuel cell
fluidized bed (FD-MFC), identifying the influence of hydrodynamic conditions on the
performance of this reactor. MFC’s was made one of two concentric cylinders, the anode (inside
enclosure) and a cathode (outer housing) are separated by a cationic membrane. The anode was
inoculated with sediment coming from the beneficiation process of dredging sediment from the
Port of Rio Grande. The MFC was fed with sodium acetate and the cathode was filled with
potassium ferrocyanide. Fhysical, chemical and electrochemical analyzes were performed to
characterize the anode electrode material, the hydrodynamic and electrical process of the
developt FD-MFC. The decline in all Rext hydrodynamic conditions generally provided
increasing FD-MFC performance. The decline in all Rext hydrodynamic conditions generally
provided increasing FD-MFC performance. The biggest current density and power density to
any one of the Rext studied was found at the minimum fluidization conditions for this cell
operatios. The CE FD-MFC shows the best conditions when it was operated in a fixed bed (0.63
mms-1
) with Rext of 47Ω showing efficiency around 88.66%. When FD-MFC was operated at
minimum fluidization conditions (25.17 mm.s
-1
) with resistances of 100 Ω and 47 Ω was found
efficiencyes around 90% and 83.26% respectively. In general, for a fixed bed (0.63 mm.s
-1
),
higher RE of organic matter was reach when the cell was operated with a Rext 560 Ω, reaching
77.06%. For the minimum fluidization (12.47 mm.s
-1
) condition, efficiency reaches 81.58%
efficiency.
