Scaling-up and future perspectives of bioelectrochemical systems for wastewater treatment and hydrogen production
Entre la multitud d'oportunitats per a recuperar recursos de les aigües residuals, les cel·les d'electròlisi microbianes (MECs) ofereixen un enfocament prometedor, ja que tracten simultàniament les aigües residuals i produeixen hidrogen, una font d'energia renovable. Les MECs han obti...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2024 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/691655 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/691655 |
| Access Level: | acceso embargado |
| Palabra clave: | Hidrogen Hydrogen Hidrógeno Cel·la electròlisi mircobiana Microbial electrolysis cell Celda electrólisis microbiana Bioelectroquímica Bioelectrochemistry Tecnologies 504 |
| Sumario: | Entre la multitud d'oportunitats per a recuperar recursos de les aigües residuals, les cel·les d'electròlisi microbianes (MECs) ofereixen un enfocament prometedor, ja que tracten simultàniament les aigües residuals i produeixen hidrogen, una font d'energia renovable. Les MECs han obtingut resultats prometedors a escala laboratori, però la seva rellevància pràctica està molt menys estudiada. De fet, la major part de la recerca sobre les MECs es centra en els aspectes fonamentals de la producció bioelectroquímica d'hidrogen en condicions controlades, amb reactors de baix volum i emprant substrats fàcilment biodegradables. Amb aquesta visió, aquesta tesi es centra en els factors crítics que influeixen en el rendiment a escala pilot de les MECs per al tractament d'aigües residuals. En primer lloc, es va avaluar el funcionament d'una MEC de doble cambra de 135 L sota diferents condicions operacionals (concentració de demanda química d'oxigen (DQO), temperatura, temps de residència hidràulic i potencial aplicat) per a determinar com es pot millorar la producció d'hidrogen i l'eficiència energètica modificant els paràmetres operatius. Els resultats experimentals es van utilitzar per a avaluar el tractament d'1 m3 d'aigües residuals urbanes mitjançant una MEC i els resultats es van comparar amb dues tecnologies existents reportades a la bibliografia: llots actius convencionals (CAS) i llots actius d'alta velocitat (HRAS). D'altra banda, es va estudiar per primera vegada a escala pilot, l'efecte de l'escuma de níquel (Ni) en la generació de corrent i la producció d'hidrogen, desenvolupant una nova configuració de càtode basada en dues làmines d'escuma de Ni interconnectades. El rendiment de l'escuma es va comparar amb un càtode de llana d'acer inoxidable (SS). En base als coneixements adquirits a escala pilot, es va escalar i construir una MEC d'1 m3 dins per a avaluar el seu rendiment en condicions reals d'una planta de tractament d'aigües residuals. Els resultats experimentals es van utilitzar per a estudiar la viabilitat tecnoeconòmica del procés i es va comparar amb la del CAS. En conjunt, aquesta tesi situa les MEC en el context actual del tractament d'aigües residuals, aportant idees valuoses per a reduir la distància entre la recerca a escala laboratori i l'aplicació pràctica. Si bé encara existeixen reptes per superar, el desenvolupament i la reducció de costos són l'esperança de cara a la seva aplicació a gran escala i a la gestió sostenible de les aigües residuals. |
|---|