Application of a direct current circuit to pick up and to store bioelectricity produced by microbial fuel cells / Aplicación de un circuito de corriente continua para la colección y almacenamiento de bioelectricidad producida por celdas de combustible microbianas / Aplicação de um circuito de corrente contínua para coleta e armazenamento de bioeletricidade produzida por células a combustível microbianas

Abstract Every year the demand for energy worldwide is increasing. There are some alternatives to reduce these problems, such as clean energy or renewable energy. A particular alternative is the microbial fuel cells. These cells are biochemical reactors that convert chemical energy into electricity. The present research evaluated the dairy serum to produce bioelectricity from micro fuel cells (MFC) that were constructed with low-cost materials and with isolated bacteria in anaerobic sediments, located in Ecuadorian national territory, producing maximum voltages of 0.830 V in the circuit and a maximum power density of 30 mW / m2. This low voltage was worked with 50 mL MFCs and with an output voltage of 300 mV. Under these conditions, a FLYBACK lift circuit isolated by the transformer was designed. This new circuit could increase the voltage from 30 mV to enough voltage to light a 2.5 V LED. Therefore, the energy produced by the MFC can be directly used to light a LED and to charge capacitors. This study shows that these MFCs, together with the designed circuit, could be used potentially to generate clean energy.

Resumen Cada año la demanda de energía, en todo el mundo, va en aumento. Existen algunas alternativas para reducir estos problemas, tales como las energías limpias y renovables. Una alternativa muy específica es el uso de celdas de combustible microbianas. Dichas celdas son reactores bioquímicos que convierten la energía química en electricidad. La presente investigación evaluó el suero lácteo para la producción de bioelectricidad en celdas de combustible microbianas (MFC). Estas fueron construidas con materiales de bajo costo y con bacterias aisladas en sedimentos anaeróbicos, ubicados en territorio nacional ecuatoriano, produciendo voltajes máximos de 0,830 V en el circuito y una densidad de potencia máxima de 30 mW / m2. Este bajo voltaje se trabajó con MFC de 50 mL y con un voltaje de salida de 300 mV. Bajo estas condiciones, se diseñó un circuito de elevación FLYBACK aislado por transformador. Este nuevo circuito aumentará el voltaje de 30 mV a un voltaje suficiente para encender un LED de 2.5 V. Por lo tanto, la energía producida por las MFC puede ser directamente utilizable para encender un LED y cargar los condensadores. Este estudio muestra que dichas celdas MFC, junto con el circuito diseñado, podrían utilizarse, potencialmente, para generar energía limpia.

Resumo Todos os anos a demanda por energia, em todo o mundo, está aumentando. Existem algumas alternativas para reduzir esses problemas, como energias limpas e renováveis. Uma alternativa muito específica é o uso de células combustíveis microbianas. Essas células são reatores bioquímicos que convertem energia química em eletricidade. O presente trabalho avaliou o soro lácteo para a produção de bioeletricidade em células a combustível microbianas (CCM), Estes foram construídos com materiais de baixo custo e bactérias isoladas em sedimentos anaeróbios, localizados no território nacional equatoriano, produzindo tensões máximas de 0,830 V no circuito e uma densidade de potência máxima de 30 mW / m2. Esta baixa voltagem trabalhamos com CCM de 50 mL e com uma voltagem de saída de 300 mV. Sob essas condições, um circuito de elevação FLYBACK isolado por transformador foi projetado. Este novo circuito aumentará a tensão de 30 mV para uma tensão suficiente para ligar um LED de 2,5 V. Portanto, a energia produzida pelo MFC pode ser diretamente utilizável para ligar um LED e carregar os capacitores. Este estudo mostra que essas células CCM, juntamente com o circuito projetado, poderiam ser usadas para gerar energia limpa.

Utilización de microalgas de la división Chlorophyta en el tratamiento biológico de drenajes ácidos de minas de carbón / Use of microalgae of Chlorophyta division in the biological treatment of acid drains of coal mines

RESUMEN El impacto ambiental generado por las aguas residuales de la explotación de carbón es significativo por la carga contaminante que estas por lo general poseen, representada en grandes concentraciones de sólidos suspendidos, metales (principalmente hierro) y otros elementos traza, además del bajo pH que suelen tener. El objetivo del presente trabajo fue evaluar la eficiencia de un sistema de tratamiento biológico a partir de microalgas de la división Chlorophyta para remover la carga contaminante de las aguas residuales de una mina de la empresa Coal North Energy S.A.S. Al final del tratamiento se obtuvieron porcentajes de remoción del 66,67% para hierro total, 46,67% para cloruros y 95,1% para DQO (Demanda Química de Oxígeno).

ABSTRACT The environmental impact caused by coal mining wastewater is significant due to the pollution load, usually represented in high concentrations of suspended solids, metals (mainly iron) and other trace elements and low pH values. The aim of this study was to evaluate the efficiency of a biological treatment system using microalgae belonging to the Chlorophyta division, for the removal of contaminants from the wastewater from a mine owned by Coal North Energy S.A.S. At the end of treatment, it was possible to remove up to 66.67% of total iron, 46.67% for chloride and 95.1% for Chemical Oxigen Demand.

Influência da razão DQO/[SO 4 2- ] e da concentração de Na + na remoção de matéria orgânica e sulfato em reator UASB / Influence of COD/[SO4 2-] ratio and Na+ concentration on organic matter and sulfate removal in UASB reactor

RESUMO O tratamento anaeróbio de efluentes industriais ricos em sulfato e sódio pode ser limitado por vários fatores, dentre os quais a relação DQO/sulfato, a concentração de SO4 2- e a concentração de sódio. Entre os fenômenos investigados estão a competição entre bactérias redutoras de sulfato e arquéias metanogênicas por substrato, a concentração de sulfeto gerado na sulfetogênese e a inibição por cátions. Este trabalho apresentou e discutiu os resultados da operação de um reator UASB, com volume útil de 10,5 L e vazão de 16,0 L.dia-1. Utilizou-se glicose, acetato e metanol (DQO≈2.000 mg.L-1), sob razão DQO/sulfato variando de 0,20 a 6,15, concentração de sulfato de 0,3 a 10,0 g.L-1 e concentração do cátion Na+ de 0,70 g.L-1 a 5,40 g.L-1. A eficiência de remoção de DQO foi mantida acima de 80%, e a concentração de sulfato removida ficou limitada a cerca de 800 mg.L-1 durante o período experimental. A atividade metanogênica específica do lodo (AME) foi de 0,630 gCH4-DQO.gSSV-1 até carga de sulfato de 0,300 gSO4 2-.L-1 e (razão DQO/sulfato de 6,15), declinando até atingir 0,168 gCH4-DQO.gSSV-1 (queda de 70%) na última fase com 10,000 gSO4 2-.L-1 (razão DQO/[SO4 2-] de 0,24) e concentração de Na+ de 5,41±0,10 g.L-1. O aumento crescente das concentrações de sódio e sulfato, mantendo-se a concentração de matéria orgânica constante, permitiu constatar a inibição da metanogênese por sódio e sulfeto, mesmo em concentrações abaixo das consideradas inibidoras individualmente. O efeito do sódio na estrutura do grânulo foi determinante na inibição da metanogênese observada.

ABSTRACT The anaerobic treatment of industrial wastewater presenting high concentrations of sulfate and sodium may be limited by several factors, including the ratio COD / [SO4 2-], the concentration of SO4 2- and the concentration of Na+. The competition between sulfate reducing bacteria and methanogenic archaea for substrate, the concentration of sulfide generated in sulfidogenesis, and the inhibition by cations are among the main phenomena that have been investigated. This paper presented and discussed the results of a UASB reactor with a volume of 10.5 L and flowrate of 16.0 L.day-1, subjected to increasing COD/sulfate ratio whereas influent COD was kept constant. Glucose, acetate and methanol (≈2,000 COD mg.L-1) were the carbon sources, and the COD/sulfate ratio ranged from 0.20 to 6.15 for sulfate concentrations of 0.3 to 10.0 g.L-1, Na + concentrations of 0.70 g.L-1 to 5.40 g.L-1. The COD removal efficiency was maintained above 80%, and the sulfate removal was limited to 800 mg.L-1 throughout the experimental period. The specific methanogenic activity (SMA) was 0.630 gCH4-DQO.gSSV-1 for 0.300 gSO4 2-.L-1 (COD/sulfate of 6.15), decreasing to 0.168 (70% decrease) in the last phase (COD /sulfate of 0.24) at concentrations of 10.000 gSO4 2-.L-1 and of Na+ 5.41±0.10 g.L-1. The progressive increase of sulfate and sodium concentrations at constant influent COD resulted in methanogenesis inhibition by sodium and sulfide, even at concentrations bellow the inhibition limits, if individually considered. The effect of sodium in the granule structure was determinant for methanogenesis inhibition.

Otimização dos parâmetros operacionais de eletrocoagulação aplicada à recuperação de efluentes de lavagem de veículos / Optimization of electrocoagulation operating parameters applied to the recovery vehicle washing wastewater

RESUMO No Brasil, cerca de 32.700 postos de lavagem de veículos consomem 3,7 milhões de m3/mês-1, média de 60 L por veículo. Esse consumo poderia ser minimizado, se o efluente fosse devidamente tratado e reutilizado. Como diversos tipos de efluentes têm sido eficientemente tratados por técnicas eletroquímicas, como a eletrocoagulação (EC) e a eletroflotação (EF), o objetivo principal deste estudo foi desenvolver um sistema de tratamento de efluentes de lavagem de carros por EC, usando eletrodos de alumínio. Parâmetros como pH inicial, corrente elétrica aplicada e tempo de eletrólise foram otimizados por meio de análises físico-químicas e estatísticas. Em sua condição ótima, pH 5, corrente elétrica de 3,5 A e tempo de 20 minutos, o sistema conseguiu reduzir em 73% a demanda química de oxigênio (DQO), 58% de surfactantes e no mínimo 90% a turbidez e os sólidos suspensos totais (SST). Além da simples implantação e operação, a técnica mostrou-se eficiente na recuperação desse tipo de efluente, podendo ser utilizada em sistemas de reúso de água de lavagem de veículos.

ABSTRACT In Brazil, about 32,700 vehicle washing stations consume 3,7 million m3 per month-1, average of 60 L per vehicle. Consumption could be minimized if the effluent was properly treated and reused. As different types of effluents have been effectively treated by electrochemical techniques, such as electrocoagulation (EC) and electrocoagulation (EF), the main objective of this study was to develop a treatment system of carwash wastewater, by EC using electrodes aluminum. Parameters like the initial pH, applied electric current and electrolysis time were optimized by means of physical-chemical analysis and statistics. In its optimum condition, pH 5, electrical current of 3,5 A and time of 20 minutes, the system has managed to reduce by 73% the chemical oxygen demand (COD), 58% of surfactants and a minimum of 90% turbidity and total suspended solids (TSS). Besides the simple installation and operation, the technique was efficient in the recovery of this type of effluent and can be used in reuse system carwash water.

Remoción anaerobia del colorante azul directo brl en Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) con carbón activado / Anaerobic removal of the brl direct blue dye in Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) with activated carbon

En esta investigación se utilizó el colorante azul directo brl para remoción anaerobia con un consorcio bacteriano aislado de efluentes industriales del Parque Industrial río Seco (PIRS), Arequipa, Perú; en un reactor anaerobio de flujo ascendente UASB con carbón activado. El reactor tuvo una capacidad de 14.4 L con lodos y carbón activado del 40% de volumen, con una carga orgánica de 6 Kg DQO/m³•día y un tiempo de retención hidráulica de 1 día con un flujo ascendente. El objetivo fue medir la eficiencia de la remoción anaerobia del colorante en un tiempo de 28 días. Los resultados demostraron un incremento del 41% de los Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV) de 12894 mg•L-1 a 21546 mg•L-1 bajo las condiciones del experimento, con una remoción del 57% de la Demanda Química de Oxigeno (DQO) de 484 mg•L-1 a 122 mg•L-1 y una remoción del 87% del colorante azul directo brl de 69.61 mg•L-1 a 9 mg•L-1. Los resultados con el carbón activado granular solamente, demostraron una remoción del 61% del colorante azul directo brl de 70.67 mg•L-1 a 27.83 mg•L-1 a los 28 días.

In this research the brl direct blue dye was used for anaerobic removal with a bacterial consortium of industrial effluents from Industrial Park Río Seco (IPRS), Arequipa, Peru; in an anaerobic reactor of UASB Upflow with activated carbon. The reactor had a capacity of 14.4 L with sludge and activated carbon of 40% of volume, with an organic load of 6 Kg COD/m³•dia and a hydraulic retention time of 1 day with an upward flow. The objective was to measure the efficiency of the anaerobic removal of coloring in a time of 28 days. The results showed an increase of 41% of the solids suspended volatile (SSV) 12894 mg•L-1 up to 21546 mg•L-1 under the conditions of the experiment, with a removal of 57% of the chemical demand of oxygen (COD) from 484 mg•L-1 to 122 mg•L-1 and a removal of 87% of the dye Blue direct the 69.61 brl mg•L-1 to 9 mg•L-1. Results with activated charcoal granular only, they showed a removal of 61% of the dye Blue direct 70.67 brl mg•L-1 to 27.83 mg•L-1 at 28 days.

Influência de dados censurados no cálculo da concentração média das variáveis de qualidade da água demanda química de oxigênio e fosfato / The influence of censored data on computing mean concentrations of water quality variables chemical oxygen demand and phosphate

Um dos problemas comumente encontrado na análise estatística de dados provenientes do monitoramento da qualidade da água envolve os chamados dados censurados. Este estudo mostra como os valores calculados das concentração médias de amostras que contenham dados censurados são influenciadas pelo tamanho da amostra, percentual de dados censurados e método de cálculo. As concentrações médias foram calculadas com os métodos de substituição e maximum likelihood estimator (MLE) para amostras de demanda química de oxigênio e fosfato. O intervalo de confiança da média foi utilizado como métrica de comparação. Os resultados revelam que as concentrações médias calculadas com o método de substituição simples se posiciona fora do intervalo de confiança. Já o método MLE calcula valores aceitáveis, porém, a eficácia do método depende de um limite de elasticidade do nível de censura e do tamanho da amostra.

One of the most common problems in statistical analysis of data from water quality monitoring programs involves the so-called censored data. This study highlights how the sample mean concentration of chemical oxygen demand and phosphate variables are influenced by the estimation method, sample size and percentage of censored data. The confidence interval was used as a metric for comparison of calculated sample mean concentrations on both simple substitution and maximum likelihood estimator (MLE) methods. The results show that sample mean concentrations calculated by simple substitution method are positioned outside the confidence interval. Otherwise, the MLE method produces acceptable values for sample mean concentration, although the magnitude is constrained by sample size and percentage of censored data. The effectiveness of the method depends on an elastic limit of censoring level and sample size.

Tratamento de efluente sintético de laticínio em reatores em batelada inoculados com Aspergillus niger AN400 / Treatment of synthetic dairy wastewater in batch reactors inoculated with Aspergillus niger AN400

Indústrias de laticínios contêm elevada concentração de matéria orgânica que podem causar poluição. Este trabalho propôs estudar a remoção de matéria orgânica e de nutrientes de um efluente sintético de laticínio, disposto em reatores em bateladas repetidas inoculados com Aspergillus niger AN400. O sistema foi composto por reatores com diferentes configurações e, para cada tipo de montagem, variou-se o material-suporte. O estudo foi realizado em quatro ciclos de cinco dias, com retiradas diárias de alíquotas. A análise dos resultados mostrou eficiência de remoção de demanda química de oxigênio com picos de até 71,7%, concluindo-se que a tecnologia mostrou-se viável na remoção de matéria orgânica. Em relação aos nutrientes, o sistema pôde remover satisfatoriamente nitrato; contudo, para remoção de amônia, não se apresentou promissor.

Dairy industries contain high concentration of organic matter that may cause pollution. This study proposed to study the removal of organic matter and nutrients from a synthetic dairy effluent, arranged in repeated batch reactors inoculated with Aspergillus niger AN400. The system was composed of reactors with different configurations and, for each type of assembly, the support material was varied. The study was conducted in four cycles of five days, with daily withdrawals of portions. The results showed efficiency of removal of chemical oxygen demand with peaks of up to 71.7%. One might conclude that the technology was feasible in the removal of organic matter. For nutrients, the system could successfully remove nitrate; however, for removal of ammonia, it was not promising.

Avaliacao da biotratabilidade do efluentede branqueamento de polpa celulosicapor processos aerobios e anaerobios / Evaluation of the biotreatability of bleachpulp mill effluent by aerobic and anaerobic process

Os efluentes da planta de branqueamento da produção de pasta celulósica apresentam, além de elevadas concentrações de matéria orgânica em termos de Demanda Química de Oxigênio (DQO) e Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) e cor, compostos com elevada toxicidade, o que torna o tratamento destes efluentes problemático. O objetivo do presente artigo é avaliar a biotratabilidade dos efluentes de branqueamento ácido e alcalino de polpa celulósica kraft por processos aeróbios e anaeróbios por meio da caracterização, utilizando parâmetros convencionais e coletivos. Os resultados de DQO inerte, biodegradabilidade aeróbia e anaeróbia, distribuição de massas molares, produtos microbianos solúveis e substâncias poliméricas extracelulares indicaram a baixa biotratabilidade dos efluentes.

The bleaching pulp mill effluent presents, in addition to high concentrations of organic matter in terms of Chemical Oxygen Demand (COD) and Biochemical Oxygen Demand (BOD) and color, compounds with high toxicity, which makes the treatment of these effluents difficult. The aim of this article is to evaluate the biotreatability of acid and alkaline bleach effluents from kraft pulp by aerobic and anaerobic processes through characterization using conventional and collective parameters. The results of inert COD, aerobic and anaerobic biodegradability, molecular weight distribution, soluble microbial products and extracellular polymeric substances showed a low biotreatability of the effluents.

Remoção de matéria orgânica e sólidos suspensos por nova configuração de biofiltro aeróbio submerso no pós-tratamento de efluente de reator UASB / Removal of organic matter and suspended solids by a new configuration of biological aerated filter in the post-treatment of UASB reactor effluent

O pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios é um processo necessário para o atendimento dos padrões de emissão. Os resultados aqui apresentados mostram a viabilidade de uso de uma nova configuração de biofiltro aeróbio submerso (BAS) no pós-tratamento desses efluentes. Os BAS multiestágio apresentam uma câmara anaeróbia (V=12,6L), seguido de uma câmara aeróbia (V=30L) e uma câmara anóxica (V=26,4L), todas em série (V total=70L). Neste estudo, foi analisada a remoção de sólidos suspensos (SS), DQO e DBO5. Foram utilizados três BAS multi-estágio preenchidos com três diferentes materiais-suporte: tampas e gargalos PET (165m²/m³), pedra britada n. 4 (50m²/m³) e anéis Pall 1,5'' (135m²/m³). Os reatores foram operados com valores de tempos de detenção hidráulicas (TDH) de 4,1, 8,2 e 12,3 horas, e três taxas de aplicação superficial (TAS) (21, 12 e 8m³/m².d). A associação dos reatores UASB+BAS possibilitou remoções de DQO total superiores a 90 por cento para os BAS 1 e 3, e 85 por cento para o BAS 2, sendo independente do TDH aplicado. A remoção de SS foi maior no BAS contendo anéis Pall, provavelmente devido ao maior índice de vazios desse material.

The post-treatment of effluents from anaerobic reactors is normally a mandatory step to meet the emission standards. The results presented here show the feasibility of using a new configuration of biological aerated filter (BAF) in the post-treatment of UASB reactors. The multi-stage BAF presents an anaerobic chamber (V=12.6L), followed by an aerobic chamber (V=30L) and an anoxic chamber (V=26.4L), all in series (total V=70L). This study examined the removal of suspended solids (SS), COD and BOD5. Three multi-stage BAF filled with three different packing materials were used: lids and bottlenecks of PET bottles (165m²/m³), gravel n. 4 (50m²/m³) and Pall rings 1.5'' (135m²/m³). The reactors were operated with the values of hydraulic detention time (HDT) of 4.1, 8.2 and 12.3 hours, and three superficial application rates (21, 12 and 8m³/m².d). COD removal efficiencies of 90 percent for BAF 1 and 3, and 85 percent for BAF 2 were obtained, being the removal independent of the HDT applied to BAF. The removal of SS was higher in BAF containing Pall rings, probably due to the higher voidage of this material.

Performance of an Anaerobic Baffled Reactor (ABR) in treatment of cassava wastewater / Desempenho de um Reator Anaeróbio Compartimentado (RAC) no tratamento da manipueira

The performance of an anaerobic baffled reactor (ABR) was evaluated in the treatment of cassava wastewater, a pollutant residue. An ABR divided in four equal volume compartments (total volume 4L) and operated at 35ºC was used in cassava wastewater treatment. Feed tank chemical oxygen demand (COD) was varied from 2000 to 7000 mg L-1 and it was evaluated the most appropriated hydraulic retention time (HRT) for the best performance on COD removal. The ABR was evaluated by analysis of COD (colorimetric method), pH, turbidity, total and volatile solids, alkalinity and acidity. Principal component analysis (PCA) was carried to better understand data obtained. The system showed buffering ability as acidity decreased along compartments while alkalinity and pH values were increased. There was particulate material retention and COD removal varied from 83 to 92% for HRT of 3.5 days.

O desempenho de um reator anaeróbio compartimentado (RAC) foi avaliado para o tratamento da manipueira, resíduo tóxico. Um RAC dividido em quatro compartimentos de mesmo volume (volume total 4L) e operado a 35ºC foi utilizado no tratamento da manipueira. A demanda química de oxigênio (DQO) do tanque de alimentação variou de 2000 a 7000 mg L-1 e avaliou-se o tempo de residência hidráulica (TRH) mais apropriado ao melhor desempenho do reator. O RAC foi avaliado pelas análises de DQO (método colorimétrico), pH, turbidez, sólidos totais e voláteis, alcalinidade e acidez. A Análise das Componentes Principais (PCA) foi conduzida para melhor compreensão dos dados obtidos. O sistema apresentou capacidade tamponante conforme a acidez decresceu ao longo dos compartimentos ao passo que a alcalinidade e o pH aumentaram. Houve retenção do material particulado e a remoção da DQO variou de 83 a 92% para TRH de 3,5 dias.

Extração e recuperação de prata e mercúrio em efluentes gerados na determinação de DQO empregando métodos físico-químicos / Extraction and recovery of silver and mercury from COD-test residues using physico-chemical methods

Durante as análises de Demanda Química de Oxigênio (DQO) é gerado um efluente líquido que se caracteriza pela presença de elevadas concentrações de metais pesados (Hg, Ag, Cr e Fe). Visando à remoção seletiva destes metais, possibilitando suas reutilizações, foram avaliados diferentes agentes precipitantes (Cl-, Br-, I- e S= para a Ag e o Hg e NaOH, NH4OH e NaHCO3 para o Cr e o Fe). Para a Ag e o Hg os melhores resultados em termos de remoção e recuperação seletiva foram obtidos quando do emprego seqüencial dos íons cloreto e sulfeto. Devido à presença de Hg(I), se fez necessário o emprego de NH4OH para separar seletivamente a Ag, presente na forma de AgCl, precipitada concomitantemente com Hg(I) como Hg2Cl2. Para o Cr e o Fe foram obtidas remoções que satisfazem à legislação (FEPAM) para ambos os elementos, somente quando do emprego do NaOH como agente precipitante.

In the analysis of Chemical Oxygen Demand (COD) a liquid residue rich in heavy metals (Hg, Ag, Cr, Fe) is obtained. This work aimed to remove, in a selective way, such metals from the residue using chemical precipitation, also creating a possibility to recover and reuse the heavy metals,. Different precipitants were evaluated (Cl-, Br-, I- and S= for Ag and Hg, and NaOH, NH4OH and NaHCO3 for Cr and Fe). The best results for selective recovery of Ag and Hg were obtained using chloride followed by sulphide. Due to the presence of Hg(I) it is necessary the use of NH4OH to separate Ag and Hg(I) that are both precipitated as AgCl and Hg2Cl2. Removal of Cr and Fe that attends the local limits set by the official control agency (FEPAM) was only obtained when NaOH was used as precipitating agent.