Physiological and operation strategies for optimizing Geobacter-based electrochemical systems
- Autores: Lidia Zulema Borjas Hernández
- Directores de la Tesis: Abraham Esteve Núñez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2016
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan José Salas Rodríguez (presid.), Eloy García Calvo (secret.), María de Lourdes García Rodríguez (voc.), Francisco Jesús Fernández Morales (voc.), Víctor Manuel Monsalvo García (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Hidrología y Gestión de los Recursos Hídricos por la Universidad de Alcalá y la Universidad Rey Juan Carlos
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: e_Buah
- Resumen
Esta tesis doctoral explora nuevas estrategias para mejorar el funcionamiento de las METs (Microbial Electrochemical Technologies), mediante el análisis de parámetros tanto a escala micro como a escala pre-piloto.
Si analizamos las METs, a escala micro, G.sulfurreducens (microorganismo electroactivo modelo) es capaz de transferir los electrones de la oxidación del acetato a un electrodo en un proceso conocido como transferencia extracelular de electrones directa (DEET, Direct Extracellular Electron Transfer). En esta tesis se presenta un protocolo basado en utilizar el stress salino como factor para estimular el proceso DEET y, por tanto, la electroactividad de células planctónicas de G.sulfurreducens. Se han presentado evidencias de la contribución de sustancias poliméricas extracelulares (EPS, Extracellular Polymeric Substances), en el proceso DEET potenciado pudiendo ser propuestas como una red electroactiva capaz de conectar a las células planctónicas de G. sulfurreducens con electrodos.
Nuestros estudios revelan como el estado fisiológico del inóculo bacteriano es clave para el funcionamiento de las METs, no sólo en cuanto a la producción de corriente, sino también a la reducción de los períodos de operación. Usando un prototipo tipo filtro prensa, a escala pre-piloto, se ensayaron aguas residuales reales y aguas sintéticas suplidas con acetato, así como dos inóculos con fisiología diferente Se pudo demostrar como la fisiología adquirida en un quimiostato bajo limitación de aceptor de electrones resultó óptima para reducir, en casi 20 veces, el tiempo de arranque del sistema. Además, se identificó el papel del citocromo C (proteínas redox) del tipo OmcB en el fenotipo electroactivo de estas células planctónicas. En la plataforma de las METs, las celdas de combustible microbianas (MFC, Microbial Fuel Cell) son los principales dispositivos que explotan la capacidad de los microorganismos electroactivos para generar energía eléctrica. En este contexto, una tecnología prometedora, derivada de las MFC, son las celdas microbianas de desalinización (MDC, Microbial Desalination Cell). Las MDC son dispositivos capaces de tratar agua residual y desalinizar agua salobre. Como tecnología derivada, el protocolo convencional de puesta en marcha implica la operación del sistema como MFC antes de poder desalinizar. En esta tesis se presenta un protocolo optimizado basado en integrar la electroquímica de Geobacter sulfurreducens en una electrodiálisis convencional con el objeto de reducir los tiempos de arranque. Tanto el protocolo de puesta en marcha como el diseño del sistema propuesto se confirman como una tecnología de bajo consumo, viable y escalable para poder operar de forma autónoma, como pre-tratamiento combinada con otras tecnologías de desalinización como la ósmosis reversa.
