Proyecto de Investigación Cientifica tratamiento de aguas residuales con bioelectrogenesis

INDICE I.

II.

TITULO: _____________________________________________________________________ 2 1.1.

PERSONAL INVESTIGADOR: _______________________________________________________ 2

1.2.

INSTITUCIÓN A LA QUE PERTENECEN: _____________________________________________ 2

1.3.

AREA DE INVESTIGACIÓN: ________________________________________________________ 2

1.4.

TIPOS DE INVESTIGACIÓN: _______________________________________________________ 2

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:________________________________________________ 2 2.1.

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA: _____________________________________________________ 2

2.2.

FORMULACION DEL PROBLEMA: __________________________________________________ 2

III. OBJETIVOS: __________________________________________________________________ 3 3.1. 3.1.1. 3.1.2. 3.1.3.

JUSTIFICACION: _________________________________________________________________ 3 JUSTIFICACION ECONOMICA: ___________________________________________________________ 3 JUTIFICACION SOCIAL: _________________________________________________________________ 3 JUSTIFICACION AMBIENTAL: _____________________________________________________________ 3

3.2.

OBJETIVOS GENERALES: __________________________________________________________ 3

3.3.

OB.JETIVOS ESPECIFICOS: ________________________________________________________ 3

IV. MARCO TEORICO – CONCEPTUAL _________________________________________________ 3 4.1. 4.1.1. 4.1.2.

V.

ANTECEDENTES: __________________________________________________________________ 3 ANTECEDENTES INTERNACINALES: ________________________________________________________ 3 ANTECEDENTES LOCALES: _______________________________________________________________ 5

4.2.

BASES TEORICAS:__________________________________________________________________ 7

4.3.

DEFINICION DE TERMINOS _________________________________________________________ 26

HIPÓTESIS: __________________________________________________________________ 28 5.1.

VARIABLES INDEPENDIENTES: ______________________________________________________ 28

5.2.

VARIABLES DEPENDIENTES: ________________________________________________________ 28

5.3.

OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES: _______________________________________________ 28

VI. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ___________________________________________ 29 6.1.

UNIVERSO: ______________________________________________________________________ 29

6.2.

FISICO SOCIAL: ___________________________________________________________________ 29

6.3.

PERIODO HISTORICO: _____________________________________________________________ 30

6.4.

MUESTRA: ______________________________________________________________________ 30

6.5.

DISEÑO DE INVESTIGACIÓN: _______________________________________________________ 30

6.6.

TECNICAS DE INVESTIGACIÓN: ______________________________________________________ 30

6.6.1.

RECOLECCION DE DATOS: _______________________________________________________________ 30

VII. COSTOS Y PRESUPUESTOS: _____________________________________________________ 30 VIII. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ________________________________________________ 31 IX. BIBLIOGRAFÍA _______________________________________________________________ 32

1

I.

TITULO: “TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES Y OBTENCION DE ENERGIA MEDIANTE BIOELECTROGENESIS EN LOS EFLUENTES DEL RIO QUILCAY-HUARAZ- 2015”

1.1.

PERSONAL INVESTIGADOR:      

1.2.

INSTITUCIÓN A LA QUE PERTENECEN: 

1.3.

Aguas

TIPOS DE INVESTIGACIÓN:  

II.

Universidad Nacional Santiago Antúnez De Mayolo

AREA DE INVESTIGACIÓN: 

1.4.

Cadillo Gamarra Kessler. Granados Cacha Luz. Mori Villanueva Diana. Paucar Rosas Yushin Wilson. Quito Mena Roxana. Rosales Fajardo Jeyson Anderson.

De acuerdo al fin que se persigue: Experimental-Aplicativa De acuerdo al diseño de investigación: Descriptiva- explicativa

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: 2.1.

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA:

Las familias colindantes al rio Quillcay, descargan sus aguas residuales sin tratamiento alguno al cuerpo receptor (rio Quillcay), alterando el ecosistema del rio, además de ello presenta focos infecciosos (enfermedades gastrointestinales, malos olores detrimento paisajístico, otras, etc.) Para la población aledaña, este motivo ha planteado este estudio de investigación para tratarlas y recuperar dichas aguas, mejorar la salud pública y generación de energía, estas aguas residuales contienen microorganismos que pueden ser usadas como catalizadores en celdas de combustibles microbianas; que transforman el sustrato biodegradable directamente a electricidad. Esto se consigue cuando las bacterias, a través de su metabolismo, transfieren electrones desde un donador, tal como la glucosa, a un aceptor de electrones.

2.2.

FORMULACION DEL PROBLEMA:

¿Influye el método de Bioelectrogénesis para la recuperación de AA.RR. Y generación de energía, en la provincia de Huaraz (rio Quillcay)?

2

III.

OBJETIVOS: 3.1.

JUSTIFICACION:

3.1.1. JUSTIFICACION ECONOMICA: La energía que se produce a partir del tratamiento de agua residual doméstica mediante Bioelectrogénesis, esta puede ser usada por la población aledaña, mejorando así su economía. Además, si dichas aguas recuperadas es reusado en la agricultura, también pueden ser utilizados para el riego de parques y jardines en la ciudad de Huaraz, reduciendo el costo del agua utilizada actualmente, así mismo para riego de tallo alto. 3.1.2. JUTIFICACION SOCIAL: Mejorar la calidad de vida de la población, se elimina el foco infeccioso que presentaba antes y el rio Quillcay como atractivo paisajístico. 3.1.3. JUSTIFICACION AMBIENTAL: El presente trabajo de investigación permitirá proteger el medio y recuperar el ecosistema del rio quillcay, Mejorar la calidad sanitaria de los drenajes naturales, para evitar la contaminación de las aguas abajo. Además, la producción de energía renovable.

3.2.

OBJETIVOS GENERALES:

 generación de energía mediante Bioelectrogénesis tratando las aguas residuales domésticas en la ciudad de Huaraz (rio Quillcay).

3.3.

OB.JETIVOS ESPECIFICOS:

 Recuperar el ecosistema del rio Quillcay.  Mejorar la calidad de vida de la población  Analizar la eficiencia y rendimiento del tratamiento de aguas residuales domésticas, mediante Bioelectrogénesis en el rio Quillcay-Huaraz.

IV.

MARCO TEORICO – CONCEPTUAL 4.1.

ANTECEDENTES:

4.1.1. ANTECEDENTES INTERNACINALES: En cuanto a la generación de energía eléctrica a partir de celdas microbianas Pistonesi, Haure y D´Elmar (2010, 21), concluye que una vez el sustrato sea consumido, cesa el crecimiento y sobreviene la muerte celular, viéndose afectada la generación de voltaje. Así como también menciona que, el voltaje se incrementa a medida que la concentración de glucosa aumenta. Por otro lado, los investigadores de la Universidad Estatal de Oregón, menciona que: el carácter biodegradable de parte del contenido de las aguas residuales, si se aprovecha al máximo, teóricamente podría proporcionar muchas veces la energía que se usa hoy en día para procesarlas, y además sin generar emisiones adicionales de efecto invernadero… Incluyendo microorganismos más adecuados y nuevos materiales separadores, la tecnología puede producir ahora más de dos kilovatios por metro cúbico de volumen de 3

líquido en el reactor… el sistema ha sido probado de forma extensiva en el laboratorio (AMAZINGS, 2012).

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS CON UN SISTEMA DE COGENERACIÓN PARA LA PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD Y CALOR. Resumen La planta de tratamiento de aguas Portinho da Costa18 cubre aproximadamente el 24% del tratamiento de aguas residuales en el municipio de Almada. El biogás producido se utiliza en un sistema de cogeneración para producir electricidad y calor. Gracias a este sistema de cogeneración, el consumo de gas natural y energía eléctrica se ha reducido en un 67%, lo que equivale a una reducción de 2000 Mwh al año. En el plano medioambiental, el uso de esta tecnología ha reducido las emisiones de gases de efecto invernadero (CO2) en un 38%, es decir 687 toneladas. Esta planta de tratamiento de aguas cuenta con las mejores y más avanzadas tecnologías y tiene una alta eficiencia de tratamiento (el porcentaje de eliminación de sustancia orgánica es del 96%). Contexto En el municipio de Almada se trata casi el 100% de las aguas residuales. Este objetivo se concretó gracias a una estrategia del municipio para cubrir todo el concejo con sistemas de tratamiento y buenos sistemas de drenaje. Para ello, el municipio posee cuatro plantas de tratamiento de aguas. Una de ellas es Portinho da Costa, una planta respetuosa con el medio ambiente y energéticamente eficiente que transforma los residuos en calor y electricidad. Proceso La planta de tratamiento de aguas de Portinho da Costa se construyó con una instalación de sistema de cogeneración que transforma el biogás en calor y electricidad. El biogás se obtiene mediante la digestión anaeróbica de los lodos procedentes del tratamiento de las aguas residuales. (Carlos Pistonesi, José Luis Haure, Roberto D’Elmar, 2010) TECNOLOGÍAS ELECTROQUÍMICAS MICROBIANAS PARA UNA SOCIEDAD SOSTENIBLE (24 jul, 2014 Blog Barroeta, Belén) Entre los mayores retos que debe resolver la sociedad actual para que las nuevas generaciones puedan vivir en un entorno sostenible destaca la gestión de residuos para convertirlos en una fuente de energía o transformarlos en recursos útiles. Las Tecnologías Electroquímicas Microbianas constituyen un campo de investigación nuevo y en plena efervescencia, que busca soluciones a estos problemas. Estas aplicaciones son posibles mediante la electrogénesis microbiana, la capacidad de determinados microorganismos para “comunicarse” con materiales conductores de la electricidad a través de corrientes eléctricas. Los residuos, lejos de ser una carga, se convierten en una fuente de alimentación para ciertas bacterias que son capaces convertir la energía química en electricidad mediante pilas microbianas de combustible (Microbial Fuel Cells, MFC). Una de las revoluciones fundamentales de las MET fue el descubrimiento de la capacidad de ciertas bacterias del género Geobacter para producir electricidad (Bond et al, 2002 Science). Dicho microorganismo, que puede encontrarse en los lechos fluviales y sedimentos marinos, se ha convertido en el modelo para estudiar este atractivo concepto por su capacidad para transferir electrones a un electrodo, respirándolo, de una forma similar a la que nosotros respiramos el oxígeno. El proyecto desarrollado, denominado Producción de Energía Sostenible a partir de Aguas Residuales (PENSAR) permite generar hidrógeno para producir electricidad a partir del tratamiento de las aguas residuales. Este hidrógeno, considerado uno de los 4

combustibles verdes con más futuro, permitirá a las empresas cambiar el concepto del tratamiento de aguas de un proceso consumidor de energía hacia un proceso con una producción limpia. La nueva tecnología aprovecha la energía química contenida en las aguas residuales aprovechándola para la producción bioelectroquímica de hidrógeno. De esta manera, se pretende minimizar los costes de tratamiento de las aguas residuales y, al mismo tiempo, recuperar parte de la energía que se invierte. Se calcula que los costes energéticos de los sistemas de tratamiento de aguas residuales se sitúan alrededor del 2% de la producción total de electricidad en España. (www.aecomunicacioncientifica.org) NUEVO SISTEMA PARA PRODUCIR ELECTRICIDAD E HIDRÓGENO CON AGUAS RESIDUALES (Universidad de Barcelona, España, 2015) Barcelona (Redacción).- Investigadores del Departamento de Ingeniería Química de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) han obtenido energía eléctrica e hidrógeno de manera eficiente a partir del proceso de depuración de aguas residuales. El nuevo sistema de tratamiento utiliza bacterias que consumen la materia orgánica y producen corriente eléctrica, según explican los responsables del proyecto en un artículo publicado en el número de enero de 2015 de la revista técnica Water Research. Actualmente existen tratamientos que permiten la purificación de las aguas residuales para conseguir efluentes que se pueden verter en mares o ríos sin problemas medioambientales. Sin embargo, se trata generalmente de tecnologías con un elevado coste energético, mayoritariamente de aireación y bombeo, y con un elevado coste económico del tratamiento de los residuos generados, principalmente de los lodos de depuradora. (www.lavanguardia.com/natural) 4.1.2. ANTECEDENTES LOCALES: PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS “UNASAM, FCAM, BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL”-2013 Los resultados obtenidos del trabajo fueron: Primera evaluación: Esta evaluación se realizó con contenido de agua residual, yogurt y plátano, durante 28 días.

Grafica N°1: En las celdas microbianas se observa que la producción de energía eléctrica va en aumento al transcurrir el tiempo teniendo como punto máximo a los 22 días con una producción de energía eléctrica de 0.060 v.

5

Segunda evaluación: Se realizó con el intercambio de una cierta cantidad de agua residual con agua residual doméstica. Esto durante 15 días.

Grafica N° 2: Se observa que hay un incremento en el voltaje casi constante, comparado con la gráfica N°1 en esta se produce una mayor cantidad de energía eléctrica llegando a producirse, en tan solo 7 días, un hasta un 0.093 v. de ahí que tiende a disminuirse el voltaje. Tercera evaluación: Se realizó con la adición de sal en la parte anaeróbica de las celdas. Esto hasta el día de entrega del presente trabajo (6 días).

Gráfica N° 3: Luego de adicionarse sal (5 gr) se puede observar que el incremento en el voltaje es casi constante. Gráfica N° 4: Se observa que al disminuir la materia orgánica entonces la producción de energía eléctrica tiende a disminuir, y luego de añadírsele un cierta cantidad de aguas residuales domestica esta tiende a subir notoriamente en poco tiempo y al añadirle sal tiende a incrementarse el voltaje pero en proporciones casi constante.

En conclusión la producción de energía eléctrica es mucho mayor si se le añade aguas residuales domésticas ya que estas tienen un contenido mayor de materia orgánica. En cuanto la producción de energía eléctrica al ser añadida la sal, también tiende a incrementarse pero en menor cantidad comparada con las aguas residuales domésticas, comparadas con el tiempo de producción de energía eléctrica. Se pudo producir energía eléctrica a partir de las aguas residuales por medio de celdas microbianas. (Dr. PALOMINO CADENAS, 2013) 6

4.2.

BASES TEORICAS:  Bacterias generadoras de electricidad: Es sabido que los microorganismos pueden producir combustibles como etanol, metano e hidrógeno a partir de la materia orgánica, sin embargo, poco se conoce acerca de su capacidad para transformar esta materia en electricidad. Hace más de dos décadas, en los sedimentos acuáticos del río Potomac, cerca de Washington, D.C., científicos de la Universidad de Massachusetts descubrieron que las bacterias de la familia Geobacteraceae tenían una capacidad metabólica sorprendente, la cual les permite producir electricidad y reducir metales tan tóxicos como el uranio VI a uranio IV (menos tóxico) y ayudar así a la biorremediación de sitios contaminados por este y otros metales pesados. En Estados Unidos, el Departamento de Energía ha puesto especial atención en el aprovechamiento de algunos de estos microorganismos, pues ofrecen una alternativa para la generación de electricidad al emplear compuestos orgánicos de desecho y acoplar la respiración anaeróbica a la reducción microbiana de metales. En México, la doctora Katy Juárez López, investigadora del Instituto de Biotecnología (IBt), explicó a El faro la función que desempeña en el Geobacter Project (www.geobacter.org), liderado por Derek Lovley, descubridor de estas bacterias. “Investigo cómo se regula la expresión de los genes que participan en la transferencia de electrones tanto para la producción de bioelectricidad como para la biorremediación de metales pesados”. (Quiroz, 2007)  Cómo genera electricidad Geobacter metallireducens: De igual manera que estas bacterias transfieren los electrones a los metales para obtener su energía, éstas los pueden transferir a electrodos y así constituir una celda microbiana o una batería microbiana. Existen dos tipos de celdas: las microbianas de combustible, que se emplean con cultivos aislados en dispositivos controlados en el laboratorio, y las celdas microbianas de sedimento, las cuales emplean las bacterias y la materia orgánica de fondos acuáticos (marinos y de agua dulce) para producir electricidad. En ambos casos es necesario dotar las áreas de agua con acetato (líquido transparente e incoloro de aroma dulce muy inflamable), ya que éste, comparativamente, equivale a la glucosa que necesita el hombre para producir su energía. Estas celdas ya se emplean en algunos lugares para aportar la energía necesaria para el funcionamiento de dispositivos marinos de monitoreo de temperatura y pH, entre otros parámetros, con la ventaja de que este tipo de baterías no requieren mantenimiento y pueden funcionar varios años. (Quiroz, 2007)  Otras virtudes de Geobacter: Estos microorganismos han dado aún más de qué hablar, pues se ha descubierto que la especie G. sulfureducens produce de forma natural unos filamentos muy delgados, llamados Pili, que a manera de nano cables se utilizan como conductores de electricidad. Miden entre 3 y 5 nanómetros de ancho, es decir, son 20,000 veces más delgados que un cabello humano, muy duradero, indispensable en la formación de una biopelícula en los electrodos y muy importante en el proceso de transferencia de los electrones. En el laboratorio del IBt a cargo del doctor Francisco Bolívar, la doctora Katy Juárez ha modificado genéticamente algunas de las bacterias de esta especie con la finalidad de 7

que la biopelícula que producen se vuelva más gruesa y mejore el rendimiento de electricidad. Uno de los desafíos más importantes que recae en este tipo de investigaciones es el de incrementar la capacidad energética y reducir los costos del proceso, por esta razón se investigan nuevos materiales para los electrodos, se evalúan microorganismos genéticamente modificados y la aplicación de nuevos dispositivos. De hecho, algunas compañías asiáticas trabajan en un prototipo de baterías, llamadas “baterías verdes”, capaces de generar 60 watts, lo que equivale a un foco que emite 17 horas de luz; aunque el proceso de su investigación aún no se ha revelado, pretenden que dichos microorganismos produzcan electricidad a partir del consumo de azúcar o incluso de desechos orgánicos. Si bien podría pasar una década antes de que este tipo de investigación esté al alcance de la sociedad, es indispensable no olvidar que el uso excesivo de combustibles fósiles ha incrementado la cantidad de bióxido de carbono en la atmósfera, lo que ha desatado fenómenos adversos como una “descontrolada” variabilidad climática, por lo que esta fuente renovable de energía se presenta como una alternativa para mitigar este tipo de problemas a largo plazo.

Las geobacter desarrollan filamentos microscópicos llamados Pili, que funcionan como conductores de electricidad y se comportan como nano cables. (Quiroz, 2007) 

MICROBIOS PARA LIMPIAR EL AGUA Y OBTENER ENERGÍA La conversión de energía química en eléctrica es posible en ciertos dispositivos electroquímicos denominados células o pilas de combustible (Fuel Cells), donde la electricidad se obtiene a partir de una fuente externa de combustible química que suele ser hidrógeno o etanol. Algunos de los vehículos de transporte público de muchas ciudades del mundo desarrollado utilizan ya está tecnología limpia que tiene al inocuo vapor de agua como único residuo. Una variante reciente de esta célula de combustible es la célula de combustible microbiana (Microbial Fuel Cell, MFC). En las MFC se utilizan microorganismos para oxidar el combustible, materia orgánica, y transferir los electrones a un electrodo (ánodo), que está conectado a un cátodo a través de un material conductor que contiene una resistencia. Las cámaras que albergan estos electrodos, la anódica (anaerobia) y la catódica (aerobia), 8

están comunicadas por una membrana de intercambio catiónico que permite el paso de protones. De esta forma, los protones generados en la oxidación de la materia orgánica se combinan con oxígeno y con los electrones que llegan al cátodo para formar agua. Existe también la posibilidad de alojar una pila de combustible en un hábitat natural y obtener energía eléctrica a partir de las comunidades microbianas naturales. En este caso, el diseño recibe el nombre de célula de combustible sedimentaria y requiere el enterramiento del ánodo en un sedimento anaerobio que hace las veces de cámara anódica, mientras que el cátodo queda expuesto en la fase acuosa aeróbica que cubre el sedimento. Antes de entrar en más detalles nos detendremos para averiguar los principios de funcionamiento de la pila de combustible. (Carlos Pistonesi, José Luis Haure, Roberto D’Elmar, 2010)  Principio de funcionamiento de una pila de combustible: Cuando se desarrollan distintas posibilidades de obtener energía eléctrica a partir de un combustible como vector energético primario, es de notar que en general, el combustible es el punto de partida, la generación debía entonces partir de una combustión con el fin de producir el primer paso. Hasta aquí la generación convencional térmica de la cual no redundaremos en mucha información. Pero si se piensa en el tipo de reacción que es la combustión, en la cual un elemento (combustible) se oxida frente a otro que se reduce (comburente), se puede decir entonces que toda combustión es una reacción de óxido – reducción. Analizando más el proceso, en ese tipo de reacción, la oxidación del elemento combustible consiste en la pérdida de uno o más electrones (de valencia) que son los que capta el elemento comburente al reducirse. O sea que se puede resumir considerando el proceso de combustión de un elemento combustible frente a otro comburente, como la cesión de electrones de uno a otro, y la liberación de energía (térmica en este caso). Pero entonces, si para producir energía eléctrica, que consiste también en sostener un flujo de electrones, se parte de un proceso similar (óxido – reducción), es evidente que en los procesos descriptos, y a causa de los rendimientos de cada una de las transformaciones, el flujo de electrones obtenido finalmente nunca podrá ser ni siquiera igual al flujo original, del proceso primario (combustión). Entonces, se podría decir que el mayor flujo de electrones que se puede obtener a partir de un combustible es justamente el que se produce en su combustión, por lo que si se pudiese efectuar la óxido reducción pero sin que entren en contacto directo combustible y comburente, y se pudiese tener un sistema que actúe como “intermediario” en el proceso, la cantidad de energía eléctrica que se obtendría (flujo de electrones en un circuito de carga) sería el máximo posible, es decir, sería la transformación con el mayor rendimiento posible. Se puede analizar el caso más sencillo, el de la combustión de hidrógeno con oxígeno como comburente:

Entonces, si se pudiese lograr que el hidrógeno ceda su electrón a una parte del sistema, conectada eléctricamente con otra similar que sea capaz de ceder ese electrón al oxígeno en forma separada, y que los iones así formados puedan finalmente formar agua en 9

un medio electrolito, se tendría solucionado el problema. De esa forma, todo electrón cedido por el combustible que se oxida deberá pasar por un circuito eléctrico antes de llegar al comburente que se reduce. El esquema funcional se muestra en la Figura 2:

FIGURA 2: ESQUEMA FUNCIONAL DE UNA CELDA DE COMBUSTIBLE. Las placas señaladas, además de semipermeables y conductoras, deben ser catalíticas. Ello significa que deben poseer la capacidad de adsorción, es decir, que en presencia del material de las mismas, las moléculas del combustible y comburente pasen a estado atómico, que es la forma en la cual realmente se producen las reacciones de óxido reducción. La propiedad de adsorción la presentan algunos elementos determinados, cuyas estructuras cristalinas, además de poseer electrones libres que proporcionen la conductibilidad eléctrica, dichos electrones tengan mayor afinidad que en las estructuras cristalinas metálicas normales para interaccionar con electrones de valencia de átomos externos. Tal es el caso del Platino. Asimismo, se requiere que el material además de catalítico y conductor, sea poroso semipermeable. Tal condición puede esquematizarse como se indica en la Figura 3:

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FIGURA 3: DETALLE DEL MATERIAL CATALÍTICO POROSO NECESARIO PARA LA PILA DE COMBUSTIBLE La relación entre el diámetro Ø de la porosidad, que en el esquema se supuso recta, y el largo de la misma L, debe ser tal que la capilaridad compense la diferencia de presiones entre el gas y líquido como para que el menisco quede en el medio y no burbujee el gas en el electrolito ni éste gotee en el recinto del gas. La razón de ello se puede entender en el siguiente esquema, en el que se representa la un detalle aumentado superficie interna del poro en el lugar del menisco: (Figura 4)

FIGURA 4: DETALLE AUMENTADO SUPERFICIE INTERNA DEL PORO EN EL LUGAR DEL MENISCO

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Ese punto triple, que corresponderá al perímetro del menisco, será el escenario de las siguientes reacciones, considerando previamente que el electrolito, compuesto por agua, se puede entender de la siguiente manera: H2 𝑂 ↔ H+ + OH− Del lado del hidrógeno: (Figura 5):

FIGURA 5: PASAJE DE ELECTRONES DEL LADO DEL HIDRÓGENO O sea que la ecuación correspondiente en esta placa será: H2 + 2𝑂H− → 2H2 𝑂 + 2𝑒 − (0,8V) En la molécula de hidrógeno, cada átomo tiene mayor afinidad con uno de los electrones de la red cristalina que con el de su vecino, por lo que queda adsorbido a la superficie sólida, pero ya en estado atómico, es decir, como hidrógeno reactivo. Si por estar en el punto triple, se acercan dos oxidrilos del electrolito, los protones desarrollarán mayor afinidad con los electrones de valencia de los oxidrilos que con los propios adsorbidos, abandonándolos para que se integren a la red cristalina, y formando moléculas de agua, con lo cual la placa adquirirá polaridad negativa. En la otra placa, del lado del oxígeno, ocurrirá algo similar: (Figura 6)

FIGURA 6. PASAJE DE ELECTRONES DEL LADO DEL OXÍGENO La molécula de oxígeno se adsorbe parcialmente levantando de la red cristalina un par de electrones; al aproximarse una molécula de agua, uno de los átomos de oxígeno experimenta mayor avidez por el protón de la molécula de agua que por su ligadura adsorbida, por lo que la levanta, captura el protón, formando el ion peroxhidrilo, que decae y se transforma en un átomo de oxígeno totalmente adsorbido y un oxhidrilo, quedando entonces dos, el formado más el remanente de la molécula de agua destruida. 12

En este caso la ecuación es:

Sumando miembro a miembro ambas ecuaciones resulta:

    

Por lo que se genera una diferencia de potencial de 1,23 V al efectuar la “combustión” de una molécula de hidrógeno, capaz de sostener una corriente en un circuito externo. Este es el principio de funcionamiento de las celdas de combustible en general, existiendo diversas variantes en cuanto a material de las placas, tipo de electrolito, combustible y comburente, y temperatura de funcionamiento. Como regla general se puede decir que se tiende a suplantar el contenido de platino en los materiales de las placas, compensando la disminución del poder catalítico con un aumento de la temperatura de trabajo. Asimismo, se trata de utilizar aire como comburente en vez de oxígeno puro; de igual forma, se prefieren combustibles más tradicionales como el gas natural por el momento, antes que el hidrógeno en gran escala. En líneas generales, se pueden distinguir algunos tipos de celdas de combustible; las de baja temperatura (temperatura ambiente), las de temperaturas medias (100 a 250ºC), y las de alta temperatura (más de 500ºC). En las de alta temperatura los electrolitos utilizados son sales en fusión, dado que solamente se pueden usar soluciones acuosas de hidróxidos o ácidos a temperaturas cercanas a los 100ºC, como el caso de las celdas que funcionan con gas natural y electrolito de solución de ácido fosfórico (4 MW eléctricos). La generación de energía eléctrica mediante celdas de combustible presenta las siguientes ventajas y características: No tiene problemas de escala. No produce ruido eléctrico porque no hay ni corte de campos magnéticos ni conmutaciones Por lo antedicho representa la transformación de mayor rendimiento a partir de un combustible determinado. Puede usar cualquier combustible al que se pueda rectificar separándole el hidrógeno de su composición. Si se aprovecha el calor generado en dicha rectificación, el rendimiento total de generación supera el 80%. LAS CELDAS DE SOMBUSTIBLE MICROBIANAS El concepto de microorganismos usados como catalizadores en celdas de combustibles microbianas (MFC) fue explorado desde los años 70 y 80. La MFC utilizada para tratar agua residual doméstica fue introducida por Habermann y Pommer (1991). Sin embargo, recientemente han vuelto a ser dispositivos atractivos para generar electricidad desarrollando oportunidades para aplicaciones prácticas. Una MFC convierte un sustrato biodegradable directamente a electricidad. Esto se consigue cuando las bacterias, a través de su metabolismo, transfieren electrones desde un donador, tal como la glucosa, a un aceptor de electrones. En una MFC las bacterias no transfieren directamente los electrones producidos a su aceptor Terminal, sino que éstos son desviados hacia el ánodo (Figura 2). Esta 13

transferencia puede ocurrir de varias formas, bien sea a través de la membrana celular o a partir de un mediador soluble, y los electrones fluyen a través de un circuito externo. Las MFC tienen ventajas sobre otras tecnologías usadas para la generación de energía a partir de materia orgánica: o La conversión directa de sustrato a electricidad permite altas eficiencias de conversión. o Operan eficientemente a temperatura ambiente, incluidas bajas temperaturas. o No requieren del tratamiento del biogás generado en la celda. o No requieren de energía extra para airear el cátodo, pues éste puede ser aireado pasivamente. o Tienen aplicación potencial en lugares alejados con ausencia de infraestructura eléctrica, convirtiéndose en una opción más de energía renovable para los requerimientos de energía a nivel mundial. A partir de la biomasa orgánica presente en residuos sólidos y líquidos se puede obtener una variedad de biocombustibles y subproductos, siendo la glucosa la principal fuente de carbono. Entre las reacciones estequiométricas principales del metabolismo fermentativo microbiológico están:

Entre las MFC con membrana de intercambio protónico (PEM, siglas del inglés proton Exchange membrane) existen tres configuraciones típicas: o Bioreactor desacoplado de la MFC: los microorganismos generan H2 que se emplea como combustible en una celda de combustible.(Figura 7) o Bioreactor integrado a la MFC: los microorganismos generan H2 que se convierte a electricidad en una única celda. (Figura 8) o MFC con transferencia directa de electrones: generación eléctrica microbiológica y transferencia directa al ánodo. (Figura 9)

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FIGURA 7: BIOREACTOR DESACOPLADO DE LA MFC

FIGURA 8: BIOREACTOR INTEGRADO A LA MFC

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FIGURA 9: MFC CON TRANSFERENCIA DIRECTA DE ELECTRONES Las MFC pueden ser monitoreadas a través de parámetros electroquímicos tales como densidad de potencia, corriente eléctrica generada y voltaje. De igual forma, un parámetro biológico muy importante Es la carga orgánica del sustrato a emplear, expresada en:

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: Las celdas de combustible microbianas (MFC) se han utilizado experimentalmente para el tratamiento de aguas residuales municipales principalmente, sin embargo cabe destacar la utilización de este tipo de sistemas en la generación de electricidad en sedimentos marinos o de origen lagunar como una aplicación tecnológica para comunidades distantes al suministro de energía (Bond et al., 2002; Holmes et al., 2005). El objetivo principal en tales tecnologías ha sido la obtención de energía en forma de electricidad o hidrógeno, con la adicional disminución de la demanda química de oxígeno (DQO). El proceso global (Figura 10, Figura 11 y Figura 12) se desarrolla en la MFC compuesta de dos cámaras separadas por una membrana polimérica, la cual es permeable al paso de protones. La muestra éste proceso, en la primera cámara se encuentra el ánodo, el cual captura los electrones liberados en el medio como consecuencia de la degradación de la materia orgánica. Estos electrones que se generan, fluyen hacia el cátodo a través de un circuito externo a la celda, lo que permite la generación de corriente eléctrica. Por otro lado, los protones pasan a través del polímero permeable. Una vez dentro de la cámara catódica, los protones reaccionan con electrones y oxígeno contenido en el aire para formar agua.

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FIGURA 10: PROCESO DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA DE UNA MFC

FIGURA 11: PROCESO DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA DE UNA MFC

FIGURA 12: PROCESO FINAL DE LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA A TRAVÉS DE UNA MFC Por otro lado, existe una configuración considerada novedosa, en la cual el oxígeno que es necesario en el cátodo, se suministra mediante convección natural (Figura 12). Esto 17

gracias a que el cátodo se encuentra en contacto directo con el ambiente, evitando de esta forma rociar aire al medio o mejor aún suministrar aire u oxígeno puro al sistema como en el caso de las celdas electroquímicas de H2 convencionales. Inóculos utilizados en las celdas de combustibles microbianas La Tabla 2 muestra una compilación de diversos trabajos en el área de las MFCs.

TABLA 2 COMPARACIÓN DE PARÁMETROS DE DESEMPEÑO DE DIFERENTES CONFIGURACIONES EN CELDAS DE COMBUSTIBLE MICROBIANAS TIPO PEM. 18

Los estudios con cultivos puros parecen predominar (miembros de la familia proteobacteriana Geobactereace), aunque hay algunos estudios recientes donde consorcios microbianos como aquellos presentes en aguas residuales son utilizados como inóculos (Figura 13).

FIGURA 13: INÓCULOS PRESENTES EN AGUAS RESIDUALES. Los análisis de las comunidades microbianas asociadas a los ánodos de las MFC muestran una gran diversidad de géneros bacterianos dependiendo de la naturaleza del inóculo, del combustible y del tipo de MFC utilizada. Uno del grupo de microorganismos que se ha mostrado como muy eficaz en la transferencia de electrones a una MFC es el de la deltaproteobacterias, y en concreto el género Shewanella oneidensis. (Figura 14)

FIGURA 14: DELTAPROTEOBACTERIA SHEWANELLA ONEIDENSIS La gran revolución en el campo de las MFC se ha producido en el último lustro, con el descubrimiento de microorganismos electrogénicos que son capaces de transferir los electrones al ánodo en ausencia de mediadores redox artificiales. Podemos distinguir dos tipos de bacterias electrogénicas, aquellas que producen sus propios mediadores redox, que son secretados al medio y reaccionan con el electrodo, y aquellas que interaccionan de 19

forma directa con el electrodo sin mediador soluble alguno. Así por ejemplo se han descrito que Shewanella secreta riboflavinas que actúan como mediadores redox entre la bacteria y el electrodo. En el segundo grupo, el de la transferencia directa por contacto bacteriaelectrodo se encuentran las bacterias del género Geobacter. Las bacterias del género Shewanella oneidensis son habitantes de forma natural del subsuelo y durante millones de años han utilizado los óxidos de hierro insolubles como aceptores de electrones para oxidar la materia orgánica. Los mecanismos responsables de establecer una comunicación redox entre la bacteria y la superficie de los óxidos de hierro han contribuido a “dar forma” a la corteza terrestre, y comprenderlos constituye uno de los retos de la microbiología medioambiental. Shewanella oneidensis es capaz de producir magnetita en ambientes sedimentarios, así como de respirar uranio, biodegradar anaeróbicamente compuestos aromáticos contaminantes, respirar ácidos húmicos en ambientes naturales o transferir electrones a electrodos, con la consiguiente producción de electricidad. La razón de utilizar cultivos puros en vez de consorcios microbianos ha sido principalmente la ventaja que representa estudiar MFCs con biocatalizadores en los cuales un modelo predecible puede obtenerse acerca de cómo la transferencia de electrones es llevada a cabo. Por ejemplo, se ha propuesto que diversas especies del género Geobacter y Shewanella pueden liberara electrones al ánodo a través de acarreadores ya sea producidos por los mismos microorganismos o suministrados artificialmente. De estos últimos se desprenden desde compuestos pequeños como la antroquinona 2,6-disulfo hasta compuestos orgánicos complejos como las sustancias húmicas. En este sentido Bond y Lovley (2002) utilizaron para su estudio “Geobacter sulfurreducens” en un medio con la siguiente composición (por litro): → → → → →

0,1 gr de KCl 0,2 gr de NH4Cl 0,6 gr de NaH2PO4 10 ml de mezcla de vitaminas 10 ml de trazas de medio mineral.

El pH del medio fue ajustado a 6,8. Además fueron adicionados 2 gr de NaHCO3 y el medio fue gaseado con N2-CO2 (en una relación 80% y 20% respectivamente) para remover el oxígeno antes de esterilizar el medio en frascos tapados. Como donador de electrones se utilizó, Acetato (5 mm). Para mantener las células viables, se utilizó óxido de hierro (III) como aceptor de electrones antes de inocular la celda (100-120 mm). Las células entonces fueron transferidas a un medio que contenía 40 mm de fumarato como el aceptor de electrones antes de ser inoculadas a las cámaras que contenían los electrodos. El medio contenido en las cámaras fue modificado con 2,9 g de NaCl. Cuando el medio fue reemplazado con una 20

solución amortiguadora salina anóxica en los experimentos del electrodo, la solución amortiguadora contenía (por litro) lo siguiente: → 0,1 g de KCl, → 0.6 g de NaH2PO4 → 2.9 g de NaCl, → 2 g de NaHCO3. Producción de energía de la celda • Aclimatación de la celda: Cuando la MFC es inoculada con el cultivo bacteriano existe una fase de latencia seguida de un rápido incremento en el voltaje, alcanzando un voltaje en el cual se estabiliza (este valor es de alrededor de 0,4 Volt). Posteriormente el voltaje disminuye (Figura 15) gradualmente a medida que la materia orgánica contenida en el inóculo fue consumida. En la se muestra distintas transferencia de inóculo y su comportamiento ante este circunstancia.

FIGURA 15: VARIACIÓN DE VOLTAJE EN FUNCIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA. Al adicionar la tercera transferencia de inóculo a la CCM el comportamiento tiende a ser similar, produciéndose un intervalo de estabilidad. Una vez que el sustrato es consumido, cesa el crecimiento y sobreviene la muerte celular, viéndose afectada la generación de voltaje. • Efecto de la concentración del sustrato: La producción de voltaje en la MFC (Figura 16) sigue una cinética de saturación; es decir, de utilización del sustrato en sistemas biológicos en función de la concentración y la velocidad de transporte.

21

FIGURA 16: PRODUCCIÓN DE VOLTAJE VERSUS CONCENTRACIÓN Y VELOCIDAD DE TRANSPORTE Como se puede observar en la figura, el voltaje se incrementa a medida que la concentración de glucosa aumenta, manteniéndose constante a partir de una concentración de 1000ppm. Así, el máximo radio de utilización del sustrato ocurre en altas concentraciones del mismo. • Generación de potencia en la CCM: La densidad de potencia generada por la MFC se mide en: mW/m2 y para los cálculos se emplea la ecuación de la potencia. La producción de la densidad de potencia típica de este tipo de celda se muestra en la Figura 17

FIGURA 17: DENSIDAD DE POTENCIA TÍPICA DE CELDA MFC • Influencia del pH: Otro parámetro importante en el desempeño de la MFC es el pH del compartimiento anódico. La densidad de potencia disminuye ligeramente a medida que el pH aumenta. Para valores mayores de 7 el sistema se estabiliza teniendo un valor constante. • Eficiencia obtenida en la CCM: La eficiencia se determina, como ya se dijo, con base a la eficiencia coulombica (EC), la cual se define como la cantidad de materia orgánica que se Recupera como electricidad. La EC se calcula con la siguiente ecuación:

Donde CP es el total de coulombs calculados por la integración de la corriente en el tiempo y Cti, es la cantidad teórica de coulombs, calculada a partir de: Donde: F: constante de Faraday b: número de moles de electrones producido por mol de sustrato. S: concentración de sustrato

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V: volumen del líquido M: peso molecular del sustrato empleado en la MFC.

Para determinar Cp se utiliza la gráfica de la corriente en función del tiempo de operación de la MFC (Figura 18). Del análisis dl inóculo y del sustrato podemos obtener Cti, con lo cual la eficiencia calculada para distintos experimentos se obtuvo que este representaba cerca del 60%.

FIGURA 18: CORRIENTE EN FUNCIÓN DEL TIEMPO DE OPERACIÓN DE LA MFC LA CELDA DE COMBUSTIBLE EN LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Una planta de tratamiento convencional está formada por las etapas ya mostradas en la Figura 1 En ella puede observarse: • Tratamiento primario: Aquellos que aprovechan las propiedades físicas de los componentes que se desean separar y aquellos que aprovechan las propiedades químicas Mecánico: Reja (gruesa. Mediana, fina), Trituradores. Hidráulico: Desarenador, desengrasador, cámaras sépticas y Sedimentadores. Químico: Coagulación y floculación. 23

• Tratamiento secundario: Aquellos que aprovechan las propiedades biológicas Cuerpos filtrantes: Filtros de arena, lechos percoladores (comunes o recirculados) Barros activados: Por inyección de aire, aireación mecánica, prolongada, aereación extendida. Lagunas. • Tratamiento Terciario: Son tratamientos que sirven para el pulido del agua. Desinfección, intercambio iónico, adsorción con carbón activado, etc. La ubicación de la MFC dentro de la planta deberá estar, obviamente antes del reactor biológico es decir del tratamiento secundario. Existen en la actualidad dos posibilidades para su ubicación: • Antes del Sedimentador primario (Figura 19) • Después del Sedimentador primario (Figura 20) En el primer caso y ante la situación de que la salida de la MFC se tiene aguas residuales con mucho menor contenido de materia orgánica, el tiempo de retención hidráulico será menor en todos los procesos posteriores. Por otro lado su implementación en instalaciones existentes es muy sencilla En el segundo caso se coloca posterior a los sedimentadores en los cuales se produce la coagulación para su posterior floculación. Esta situación tiene una ventaja de que la materia orgánica presente se encuentra más concentrada y por ello los niveles de energía serán mayores. Esta situación es más difícil de implementar en plantas que ya están funcionando.

FIGURA 19: MFC UBICADA ANTES DEL SEDIMENTADOR PRIMARIO. 24

FIGURA 20: MFC UBICADA DESPUÉS DEL SEDIMENTADOR PRIMARIO. Otros Avances en las pilas microbianas En la Oregon State University, ya han planteado mejoras de la generación de electricidad a partir de microbios. Ellos proponen que potencialmente la nanotecnología podría ser útil en los procesos de tratamiento de agua. Con esta tecnología, las bacterias de los residuos biológicos, como las aguas residuales se colocan en una cámara del ánodo de una pila de combustible (una célula de electrólisis microbiana multi-ánodo, el MEC), donde forman un biofilm. Tales bacterias como Shewanella oneidensis, consumen los nutrientes y crecen, liberando en este proceso electrones. En este contexto, las aguas residuales son literalmente el combustible para la producción de electricidad. Los investigadores de Oregon State University publicaron su trabajo recientemente en Biosensores y Bioelectrónica14. Ellos descubrieron que los ánodos de grafito recubiertos con una capa de nanopartículas de oro, puede ayudar a producir 20 veces más cantidad de electricidad que los ánodos de grafito, sin el revestimiento. Un recubrimiento de paladio también ayuda, aunque no significativamente. En esta investigación plantean que posiblemente un recubrimiento de capas de nanopartículas de hierro (que sería mucho más barato que el oro) puede producir niveles de energía similares, por lo menos para este tipo de bacterias.

25

Estos investigadores son líderes mundiales en el desarrollo de esta tecnología, que podría reducir significativamente el costo del tratamiento de aguas residuales. El resultado de estas investigaciones puede ser la creación de plantas de tratamiento de aguas residuales que son completamente autosuficientes en términos de consumo de energía, útiles especialmente en áreas remotas.

Frank Chaplen, Profesor asociado de la ingeniería biológica y ecológica, realizó la siguiente declaración: “Este es un paso importante hacia nuestra meta. Todavía tenemos que realizar algunas mejoras en el diseño de la cámara de cátodo, y una mejor comprensión de la interacción entre las diferentes especies microbianas. Pero el nuevo planteamiento, es claramente producir más electricidad.” (Carlos Pistonesi, José Luis Haure, Roberto D’Elmar, 2010)

4.3.

DEFINICION DE TERMINOS 

BIOELECTROGENESIS

Podríamos definir Bioelectrogénesis como aquel proceso mediante el que bacterias transfieren electrones a superficies conductoras generando como subproducto agua limpia. Es un proceso, por tanto, en el que una energía química se convierte en energía eléctrica. (LEÓN, 2011) 

ENERGIA

La energía es una magnitud física que asociamos con la capacidad que tiene los cuerpos para producir trabajo mecánico, emitir luz, generar calor, etc. Para obtener Energía se tendrá que partir de algún cuerpo que la tenga y pueda experimentar una transformación. A estos cuerpos se les llama FUENTES DE ENERGÍA. De una forma más amplia se llama fuente de energía a todo fenómeno natural, artificial o yacimiento que puede suministrarnos energía. Las cantidades disponibles de energía de estas fuentes, es lo que se conoce como RECURSO ENERGÉTICO. La Tierra posee cantidades enormes de estos recursos. Sin embargo uno de los problemas que tiene planteada la humanidad es la obtención y transformación de los mismos. (DEFINICION ABC, s.f.)

26



ENERGIA RENOVABLE

Las energías renovables son energías limpias que contribuyen a cuidar el medio ambiente. Frente a los efectos contaminantes y el agotamiento de los combustibles fósiles, las energías renovables son ya una alternativa. (DEFINICION ABC, s.f.) 

FUENTES DE ENERGIA

Las Fuentes de energía renovables son aquellas que, tras ser utilizadas, se pueden regenerar de manera natural o artificial. Algunas de estas fuentes renovables están sometidas a ciclos que se mantienen de forma más o menos constante en la naturaleza. (DEFINICION ABC, s.f.) 

AGUAS

Sustancia cuyas moléculas están formadas por la contaminación de un átomo de oxígeno y dos de hidrogeno, es líquida, inodora, insípida e incolora. Es el componente más abundante de la superficie terrestre y más o menos puro, forma la lluvia, las fuentes, los ríos y los mares; es la parte constituyente de todos los organismos vivos y aparece en compuestos naturales. (significados, s.f.) 

AGUAS RESIDUALES

Llamamos aguas residuales a las aguas que resultan después de haber sido utilizadas en nuestros domicilios, en las fábricas, en actividades ganaderas, etc. Las aguas residuales aparecen sucias y contaminadas: llevan grasas, detergentes, materia orgánica, residuos de la industria y de los ganados, herbicidas y plaguicida, en ocasiones algunas sustancias muy tóxicas. Estas aguas residuales, antes de volver a la naturaleza, deben ser depuradas. Para ello se conducen a las plantas o estaciones depuradoras, donde se realiza el tratamiento más adecuado para devolver el agua a la naturaleza en las mejores condiciones posibles. Todavía existen muchos pueblos y ciudades de nuestro país que vierten sus aguas residuales directamente a los ríos, sin depurarlas. Esta conducta ha provocado que la mayoría de los seres vivos que vivían en esos ríos hayan desaparecido. (las aguas, s.f.) 

AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS (aguas servidas) 27

Son las aguas de origen principalmente residencial (desechos humanos, baños, cocina) y otros usos similares que en general son recolectadas por sistemas de alcantarillado en conjunto con otras actividades (comercial, servicios, industria). Esta agua tiene un contenido de sólidos inferior al 1%. Si bien su caudal y composición es variable, pueden tipificarse ciertos rangos para los parámetros más característicos. (NATURALEZA DEL AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA)

V.

HIPÓTESIS: El tratamiento de las aguas residuales de los afluentes al rio Quillcay permitirá poder restaurar el ecosistema y obtención de energía renovable en el recurso hídrico de la ciudad de Huaraz.

5.1.

VARIABLES INDEPENDIENTES:

Las características físicas, químicas y biológicas del efluente de AA.RR. o caudal o pH o conductibilidad o temperatura o descarga eléctrica

5.2.

VARIABLES DEPENDIENTES:

Obtención de energía eléctrica realizando el tratamiento de aguas residuales del afluente del rio Quillcay por el método de Bioelectrogénesis en la ciudad de Huaraz.

5.3.

OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES:

28

VARIABLER S

VARIABLE INDEPENDIENTE (Evaluación físico , químico y biológico )

INDICADO R           

UNIDA D

pH turbiedad conductividad color solidos totales solidos sedimentables totales solidos disueltos totales solidos suspendidos totales carga orgánica iones Coliformes

VARIABLE  Demanda e DEPENDIENTE DBO y DQO (Obtención de  Eficiencia de energía eléctrica remoción en realizando el términos de tratamiento de aguas DBO. residuales del afluente del rio  Eficiencia de Quillcay por el producción de energía eléctrica método de Bioelectrogénesis en la ciudad de Huaraz)

VI.

UNT L/M Mg/L

Mg/L

Caracterizació n del AA.RR del efluente de Rio Quillcay, en el laboratorio de calidad ambiental de la FCAM

Mg/L

Mg/L Kg/dia Mg/L NMP

Kg/dia Los análisis demostraron que las aguas recuperadas pueden ser utilizadas en la agricultura

Caracterizació n del AA.RR del efluente de Rio Quillcay, en el laboratorio de calidad ambiental de la FCAM, Y verificación de la producción de energía eléctrica

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 6.1.

UNIVERSO:   

6.2.

Departamento : Ancash Provincia : Huaraz Distrito : Huaraz

FISICO SOCIAL:

La investigación se realizara en la ciudad de Huaraz, en los efluentes de rio Quillcay. Y para ello la ciudad de huaraz cuenta con 127 041 de población total, 62 464 hombres y 64 577 mujeres. 29

6.3.

PERIODO HISTORICO:

El presente investigación tendrá un periodo de duración de 4 meses.

6.4.

MUESTRA:

El ámbito de la muestra estará constituido en el distrito de Huaraz, y la población que vierte sus AA.RR. al rio Quillcay.

6.5.

DISEÑO DE INVESTIGACIÓN:

El método que permitirá comprobar las hipótesis planteadas serán el analítico-inductivo y deductivo, además de ello será guiada por el método de conocimiento teórico.

6.6.

TECNICAS DE INVESTIGACIÓN:

Técnica documental: Recopilación de información para enunciar las teorías que sustentan el estudio de los fenómenos y procesos. Incluye el uso de instrumentos definidos. 6.6.1. RECOLECCION DE DATOS:  Con la caracterización de las aguas residuales identificando las bacterias productoras de electricidad.  Aforo de caudales.

VII.

COSTOS Y PRESUPUESTOS:

Presupuesto con financiamiento de la municipalidad. ITEM DETALLE UNIDADES DIA CANTIDAD PARCIAL (S/) 1 BIENES 1.1 COMPUTADORA UND. ____ 1 1700 1.2 LAPTOP UND. ____ 1 1800 1.3 CAMARAS UND. ____ 1 450 FOTOGRAFICAS 1.4 HOJAS BON MILLAR ____ 2 12 2 SERVICIOS 2.1 ANALISIS DE AA.RR. UND. 1 800 (LAB.) 2.2 IMPRESIONES, GLB 1 65 FOTOGRAFIAS 2.3 MOVILIDAD DIA 5 5 5 2.4 ALOJAMIENTO DIA 5 5 20 2.5 COMIDA DIA 5 5 15 3 RECURSOS HUMANOS 3.1 ASESOR UND. 10 1 80 3.2 INVESTIGADORES UND. 20 5 25 TOTAL(S/) 30

TOTAL (s/) 1700 1800 450 24 800 65 125 500 375

800 2500 9139

VIII. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

AÑO meses semanas

item

2015 abril mayo junio julio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1 TRABAJOS PRELIMINARES 1.1 1.1 1.2 2 2.1 2.2 2.3 3 3.1 3.2

REVISION DE TEXTOS x x x x (BIBLIOTECA Y OTROS) BUSQUEDA DE INFORMACION x x (INTERNET, FOLLETOS) RECOPILACION DE DATOS x x EVALUACION DE DATOS DISCUSIÓN DE DATOS x x RECOPILADOS CONFORMACION DE DATOS (EN COMPUTADORA) DESARROLLO DE LA PROPUESTA TRABAJO DE CAMPO IDENTIFICACION DE LA AREA DOCUMENTACION FINAL

31

x

x x

x x x

IX.

BIBLIOGRAFÍA 



   

   

  

LIBROS Y REVISTAS CIENTIFICAS: AMAZINGS. (14 de septiembre de 2012). Avance espectacular en la generación de electricidad a partir de aguas residuales. Resultados obtenidos por la Universidad Estatal de Oregón, 7-10. Obtenido de http://noticiasdelaciencia.com/not/5144/avance_espectacular_en_la_gener acion_de_electricidad_a_partir_de_aguas_residuales/ Carlos Pistonesi, José Luis Haure, Roberto D’Elmar. (2010). ENERGÍA A PARTIR DE LAS AGUAS RESIDUALES. Editorial de la Universidad Tecnológica Nacional – edUTecNe. DEFINICION ABC. (s.f.). Obtenido de definicion de energia: http://www.definicionabc.com/ciencia/energia.php Dr. PALOMINO CADENAS, E. J. (2013). Producción de energía eléctrica a partir de aguas residuales domesticas. HUARAZ. las aguas. (s.f.). Obtenido de las aguas residuales : http://mimosa.pntic.mec.es/vgarci14/aguas_residuales.htm LEÓN, A. (01 de 04 de 2011). INTERAMPRESAS INDUSTRIA DEL AGUA. Obtenido de La bioelectrogénesis revoluciona el tratamiento de aguas al considerar el residuo como recurso energético: http://www.interempresas.net/Agua/Articulos/50390-bioelectrogenesisrevoluciona-tratamiento-aguas-considerar-residuo-recurso-energetico.html (s.f.). NATURALEZA DEL AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA. (s.f.). NATURALEZA DEL AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA. Quiroz, S. V. (2007). Bacterias generadoras de electricidad. Asómate a la ciencia, 1,4. significados. (s.f.). Obtenido de significado de agua: http://www.significados.com/agua/ PAGINAS WEB: https://www.yumpu.com/es/document/view/14918154/nuevo-atlasnacional-de-mexico-tabasco-un-desastre-que-pudo-/5 http://www.ingenieros.es/noticias/ver/geobacter-sulfurreducens-uso-debacterias-para-producir-electricidad/3665 http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S071807642013000600004&script=sci_arttext

32

ANEXOS