38 animales representan un grave riesgo para la salud debido a la alta probabilidad de la existencia de agentes patógenos en los residuos fecales. Un patógeno es un microorganismo que puede causar enfermedades y causar enfermedades en las personas. El ganado vacuno, cerdos y gallinas también acarrean patógenos que pueden causar enfermedades y pueden transmitirse de animales a humanos.
Por lo tanto, la introducción de heces de animales o humanos en el agua es de mucha preocupación (Griffith et al., 2003).
39 1.2.5. Tiempo de Contacto en las Celdas de Combustible microbiano (CCM)
Durante las primeras etapas del desarrollo anódico, se espera que la superficie del electrodo haya estado bastante desprovista de crecimiento microbiano. Con el tiempo, tanto la colonización adicional del ánodo (desde fuera) como el crecimiento posterior (desde dentro) pueden aumentar la resistencia a la difusión. El aumento de la biomasa trae consigo un aumento de los componentes celulares no conductores que crearán una capa resistiva no tan evidente durante las primeras etapas de la inoculación. Las tasas de flujo más altas pueden haber causado el corte de la biopelícula que eliminó parte del recubrimiento resistivo y, por lo tanto, no se observaron aumentos en resistencia interna. Además del recubrimiento resistivo, la comunidad microbiana cambiante también puede afectar las limitaciones de transferencia de masa (Ieropoulos et al., 2010)
Durante las etapas iniciales de la inoculación, la mayor parte de la energía podría haberse producido predominantemente a partir de los organismos planctónicos presentes en la cámara anódica. Con el tiempo, a medida que el medio continuaba fluyendo sobre el electrodo, se adhería y se desarrollaba una comunidad anódica más grande. (Ieropoulos et al., 2010)
Este aumento de bacterias anodófilas no solo aumentaría la producción de energía, sino que daría como resultado una mayor proporción de generación de energía que emana de la biopelícula anódica en lugar de los microbios planctónicos. (Ieropoulos et al., 2010)
Es probable que un cambio de este tipo en la comunidad microbiana posea diferentes condiciones ambientalmente óptimas, como el índice de flujo dentro de la celda de combustible. Esto también podría ayudar a explicar el aumento de resistencia interna a caudales más bajos a pesar de la mayor potencia de salida. Cuando los barridos de resistencia se realizaron inicialmente con un caudal bajo, la producción de energía fue aportada por una mayor proporción de la comunidad planctónica y, por lo tanto, la transferencia masiva de metabolitos a través de los medios no plantearía los mismos problemas que para una biopelícula estática. (Ieropoulos et al., 2010)
Con el tiempo, los nutrientes del sustrato se agotan. mostró un aumento en resistencia interna luego de una disminución en la tasa de carga junto con una ligera disminución en la potencia de salida. Puede ser el caso en este estudio
40 que la mejora en la comunidad anódica a lo largo del tiempo junto con el agotamiento de nutrientes, causó un desequilibrio que no estaba presente durante los barridos iniciales, lo que contribuyó a un aumento en resistencia interna (Ieropoulos et al., 2010)
1.3. MARCO CONCEPTUAL 1.3.1. Aguas residuales urbanas
Las aguas residuales son cualquier tipo de agua cuya calidad está afectada negativamente por la influencia antropogénica. (Bokova y Ryder, 2017).
1.3.2. Celda de combustible microbiana (CCM)
Es un mecanismo bio-electroquímico que utiliza aguas residuales como sustrato para la generación de energía a partir de la energía química almacenada en los enlaces químicos de la materia orgánica e inorgánica, por medio de los procesos de óxido-reducción y las reacciones catalíticas de las bacterias presentes en ella (Revelo et al., 2013).
1.3.3. Microorganismo
En el desarrollo de procesos que pueden emplear a microorganismos para producir electricidad, representa un método plausible para la producción de bioenergía pues las bacterias se auto reproducen, haciendo que el catalizador para la oxidación de la materia orgánica sea auto sostenible (Bustamante, 2017).
1.3.4. Sustrato
Es un medio de fuente de carbono y energía para promover el crecimiento de bacterias electro activas. (Pant et al., 2010).
1.3.5. Ánodo
Es un electrodo positivo donde se produce las reacciones de oxidación (Wang et al., 2018).
1.3.6. Cátodo
Es el electrodo negativo donde los iones H+ se mueven del ánodo al cátodo por medio de un puente salino y los e- fluyen externamente a través del alambre de cobre(James et al., 2020)
1.3.7. Puente Salino
Funciona como una membrana de intercambio de protones (PEM) permite que los protones pasen del ánodo a la cámara del cátodo. (James et al., 2020)
41 1.3.8. Agar MacConkey
Medio de cultivo selectivo para bacterias Gram negativas que tiene como característica la producción de colonias rosadas, secas y con punto central.
(Sánchez, 2017)
42 CAPÍTULO II
2. PARTE EXPERIMENTAL 2.1. METODOLOGÍA
Nuestro estudio seguio una investigación del tipo experimental que consistio en la alteración de una variable experimental o varias al mismo tiempo, en un ambiente estrictamente vigilado por la persona que realiza el experimento. De esta manera el investigador pudo evaluar de qué forma o por qué razón sucedio algo en particular. Este tipo de investigación es provocado, lo que permitio que se modifiquen las variables en intensidad, pudiendo evaluar las causas y consecuencias de los resultados (Ruiz, 2018)
La investigación fue de nivel aplicativo ya que se encarga de buscar el porqué de los hechos mediante el establecimiento de relaciones causa-efecto. En este sentido, los estudios explicativos pueden ocuparse tanto de la determinación de las causas, como de los efectos, mediante la prueba de hipótesis. Sus resultados y conclusiones constituyen el nivel más profundo de conocimientos (Marroquín Peña, 2012).
2.2. DISEÑO EXPERIMENTAL
El diseño de la investigación fue experimental factorial 3x2 ya que este diseño de investigación manipulo las variables independientes tomando estos factores y combinándolos para evaluar su posterior efecto en un fenómeno experimental (Hernadez Sampieri, 2014). Este método ayudo a establecer estadísticamente en qué medida el volumen de electrodos y el tiempo de contacto influyeron en la remoción del microorganismo en las aguas residuales urbanas
Tabla 1: Niveles de las variables Variables
Tiempo de contacto 408 h 432 h 480 h
Volumen de electrodos 0,405 cm3 0,81 cm3 Fuente: propio
Tabla 2: Matriz de diseño experimental Variables
Experimento Tiempo de contacto Volumen de electrones
1 T1 V1
2 T2 V1
3 T3 V1
43
4 T1 V2
5 T2 V2
6 T3 V2
Fuente: Propio
Donde:
Vi: volumen de electrodo en dos niveles
Tj: tiempo de contacto en tres niveles diferentes El modelo estadístico aplica será:
𝑌𝑖𝑗𝑘 = 𝜇 + 𝛼𝑖 + 𝛽𝑗+ +(𝛼𝛽)𝑖𝑗 + 𝜀𝑖𝑗𝑘
Para la reducción de los microorganismos utilizando una celda de combustible microbiana en el tratamiento de las aguas residuales urbanas, se seleccionó dos factores el tiempo de contacto y la distancia entre los electrones con 3 niveles para tiempo de contacto (408 h, 432 h y 480 h) y volumen de electrodos (0,405 cm3 y 0,801 cm3)
2.3. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS 2.3.1. Materiales
✔ Frascos de vidrio de 500 mL
✔ Cooler
✔ Vasos precipitados de 500 mL
✔ Vasos precipitados de 250 mL
✔ Pipetas de 25 mL
✔ Probeta de 500 mL
✔ Probeta de 50 mL
✔ Varillas de vidrio
✔ Lunas de reloj
✔ Guantes de látex
✔ Guardapolvo
✔ Bureta 25 mL
44
✔ GPS
✔ Cámara fotográfica
✔ Electrodos
✔ Alambre de Cu 2.3.2. Reactivos
✔ Polvo de Agar
✔ Cloruro de Sodio 2.3.3. Equipos
✔ pH metro
2.4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL