Avaliação da produção de hidrogênio no tratamento de efluentes de cervejaria por célula de eletrólise microbiana-MEC

Abstract

As células de eletrólise microbiana (MECs) têm se consolidado como uma alternativa promissora para o tratamento de efluentes com recuperação energética, possibilitando a produção de hidrogênio (H2) a partir da conversão eletroquímica da matéria orgânica. Neste trabalho, avaliou-se o desempenho de duas MECs operadas em batelada no tratamento de efluente de cervejaria, denominadas MEC1 e MEC2, sob diferentes condições de carregamento orgânico (Organic Loading Rate ? OLR). O monitoramento do processo incluiu análises físico-químicas, como pH e demanda química de oxigênio (DQO), além do acompanhamento contínuo de parâmetros eletroquímicos, como tensão, corrente e potência. A caracterização eletroquímica foi complementada por voltametria cíclica (CV) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), permitindo analisar a atividade eletroativa, os mecanismos de transferência de carga e a resistência interna do sistema ao longo do tempo operacional. Adicionalmente, foram realizadas análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) nos eletrodos e na membrana, visando verificar alterações morfológicas e indícios de formação de biofilme e incrustações. Os resultados evidenciaram que as condições de carga orgânica influenciaram a remoção de matéria orgânica e o desempenho eletroquímico, com impactos na estabilidade do processo e na eficiência de recuperação de hidrogênio. A comparação entre MEC1 e MEC2 demonstrou diferenças no comportamento operacional, associadas às particularidades de configuração e materiais eletroquímicos, refletindo variações nas respostas de CV e EIE e no desempenho global do sistema. Assim, este estudo contribui para o entendimento da aplicação de MECs no tratamento de efluentes reais com elevada carga orgânica, reforçando seu potencial como tecnologia sustentável para mitigação ambiental e valorização energética.

Abstract: Microbial electrolysis cells (MECs) have emerged as a promising alternative for wastewater treatment with energy recovery, enabling hydrogen production (H2) through the electrochemical conversion of organic matter. This study evaluated the performance of two batch-operated MECs, designated as MEC1 and MEC2, in treating brewery wastewater under different organic loading rates (OLR). Process monitoring included physicochemical analyses, such as pH and chemical oxygen demand (COD), alongside the continuous tracking of electrochemical parameters, including voltage, current, and power. The electrochemical characterization was complemented by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), allowing for the analysis of electroactive activity, charge transfer mechanisms, and the system's internal resistance throughout the operational period. Additionally, scanning electron microscopy (SEM) was performed on the electrodes and the membrane to verify morphological changes and evidence of biofilm formation and fouling. The results showed that organic loading conditions influenced organic matter removal and electrochemical performance, impacting process stability and hydrogen recovery efficiency. The comparison between MEC1 and MEC2 revealed differences in operational behavior associated with specific configurations and electrochemical materials, reflecting variations in CV and EIS responses and overall system performance. Thus, this study contributes to the understanding of MEC applications in treating real effluents with high organic loads, reinforcing their potential as a sustainable technology for environmental mitigation and energy recovery.