tecnolÓgica para la implementaciÓn de una celda de

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Santiago de Querétaro, Qro., México, 23 de Febrero del 2019. CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO TECNOLÓGICO EN ELECTROQUÍMICA, S.C. DESARROLLO DE UNA PROPUESTA TECNOLÓGICA PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE UNA CELDA DE COMBUSTIBLE MICROBIANA SIN MEMBRANA EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA Tesis QUE PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE Maestro en Ciencia y Tecnología en la Especialidad de Ingeniería Ambiental PRESENTA: RICHARD EDUARDO ESQUERRE NAMAY

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Santiago de Querétaro, Qro., México, 23 de Febrero del 2019.

CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO TECNOLÓGICO EN ELECTROQUÍMICA, S.C.

DESARROLLO DE UNA PROPUESTA TECNOLÓGICA PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE

UNA CELDA DE COMBUSTIBLE MICROBIANA SIN MEMBRANA EN EL TRATAMIENTO DE

AGUAS RESIDUALES Y LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA

Tesis

QUE PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE

Maestro en Ciencia y Tecnología

en la Especialidad de Ingeniería Ambiental

PRESENTA:

RICHARD EDUARDO ESQUERRE NAMAY

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Comité tutorial

Dra. CATALINA GONZALES NAVA

Dr. JULIO ALCÁNTAR FLORES

Mg. JESÚS CARDENAS MIJANGOS

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Este trabajo fue realizado en el Centro de

Investigación y Desarrollo Tecnológico en

Electroquímica (CIDETEQ), bajo la dirección:

Dr. Francisco Javier Rodríguez Valadez

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RESUMEN

El propósito de este trabajo fue diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales con celdas

de combustible microbiana sin membrana, bajo condiciones ambientales de la zona, es por ello

que el objetivo del presente estudio fue el diseño de una celda de combustible microbiana sin

membrana a escala piloto que sea económica y de fácil construcción, para el tratamiento de las

aguas residuales paralelo a la producción de energía, empleando un agua residual real.

Este proyecto se trabajó con las aguas residuales proveniente de CIDETEQ, México, en donde se

desarrolló a nivel de laboratorio y campo en donde se utilizó materiales y equipo de laboratorio.

Para la elaboración del proyecto, primero se realizó un estudio de mercado con el cual se hicieron

encuestas y entrevistas a hoteles, el cual nos proporcionó información primaria de las necesidades

de los clientes sobre las plantas de tratamiento de aguas residuales que necesitan y las normas que

deben cumplir.

En segundo lugar se contó con información secundaria ya sea de artículos, patentes y sistemas

comerciales para poder apreciar lo que cuenta el mercado y no tener una copia de alguno.

Como tercer lugar se realizó un benchmarking, el cual nos proporcionó información importante

debido a que se hizo un estudio de la competencia, y el donde estaríamos nosotros como empresa

y que tan rentable podríamos ser.

Como cuarto paso se realizó un QFD, que es un proceso que ayuda a las empresas a identificar

las necesidades de los clientes, así como también las expectativas que tienen de los servicios o

productos que ofrece la empresa. Una vez identificadas las necesidades se les asigna la prioridad

para satisfacerlas según sea su importancia. Este proceso también ayuda a la empresa a identificar

los puntos donde más se requiere concentrar energías de recursos humanos y materiales para

poder satisfacer las necesidades del cliente. Por ello pudimos obtener las variables y

especificaciones técnicas sobre el nuevo diseño de planta de tratamiento de aguas residuales con

una celda de combustible microbiana sin membrana. En esta parte también se hizo un estudio de

nuestro diseño con la competencia.

Como quinto paso se usó la metodología TRIZ, que está basada en una poderosa metodología que

aprovecha el proceso de pensamiento sistemático. Está basada en el conocimiento y las

experiencias de las mentes más ilustres de la historia, y nos brinda una serie de herramientas que

permiten llegara a soluciones innovadoras, crear nuevos productos e incrementar nuestra

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habilidad creativa. La metodología TRIZ es una metodología basada en el estudio del

conocimiento humano (patentes) y que nos presenta el pensamiento sistemático.

Como sexto paso se usó la metodología AMEF, que es una metodología muy usada para el análisis

de riesgos. AMEF es un método efectivo para diseñar y producir análisis de riesgo. Se examinan

los procesos de diseño y fabricación, e identifican oportunidades para las deficiencias y defectos

que pueden conducir a la insatisfacción del cliente. Antes de profundizar en los detalles, podemos

empezar por la realización de una prueba. EL AMEF proporciona una herramienta para capturar

todo este conocimiento de una manera estructurada, y ofrece posibilidades de tomar medidas que

reduzcan el riesgo de un cliente decepcionado al mínimo.

Y en la etapa final se realizaron pruebas de laboratorio en donde se contó con un tiempo de

retención hidráulico de 24 horas y se realizaron pruebas de pH, DQO, voltaje.

Los resultados promedios de los parámetros físicos fueron: pH, vario de 7 a 8; temperatura fue

nivel ambiente. Los parámetros químicos tuvieron los siguientes promedios; DQO fue de 50-60%,

voltaje fue de 200-400 mV.

Habrá que mejorar ciertas partes en el diseño para poder ser una competencia real en el mercado

de plantas de tratamiento de aguas residuales, pero este proyecto nos enseña que una celda de

combustible microbiana sin membrana puede ser una competencia a escala comercial e industrial.

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ABSTRACT

The purpose of this work was to design a wastewater treatment plant with microbial fuel cells

without a membrane, under environmental conditions in the area, which is why the objective of

this study was the design of a microbial fuel cell without a membrane. pilot scale that is

economical and easy to construct, for the treatment of wastewater parallel to energy production,

using real wastewater.

This project was worked with wastewater from CIDETEQ, Mexico, where it was developed at

laboratory and field level where materials and laboratory equipment were used.

For the elaboration of the project, first a market study was carried out with which surveys and

interviews were made to hotels, which provided us with primary information about the needs of

the clients about the wastewater treatment plants they need and the regulations that must comply

In the second place, secondary information was available on articles, patents and commercial

systems in order to appreciate what the market counts and not have a copy of any.

As a third place, a benchmarking was carried out, which provided us with important information

due to the fact that a study of the competition was made, and where we would be as a company

and how profitable we could be.

The fourth step was a QFD, which is a process that helps companies identify the needs of

customers, as well as their expectations of the services or products offered by the company. Once

identified, the needs are assigned the priority to satisfy them according to their importance. This

process also helps the company to identify the points where it is most necessary to concentrate

energies of human and material resources to be able to satisfy the needs of the client. Therefore,

we were able to obtain the variables and technical specifications on the new design of wastewater

treatment plant with a microbial fuel cell without membrane. In this part we also made a study of

our design with the competition.

As a fifth step, the TRIZ methodology was used, which is based on a powerful methodology that

takes advantage of the systematic thought process. It is based on the knowledge and experiences

of the most illustrious minds in history, and provides us with a series of tools that allow us to

come up with innovative solutions, create new products and increase our creative ability. The

TRIZ methodology is a methodology based on the study of human knowledge (patents) and that

presents us with systematic thinking.

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As a sixth step, the AMEF methodology was used, which is a methodology widely used for risk

analysis. AMEF is an effective method to design and produce risk analysis. Design and

manufacturing processes are examined, and opportunities are identified for deficiencies and

shortcomings that can lead to customer dissatisfaction. Before delving into the details, we can

begin by conducting a test. The AMEF provides a tool to capture all this knowledge in a structured

way, and offers possibilities to take measures that reduce the risk of a disappointed client to a

minimum.

And in the final stage, laboratory tests were carried out, where a hydraulic retention time of 24

hours was counted and pH, COD and voltage tests were carried out.

The average results of the physical parameters were: pH, varied from 7 to 8; temperature was

ambient level. The chemical parameters had the following averages; COD was 50-60%, voltage

was 200-400 mV.

It will be necessary to improve certain parts of the design in order to be a real competition in the

market of wastewater treatment plants, but this project teaches us that a microbial fuel cell without

a membrane can be a commercial and industrial scale competition.

Page 8: TECNOLÓGICA PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE UNA CELDA DE

Las siguientes páginas fueron

eliminadas debido a que su

contenido es información clasificada

como confidencial de acuerdo con el

Artículo 113 fracción II de la

Ley Federal de Transparencia y

Acceso a la Información Pública 2017,

y con el Artículo 116 de la Ley

General de Transparencia y Acceso a

la Información Pública 2015.