[en] BACKGROUND This work develops a simplified mathematical model to predict the performance of a bioelectrochemical system (BES), first working as a microbial fuel cell (MFC) and then as a microbial electrolysis cell (MEC), for the recovery of dissolved metals (Fe, Cu, Sn, and Ni) from simulated industrial wastewater. Experimental data from a previous work were used as starting points for mathematical modelling. Wastewater was used as the catholyte and contained Cu2+ and Fe3+ (500 mg L−1) as well as Sn2+ and Ni2+ (50 mg L−1), while the anolyte was composed of sodium acetate. Two mixed microbial populations were considered in the anode compartment (electrogenic and non-electrogenic biomass). Dissolved metal ions were the electron acceptors in the electrogenic mechanism: Cu2+ and Fe3+ under MFC mode and then Fe2+, Ni2+, and Sn2+ under MEC mode. RESULTS The model predicted the organic substrate and microbial biomass (anode chamber) and Fe3+ and Cu2+ (cathode chamber) concentrations during MFC operation. Monod kinetic and stoichiometric parameters were calibrated, and it was observed that most of the organic substrate underwent a non-electrogenic mechanism. The generation of electric current until electron acceptors were removed was also predicted. Concentration profiles and first-rate constant values for the decreased Sn2+, Ni2+, and Fe2+ concentrations during the subsequent MEC operation were also obtained. The model was then used for simulations under different experimental conditions. CONCLUSION This work offers a single grey-box model proposal that is easy to implement, and it can be used as a practical tool for testing the removal of dissolved metals in BESs. © 2021 Society of Chemical Industry (SCI).

[es] ANTECEDENTES Este trabajo desarrolla un modelo matemático simplificado para predecir el desempeño de un sistema bioelectroquímico (BES), primero trabajando como celda de combustible microbiana (MFC) y luego como celda de electrólisis microbiana (MEC), para la recuperación de metales disueltos (Fe, Cu , Sn y Ni) de aguas residuales industriales simuladas. Los datos experimentales de un trabajo anterior se utilizaron como puntos de partida para el modelado matemático. Se utilizó agua residual como catolito y contenía Cu 2+ y Fe 3+ (500 mg L- 1 ), así como Sn 2+ y Ni 2+ (50 mg L- 1), mientras que el anolito estaba compuesto por acetato de sodio. Se consideraron dos poblaciones microbianas mixtas en el compartimiento del ánodo (biomasa electrogénica y no electrogénica). Los iones metálicos disueltos fueron los aceptores de electrones en el mecanismo electrogénico: Cu 2+ y Fe 3+ en modo MFC y luego Fe 2+ , Ni 2+ y Sn 2+ en modo MEC. RESULTADOS El modelo predijo el sustrato orgánico y la biomasa microbiana (cámara de ánodo) y las concentraciones de Fe 3+ y Cu 2+ (cámara de cátodo) durante la operación de MFC. Se calibraron los parámetros cinéticos y estequiométricos de Monod, y se observó que la mayor parte del sustrato orgánico sufrió un mecanismo no electrogénico. También se predijo la generación de corriente eléctrica hasta que se eliminaran los aceptores de electrones. También se obtuvieron perfiles de concentración y valores constantes de primer nivel para las concentraciones reducidas de Sn 2+ , Ni 2+ y Fe 2+ durante la operación MEC posterior. Luego, el modelo se utilizó para simulaciones en diferentes condiciones experimentales. CONCLUSIÓN Este trabajo ofrece una propuesta de modelo de caja gris única que es fácil de implementar y puede usarse como una herramienta práctica para probar la eliminación de metales disueltos en BES. © 2021 Sociedad de la Industria Química (SCI).