Electrocoagulación como tecnología para el tratamiento de aguas residuales

1. Electrocoagulación como tecnología para el tratamiento de aguas residuales Jennifer Bayón Sánchez Diego García Vítores Pareja 13 Grupo C

2. Introducción • El temprano desarrollo de los tratamientos electroquímicos de aguas residuales, tuvo como primer interés la generación de cloruro para desodorizar y desinfectar aguas residuales. • En 1887 Eugene Hermite recibió dos patentes para tratar aguas residuales mezclándolas con agua de mar y electrolizándolo. • Føyn, en 1963 habló de un tratamiento utilizando sal de magnesio y alcalinizando con fin de eliminar fósforo a pH elevado. En el cátodo se formaba hidrógeno y en el ánodo cloro, ambos en estado gas. Se compararon electrocoagulación y el tratamiento químico seguido de disolución y flotación, resultando la primera la más rápida.

3. Definición • La electrocoagulación es un proceso de desestabilización de contaminantes disueltos, en suspensión o en emulsión en un medio acuoso mediante la introducción de una corriente eléctrica en el medio. • Se producen agentes de desestabilización (Al, Fe) que provocan la neutralización de la carga eléctrica para la eliminación de contaminantes.

4. Definición • La electrocoagulación-flotación (ECF) es una técnica alternativa. Consiste en aplicar una corriente eléctrica a los electrodos dentro del tanque y la corriente genera un agente coagulante y burbujas de gas. Se facilita la eliminación de los contaminantes por sedimentación o flotación. • En ambos la fuente de corriente está conectada a un par de electrodos sumergidos en un líquido que sirve como electrolito. • Existen 3 mecanismos: • Oxidación del electrodo. • Generación de burbujas de gas. • Flotación y sedimentación de los flóculos formados

5. Tratamiento de aguas de curtidería mediante electrocoagulación • Contienen elevadas concentraciones de cloruros, sulfatos, ácidos acrílicos condensados, tintes, ácidos grasos, proteínas… • Se llevo a cabo en un reactor con una célula de electrocoagulación no dividida hecha de cristal orgánico, al igual que el filtro, con los electrodos de aluminio en paralelo • Se adoptaron métodos estándar para la valoración cuantitativa de CODCr, TOC, NH3-N, sulfatos, BOD5, pH y color

6. Tratamiento de aguas de curtidería mediante electrocoagulación • Es un proceso complejo e interdependiente. Se usó un ánodo metálico para producir el agente coagulante y en el cátodo se produjeron gases electrolíticos (H2) • Los electrodos están hechos principalmente de aluminio y hierro. • La corriente eléctrica es la que causa la disolución del metal en el agua contaminada. • Durante el proceso se forman hidróxidos metálicos con gran superficie específica eficaces para una adsorción rápida de compuestos orgánicos solubles y partículas coloidales. Los flóculos son eliminados del medio mediante sedimentación o flotación.

7. Tratamiento de aguas de curtidería mediante electrocoagulación

8. Tratamiento de aguas de curtidería mediante electrocoagulación • Se demostró que la eliminación de CODCr, NH3-N, TOC y de sulfatos puede ser mejorada si se aumenta la corriente de la célula o el tiempo de electrocoagulación. • Para eliminar sulfuros fueron más eficaces los electrodos de acero suave, mientras que para eliminar la coloración los de aluminio funcionaron mejor.

9. Tratamiento de aguas potables con baja concentración de arsénico • El mecanismo de eliminación consiste en la generación de coagulantes mediante una disolución eléctrica de electrodos de Fe y Al. • Normalmente en el cátodo la solución se vuelve alcalina con el paso del tiempo. • Los experimentos se realizaron en un reactor discontinuo en vertical. • Se utilizaron electrodos de hierro y aluminio, conectados a una corriente continua en diferentes modos, MP-P, MP-S y BP-S.

10. Tratamiento de aguas potables con baja concentración de arsénico

11. Tratamiento de aguas potables con baja concentración de arsénico • Los costes operacionales más bajos y la mayor eliminación de arsénico se obtuvieron cuando se trabajó con los electrodos conectados en modo MP-S. • A pH 6,5 los electrodos de hierro eliminaron el 99,3% del arsénico y a pH 7,0 los electrodos de aluminio consiguieron eliminar el 98,9%. • Parámetros a tener en cuenta en estos procesos son la densidad de corriente y el tiempo de operación.

12. Tratamientos de aguas residuales aceitosas • Fue estudiado por Kaliniichuk et al (1976). Sus resultados mostraron que los flóculos de hidróxido de aluminio adsorbían el aceite. • Weintraub lo diseñó para electrodos de hierro y se demostró que el ión férrico desestabiliza la emulsión neutralizando la carga de las gotas precipitando después como hidróxido férrico, mientras que el aceite se absorbe sobre el floculante.

13. Tratamientos de aguas residuales aceitosas • Se obtuvieron las siguientes conclusiones: • La electrofloculación se puede combinar con la electroflotación para separar el petróleo de emulsiones acuosas. • La tasa de producción de un reactivo generado se controla mediante la corriente eléctrica. • El consumo de energía eléctrica se puede optimizar mediante electrolitos de alta conductividad y acercando los electrodos. • La desaparición del ánodo de sacrificio depende de la corriente aplicada .

14. Tratamientos de aguas residuales aceitosas • Uno de los métodos más eficaces para desestabilizar emulsiones de agua es la coagulación química mediante cloruro férrico y cal. • Se estudiaron los efectos de la aplicación de potencial, la concentración inicial de aceite y la concentración de electrolito. • Los resultados mostraron que los electrodos de aluminio eran más eficaces que los de hierro, debido a la alta capacidad de aceptar electrones de los óxidos de aluminio hidratados.

15. Tratamientos de aguas residuales aceitosas • Un proceso combinado de electrocoagulación y electroflotación fue usado para las aguas de los restaurantes. El primero era responsable de la desestabilización y de la agregación de micropartículas, mientras que la electroflotación fue responsable de la flotación de los flóculos producidos • Se demostró que el uso de un reactor de electrocoagulación conlleva un gran éxito. La dispersión de las burbujas de gas formadas por la electrólisis fue extremadamente fina y uniforme.

16. Tratamientos de aguas residuales aceitosas

17. Eliminación de orgánicos • Eliminación de compuestos fenólicos: • Phutdhawong et al. (2000) recuperó compuestos fenólicos mediante dos placas de aluminio colocadas en el interior de un reactor de electrocoagulación. • Este método se puede aplicar a algunos compuestos fenólicos y puede eliminar partículas no deseadas o especies químicas de una solución acuosa.

18. Eliminación de orgánicos • Eliminación de compuestos fenólicos: • Se combinaron la electrocoagulación y la flotación para estudiar el proceso de membrana (microfiltración) en permeados de aguas residuales. Comprobando que combinándolos su eficacia aumentaba. • Debido a la variedad de la composición de las aguas residuales urbanas la mayoría de los métodos tradicionales se vuelven inadecuados para la eliminación de altas concentraciones de contaminante. • Estos estudios demostraron que la técnica de electrocoagulación/floculación puede ser utilizada eficazmente para eliminar componentes orgánicos de aguas residuales.

19. Eliminación de metales pesados • Balasubramanian y Madhavan (2001) investigaron la eliminación de arsénico de un efluente industrial mediante un reactor discontinuo de electrocoagulación. • Los parámetros de los que depende son: concentración inicial de arsénico, densidad de corriente, el pH y el tiempo de electrólisis. • Los óxidos metálicos hidratados (de hierro y de aluminio) adsorben el arsénico de manera excelente. • La mayor eliminación de arsénico se logró mediante electrodos de hierro.

20. Eliminación de nitrógeno nitroso, nítrico y amoniacal • Lin y Wu, en 1996, investigaron el método electroquímico para eliminar nitrito y amoniaco de disoluciones acuosas. • Los resultados mostraron que la eliminación mejoraba cuando se alargaba el tiempo de electrólisis en la célula. • Eran más efectivos los electrodos de hierro. • Utilizar electrodos insolubles (por ejemplo: ánodo de grafito y cátodo de dióxido de titanio) es muy apropiado para eliminar nitrito y amonio.

21. Eliminación de nitrógeno nitroso, nítrico y amoniacal • También se consiguió eliminar nitratos utilizando cátodos de cobre. • Koparal y Ogutveren compararon los procesos de electrocoagulación y electroreducción para eliminar nitratos del agua. El pH óptimo para llevar a cabo los procesos es entre 9,0 y 11,0. • Este proceso elimina los contaminantes de la disolución acuosa, aunque es necesario mantener el pH alto y el amoniaco generado debe ser eliminado.

22. Eliminación de humus de aguas potables • El Instituto Noruego de Investigación del Agua (NIVA) decidió investigar debido a los graves problemas operacionales. • Los experimentos se realizaron a escala y en una planta piloto. La calidad del agua se comparó con la obtenida mediante la coagulación convencional con alumbre. • En algunos experimentos la conductividad específica y el pH de se ajustaron con cloruro sódico, ácido sulfúrico e hidróxido sódico, respectivamente

23. Eliminación de humus de aguas potables

24. Eliminación de humus de aguas potables • Los resultados mostraron proporcionalidad directa entre la dosis de aluminio y el pH y que el pH no tiene influencia en la eliminación de la materia orgánica siempre y cuando el pH esté entre 3,9 y 6,0. • El color residual es el mismo en ambos métodos, por otro lado, las principales diferencias fueron el pH, las concentraciones residuales de aluminio y sulfatos y, por lo tanto, la conductividad específica.

25. Conclusiones • El diseño de los reactores de electrocoagulación ha sido modificado en varias ocasiones y continúan los estudios e investigaciones para, por ejemplo, optimizar la vida útil de los electrodos y el tratamiento de agua de otras calidades. • Es un proceso de gran potencial para pequeñas plantas de tratamiento de aguas y para usar en países en desarrollo. • En comparación con el tratamiento convencional el proceso de electrocoagulación: • La cantidad de productos químicos que deben ser transportados es menor (la décima parte aprox.). • Los electrodos deben soportar un año de tratamientos, por lo que se reduce el tiempo necesario para el manejo de productos químicos. • Se forma menos cantidad de lodos, debido a la mayor concentración de sólidos secos. • El mantenimiento y funcionamiento de este es más sencillo. No hay mezcla de productos químicos y solo hay que manejar una vez al año los productos químicos.