La electrocoagulación (EC) es una técnica utilizada para el tratamiento de aguas residuales , el tratamiento de aguas de lavado, el agua procesada industrialmente y el tratamiento médico. La electrocoagulación se ha convertido en un área de rápido crecimiento en el tratamiento de aguas residuales debido a su capacidad para eliminar contaminantes que generalmente son más difíciles de eliminar mediante sistemas de filtración o tratamiento químico , como aceite emulsionado, hidrocarburos totales de petróleo , compuestos orgánicos refractarios, sólidos suspendidos y metales pesados . Hay muchas marcas de dispositivos de electrocoagulación disponibles, y pueden variar en complejidad desde un simple ánodo y cátodo hasta dispositivos mucho más complejos con control sobre potenciales de electrodos, pasivación, consumo de ánodo, potenciales REDOX de celda, así como la introducción de sonido ultrasónico, luz ultravioleta y una gama de gases y reactivos para lograr los llamados Procesos de Oxidación Avanzada para sustancias orgánicas refractarias o recalcitrantes . [1]
Con las últimas tecnologías, la reducción de los requisitos de electricidad y la miniaturización de las fuentes de alimentación necesarias, los sistemas EC ahora se han vuelto asequibles para plantas de tratamiento de agua y procesos industriales en todo el mundo. [2]
La electrocoagulación (que significa aplicar una carga eléctrica al agua y coagulación, que significa el proceso de cambiar la carga superficial de las partículas, lo que permite que la materia en suspensión forme una aglomeración) es una tecnología de tratamiento de agua avanzada y económica. Elimina eficazmente los sólidos en suspensión a niveles submicrométricos, rompe emulsiones como aceite, grasa o látex, y oxida y elimina los metales pesados del agua sin el uso de filtros ni la adición de productos químicos de separación [3].
Se conoce una amplia gama de técnicas de tratamiento de aguas residuales, que incluyen procesos biológicos para la nitrificación , desnitrificación y eliminación de fósforo , así como una variedad de procesos fisicoquímicos que requieren la adición de productos químicos. Los procesos de tratamiento fisicoquímico comúnmente utilizados son la filtración , la extracción con aire , el intercambio iónico , la precipitación química , la oxidación química , la adsorción de carbono , la ultrafiltración (UF), la ósmosis inversa (OI), la electrodiálisis , la volatilización y la extracción de gases.
El tratamiento de aguas residuales y de agua de lavado mediante electrocoagulación se ha practicado durante la mayor parte del siglo XX con una creciente popularidad. En la última década, esta tecnología se ha utilizado cada vez más en los Estados Unidos, Sudamérica y Europa para el tratamiento de aguas residuales industriales que contienen metales. [4] También se ha observado que en América del Norte la electrocoagulación se ha utilizado principalmente para tratar aguas residuales de las industrias de pulpa y papel , minería y procesamiento de metales . Una gran aplicación de una torre de enfriamiento de mil galones por minuto en El Paso, Texas, ilustra el creciente reconocimiento y aceptación de la electrocoagulación en la comunidad industrial. Además, la electrocoagulación se ha aplicado para tratar agua que contiene desechos de alimentos , desechos de aceite, tintes, desechos del transporte público y puertos deportivos, agua de lavado, tinta, partículas suspendidas , desechos de pulido químico y mecánico, materia orgánica de lixiviados de vertederos , desfluoración de agua, efluentes de detergentes sintéticos y soluciones que contienen metales pesados. La electrocoagulación no se utiliza normalmente para el tratamiento de aguas residuales domésticas. [5] [6]
La coagulación es una de las reacciones físico-químicas más importantes que se utilizan en el tratamiento del agua. Los iones (metales pesados) y los coloides (orgánicos e inorgánicos) se mantienen en solución principalmente mediante cargas eléctricas. La adición de iones con cargas opuestas desestabiliza los coloides, lo que les permite coagularse. La coagulación se puede lograr mediante un coagulante químico o por métodos eléctricos. El alumbre [Al 2 (SO 4 ) 3 . 18 H 2 O ] es una de esas sustancias químicas, que se ha utilizado ampliamente durante siglos [ ¿cuándo? ] para el tratamiento de aguas residuales.
El mecanismo de coagulación ha sido objeto de constantes revisiones. Se acepta en general [ cita requerida ] que la coagulación se produce principalmente por la reducción de la carga neta superficial hasta un punto en el que las partículas coloidales, previamente estabilizadas por repulsión electrostática, pueden aproximarse lo suficiente para que las fuerzas de van der Waals las mantengan unidas y permitan la agregación. La reducción de la carga superficial es consecuencia de la disminución del potencial repulsivo de la doble capa eléctrica por la presencia de un electrolito que tiene carga opuesta. En el proceso EC, el coagulante se genera in situ por oxidación electrolítica de un material de ánodo apropiado . En este proceso, las especies iónicas cargadas (metales o de otro tipo) se eliminan de las aguas residuales al permitir que reaccionen con un ion que tiene una carga opuesta, o con flóculos de hidróxidos metálicos generados dentro del efluente.
La electrocoagulación ofrece una alternativa al uso de sales metálicas o polímeros y la adición de polielectrolitos para romper emulsiones y suspensiones estables . La tecnología elimina metales, sólidos y partículas coloidales y contaminantes inorgánicos solubles de medios acuosos mediante la introducción de especies de hidróxido metálico polimérico altamente cargadas. Estas especies neutralizan las cargas electrostáticas de los sólidos suspendidos y las gotitas de aceite para facilitar la aglomeración o coagulación y la separación resultante de la fase acuosa. El tratamiento provoca la precipitación de ciertos metales y sales:
La coagulación química se ha utilizado durante décadas para desestabilizar suspensiones y provocar la precipitación de especies de metales solubles, así como otras especies inorgánicas de corrientes acuosas, permitiendo así su eliminación a través de sedimentación o filtración. Los coagulantes químicos utilizados han sido alumbre, cal y/o polímeros. Sin embargo, estos procesos tienden a generar grandes volúmenes de lodos con un alto contenido de agua ligada que pueden ser lentos de filtrar y difíciles de deshidratar. Estos procesos de tratamiento también tienden a aumentar el contenido de sólidos disueltos totales (TDS) del efluente, lo que lo hace inaceptable para su reutilización en aplicaciones industriales. [7]
Aunque el mecanismo de electrocoagulación se asemeja a la coagulación química en el sentido de que las especies catiónicas son responsables de la neutralización de las cargas superficiales, las características del coágulo electrocoagulado difieren drásticamente de las generadas por la coagulación química. Un coágulo electrocoagulado tiende a contener menos agua ligada, es más resistente al cizallamiento y es más fácilmente filtrable. [8]
En su forma más simple, un reactor de electrocoagulación está formado por una celda electrolítica con un ánodo y un cátodo . Cuando se conecta a una fuente de energía externa, el material del ánodo se corroerá electroquímicamente debido a la oxidación, mientras que el cátodo se someterá a pasivación .
Un sistema EC consiste básicamente en pares de placas metálicas conductoras en paralelo, que actúan como electrodos monopolares . Además, requiere una fuente de alimentación de corriente continua , una caja de resistencia para regular la densidad de corriente y un multímetro para leer los valores de corriente. Las placas metálicas conductoras se conocen comúnmente como "electrodos de sacrificio". El ánodo de sacrificio reduce el potencial de disolución del ánodo y minimiza la pasivación del cátodo. Los ánodos y cátodos de sacrificio pueden ser del mismo material o de materiales diferentes.
La disposición de electrodos monopolares con celdas en serie es eléctricamente similar a una celda individual con muchos electrodos e interconexiones. En la disposición de celdas en serie, se requiere una mayor diferencia de potencial para que circule una corriente dada porque las celdas conectadas en serie tienen mayor resistencia. Sin embargo, la misma corriente fluiría a través de todos los electrodos. En cambio, en la disposición en paralelo o bipolar, la corriente eléctrica se divide entre todos los electrodos en relación con la resistencia de las celdas individuales, y cada cara del electrodo tiene una polaridad diferente.
Durante la electrólisis , el lado positivo experimenta reacciones anódicas, mientras que en el lado negativo, se encuentran reacciones catódicas. Las placas de metal consumibles, como hierro o aluminio , se utilizan generalmente como electrodos de sacrificio para producir continuamente iones en el agua. Los iones liberados neutralizan las cargas de las partículas y, por lo tanto, inician la coagulación. Los iones liberados eliminan contaminantes indeseables ya sea por reacción química y precipitación, o haciendo que los materiales coloidales se fusionen, que luego pueden eliminarse por flotación. Además, a medida que el agua que contiene partículas coloidales, aceites u otros contaminantes se mueve a través del campo eléctrico aplicado, puede haber ionización , electrólisis, hidrólisis y formación de radicales libres que pueden alterar las propiedades físicas y químicas del agua y los contaminantes. Como resultado, el estado reactivo y excitado hace que los contaminantes se liberen del agua y se destruyan o se vuelvan menos solubles.
Es importante tener en cuenta que la tecnología de electrocoagulación no puede eliminar materia infinitamente soluble. Por lo tanto, los iones con pesos moleculares menores a Ca +2 o Mg +2 no pueden disociarse del medio acuoso.
En el reactor de electrocoagulación se producen de forma independiente varias reacciones electroquímicas distintas, que son:
La selección cuidadosa del material del tanque de reacción es esencial, junto con el control de la corriente, el caudal y el pH . Los electrodos pueden estar hechos de hierro, aluminio, titanio , grafito u otros materiales, según las aguas residuales que se vayan a tratar y los contaminantes que se vayan a eliminar. La temperatura y la presión parecen tener solo un efecto menor en el proceso.
En el proceso EC, la mezcla de agua y contaminantes se separa en una capa flotante, un sedimento floculado rico en minerales y agua clara. La capa flotante se elimina generalmente mediante un vertedero de desbordamiento o un método de eliminación similar. La masa floculenta agregada se sedimenta en el recipiente de reacción o en tanques de sedimentación posteriores debido a la fuerza de la gravedad.
Después de retirarlo a un tanque de recolección de lodos, normalmente se deshidrata hasta obtener una torta semiseca mediante una prensa de tornillo mecánica. El agua clara y tratada (sobrenadante) normalmente se bombea a un tanque de almacenamiento para su posterior eliminación o reutilización en el proceso designado de la planta.
Se utiliza una sonda de alambre fino u otro mecanismo de transmisión para transmitir ondas de radio a los tejidos cercanos a la sonda. Se hace que las moléculas del tejido vibren, lo que provoca un rápido aumento de la temperatura, lo que provoca la coagulación de las proteínas del tejido y su destrucción efectiva. En aplicaciones de mayor potencia, es posible la desecación completa del tejido.
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