ELECTROCOAGULACIÓN - EC
Al igual que la coagulación convencional, este tratamiento pretende adicionar cationes metálicos a las aguas a tratar. En la EC estos cationes se generan “in situ” como consecuencia de la aplicación de corriente eléctrica al agua, esto se realiza a través de placas paralelas hechas de materiales como aluminio o hierro, como se muestra en el siguiente esquema:
En el proceso se desarrollan sucesivamente las siguientes etapas (Mollah P. et al,
a) Formación de coagulantes. Inicialmente se da la corrosión electroquímica del metal producto del paso de corriente eléctrica por el sistema. El metal se desprende en forma de cationes desde la superficie del ánodo de sacrificio, mientras que en la superficie del cátodo se puede dar la hidrolisis del agua, obteniendo como producto iones hidroxilo e hidrogeno gaseoso. Los iones hidroxilos (formados o presentes en el agua residual) reaccionan para formar complejos metálicos de características diferentes.
b) Desestabilización de Contaminantes, partículas suspendidas y rompimiento de la emulsión. Las partículas coloidales se desestabilizan debido a la compresión de su doble capa difusa, este fenómeno se da por la interacción de las partículas con los complejos metálicos formados anteriormente. Estos complejos metálicos también favorecen la neutralización de cargas presentes en el agua residual y la reducción de la repulsión electrostática entre los coloides, dando paso al proceso de coagulación.
c) Coagulación de las fases desestabilizadas para formar flóculos. El proceso de coagulación da paso a la formación de redes que atrapan las partículas coloidales presentes en el agua residual. Variables que afectan el proceso de EC
a) Tiempo de reacción. Es la duración del proceso y es proporcional a la cantidad de iones hierro disueltos en el agua, cuanto mayor es el tiempo de duración del proceso, mayor es la cantidad de hierro disuelto en el sistema (generalmente el hierro es el ánodo de sacrificio).
b) Densidad de corriente. Es la corriente aplicada por unidad de área sumergida de electrodo. La eficiencia de la EC depende de la densidad de corriente, porque esta dosifica la cantidad de coagulante. Sin embargo, si la corriente es alta existe la posibilidad de que esta no se transforme totalmente en una dosificación más alta de coagulante. Sí existen pérdidas, el proceso se vuelve menos eficiente, lo cual se refleja en una mayor formación de óxido en el ánodo (Heidmann & Calmano, 2007) y en la disminución del tamaño de las burbujas de gas afectando la remoción por flotación (Guohua., 2004).
c) pH. Determina el tipo de especies iónicas que actúan como coagulantes. Influye en la eficiencia de la corriente en el proceso de solubilidad del metal para formar el hidróxido, depende del material del electrodo y del pH inicial de la solución a tratar. (Stephenson & Tennant, 2003).
d) Material del electrodo. Dependiendo del material de electrodo se obtienen las reacciones de oxidación y reducción respectivas. Generalmente se utiliza hierro y aluminio por la formación de
hidróxidos metálicos que forman los núcleos de las partículas coloidales.
e) Conductividad. Un aumento de la conductividad eléctrica produce un incremento en la densidad de corriente. La sal (NaCl) aumenta la conductividad de la solución a tratar. Los iones de cloruro pueden reducir los efectos de otros iones (HCO3- y SO4 -2) que producen una capa insoluble la cual se deposita sobre los electrodos, reflejándose un decaimiento en eficiencia de la corriente.
RESULTADOS EN EL USO DE ESTA METODOLOGÍA
Según el trabajo de tesis “APLICACIÓN DE LA ELECTROCOAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN SOBRE EL TRATAMIENTO DEL DRENAJE ÁCIDO DE MINAS”, de la Ing. Evelyn Tiffanny Pantoja Piarpuzán, de la Universidad del Valle, se realizó un ensayo en laboratorio, donde se usaron los siguientes equipos para la electrodeposición:
1. Un reactor de capacidad 1L, con agitación magnética y soportes para los electrodos,
2. Electrodos en placas paralelas de acero, de unas dimensiones 7.3x6x0.1, dispuestos de 7 ánodos y 7 cátodos
3. Una fuente de tensión CD Progrmable 200 Vatios (40 Voltios / 5 Amperios), Extrech Instruments modelo 382280.
Procedimiento experimental
Con el reactor presentado se realizó la electrodeposición ED, para luego realizar la floculación y sedimentación aparte. El procedimiento usado se describe a continuación:
1. Cargar al reactor con 600mL del agua residual cruda, el cual de la bibliografía permite obtener un área superficial activa de 550 cm2.
2. El tiempo de duración de la ED se calculó con cargas de 150, 200 y 300 c/L y una densidad de corriente de 0.69 mA/cm2, usando la siguiente ecuación:
t=C . v J . a.100
Dónde: t=tiempo (s), C=carga (c/L), v=volumen a tratar, A=área (cm2), J=densidad de corriente (mA/cm2)
3. Con el fin de obtener cationes Fe+2 y Fe+3 en la solución, se tomó 1/3 del volumen del A.R. luego de la ED, y se oxidó en un en un recipiente aparte con H2O2 (120 ppm), hasta obtener un cambio de color para luego agitar rápidamente para descomponer el H2O2 que no reaccionó. Esta solución se regresó al volumen inicial.
4. Una vez mezclado se realiza la floculación, pero antes adicionando cal hidratada (5% en peso) agitado a 95 rpm, hasta alcanzar el pH deseado, para posteriormente agregar el floculante (poliacrilamida aniónica PAM), continuando la agitación por 10 minutos.
5. Finalmente se filtra el lodo formado y se obtiene el agua tratada (sobrenadante), para realizar los análisis correspondientes,
Imagen del Reactor EC usado en laboratorio Resultados
Los resultados obtenidos y su comparación con la bibliografía se muestran en el siguiente cuadro:
El proceso combinado de ED y FC presentó las siguientes reducciones de metales: hierro (99.4%), Mn (96.8%), Zn (94.2%).