La integración de procesos consiste en llevar a cabo operaciones básicas diferentes de forma simultánea en una sola etapa. Por un lado, dicha integración supone no solo una disminución del capital inmovilizado, sino también una disminución considerable de los costes de energía eléctrica, el principal coste operativo de los procesos electroquímicos37. Esta integración
supone un paso importante en la intensificación de procesos de tratamiento de aguas por tecnologías electroquímicas.
Sin embargo, en la bibliografía, apenas se recogen experiencias que hayan logrado integrar diferentes procesos para la regeneración de aguas residuales. En el año 2009, Zhang y colaboradores38 llevaron a cabo un estudio en el cual
describían un proceso combinado de electrocoagulación y electrooxidación para conseguir la decoloración de un colorante azoico (C.I. Acid Red 2). Para ello usaron una celda electrolítica situada sobre un agitador magnético, donde el ánodo (acero al carbono) y el cátodo (acero inoxidable) se conectan a una fuente de alimentación (reactor electroquímico tipo batch). No obstante, este proceso puede considerarse como una simple electrocoagulación con hierro en la que el compuesto a estudiar se elimina por un mecanismo combinado. Inicialmente, el colorante se degrada debido al efecto de las especies coagulantes formadas (hidróxido de hierro principalmente), que favorecen la precipitación del mismo. A continuación, la reacción del compuesto con el hierro electrogenerado (Fe3+) promueve la ruptura de los enlaces C-N de la
molécula, facilitando una posterior coagulación a partir de los hidróxidos insolubles formados previamente. Así, se consigue una eficiencia en la decoloración del 98 % en el proceso. De este modo, este sistema no se consideraría un ejemplo de proceso integrado desde el punto de vista del concepto de integración propuesto en este trabajo.
Linares-Hernández y colaboradores39 llevaron a cabo experimentos
combinando los procesos de electrocoagulación y electrooxidación en distintas celdas, para el tratamiento de un agua residual industrial. La eliminación de la materia orgánica contenida en el agua industrial era el principal objetivo y para
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50-ello, emplearon una celda de electrocoagulación con ánodo y cátodo de hierro (área: 25 cm2) y, una celda de electrooxidación con un ánodo de DDB y un
cátodo de hierro (área: 50 cm2). Así, con la electrocoagulación consiguieron
eliminar las partículas en suspensión coloidal de forma rápida y eficaz. Sin embargo, en cuanto a la eliminación de compuestos orgánicos persistentes en estas aguas el proceso era poco eficaz ya que se obtenía una eliminación solo del 50 % de la DQO. A continuación, llevaron a cabo el estudio del proceso de electrooxidación con ánodos DDB donde observaron que la materia orgánica se eliminaba completamente tras 21 horas de reacción a una densidad de corriente de 800 A m-2. No obstante, debido a los largos tiempos de operación
requeridos para alcanzar la mineralización completa de la materia orgánica
durante la electrooxidación, combinaron este proceso con la
electrocoagulación. De este modo, se llevó a cabo una primera etapa de electrocoagulación hasta alcanzar una eliminación de DQO del 50 % seguida de una electrooxidación hasta degradar completamente la materia orgánica. Los resultados obtenidos mostraron que era posible alcanzar una mineralización del 100 % en un tiempo de 2 horas con la combinación de ambos procesos electroquímicos.
Por otro lado, Mahvi y colaboradores40 plantearon el uso de un reactor
continuo bipolar para integrar los procesos de electrocoagulación- electrooxidación-electroflotación. El reactor diseñado constaba de dos secciones: electroquímica y separación. En la unidad electroquímica se emplearon ánodos de RuO2/Ti (2 electrodos), cátodos de acero inoxidable (2
electrodos) y electrodos bipolares de aluminio (9 electrodos). La disposición de las láminas era de la siguiente manera: RuO2/Ti, aluminio (3), acero
inoxidable, aluminio (3), RuO2/Ti, aluminio (3) y acero inoxidable. Los
ánodos (RuO2/Ti) y cátodos (acero inoxidable) se conectaban a una fuente de
alimentación de corriente continua. Esta unidad se encontraba separada de la sección de electroflotación y se comprobó que era posible eliminar con éxito el amonio y el fosfato presente en las aguas sintéticas, que simulan a las aguas residuales, hasta un 98 % bajo condiciones de pH similares a las aguas residuales reales, aplicando una intensidad de corriente de 3 A y un tiempo de
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operación de 1 hora. Asimismo, se conseguía eliminar un 72 % de la materia orgánica (DQO).
La integración de diferentes procesos en una única etapa para llevar a cabo la regeneración de aguas residuales depuradas aún no ha sido objeto de estudio. Por ello, en el presente trabajo de investigación se han planteado distintos sistemas integrados basados en el acoplamiento de tecnologías electroquímicas entre sí, así como la combinación de procesos electroquímicos con otras tecnologías de oxidación avanzada para la regeneración de aguas residuales depuradas. De este modo, se pretenden eliminar distintos parámetros recogidos en la legislación de manera simultánea en una única etapa, empleando la misma fuente de alimentación y las mismas condiciones de operación.
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