Monografias.com > Ingeniería
Descargar Imprimir Comentar Ver trabajos relacionados

Tratamiento de Aguas Residuales



Partes: 1, 2

  1. Justificación del
    tema
  2. Introducción
  3. Conceptos
  4. Tratamiento electroquímico de aguas
    residuales
  5. Equipo
    para el tratamiento electroquímico de aguas
    residuales
  6. Conclusiones
  7. Anexos
  8. Bibliografía

Justificación del
tema

Es importante recalcar que las aguas residuales
contienen una notable variedad de químicos que pueden ser
reutilizados, el aprovechamiento de estos químicos pueden
ayudar a numerosas fábricas de esta industria. Al realizar
el tratamiento de estas aguas también aportamos a la no
contaminación del medio ambiente, ríos, entre
otros.

Los estudios de coagulación química y
electroquímica en escala bancada permiten determinar la
influencia que sobre ellos presentan las características
del agua residual y las condiciones de operación,
así como establecer las diferencias y similitudes que
existen entre ambos proceso, para de esta manera realizar el
tratamiento electroquímico de aguas residuales siguiendo
diferentes metodologías de acuerdo a lo que la industria
vea necesario para su beneficio

OBJETIVOS

  • El objetivo general de este trabajo ha sido el
    estudio de los procesos que ocurren en los tratamientos de
    coagulación química y electroquímica de
    tres modelos de aguas residuales (suspensiones coloidales,
    aguas contaminadas con materia orgánica disuelta
    susceptible de formar sólidos y emulsiones de aceite
    en agua).

  • Estudiar los diferentes tratamientos
    electroquímicos que existen para las aguas residuales
    ayudándonos de varias patentes, internet, libros, etc;
    para profundizar nuestro estudio de los tratamientos
    electroquímicos de aguas residuales.

  • Estudio de los procesos de disolución
    química y electroquímica de planchas de
    aluminio cuando éstas son empleadas como electrodos en
    el proceso de electrocoagulación.

Introducción

A continuación, estudiaremos el tratamiento
electroquímico de aguas residuales, existe una notable
variedad de procesos con los cuales se puede realizar el
tratamiento de las mismas. Ejemplos de estos procesos son el
tratamiento mediante electrodisolución en el cual se
consume poca energía eléctrica debido al manejo de
bajas densidades de corriente, también mediante
electrocoagulación el cual se ha venido practicando
durante todo el siglo XX, pero con éxito limitado y una
escasa aceptación popular. Sin embargo, en la
última década, esta tecnología ha aumentado
en Europa a la hora de tratar diferentes tipos de residuos
industriales: residuos de la industria agroalimentaria, aceites,
pigmentos, partículas en suspensión, residuos
químicos y mecánicos de la industria pétrea,
materia orgánica, agua tratada con agentes floculantes,
efluentes con detergentes sintéticos, disoluciones que
contienen metales pesados y residuos de minería,
etc.

También electrocoagulación que es un
proceso electroquímico muy utilizado y muy esencial en la
industria en el que a partir de compuestos procedentes de la
disolución de un ánodo, se agrupa la materia
coloidal existente en un agua residual (o se rompe una
emulsión), posibilitando su separación del agua
mediante técnicas convencionales de separación
sólido-líquido (decantación,
flotación).

Otros métodos que se practican son mediante
floculación y oxidación, este último no
busca degradar la materia orgánica contenida en el agua
residual, sino que aplica la oxidación como tratamiento
final para eliminar la carga orgánica e inorgánica
residual, en consecuencia, el consumo de agentes oxidantes se
reduce al mínimo.

Por tratarse de un proceso fisicoquímico, las
variaciones en las características del efluente alimentado
no afectan sensiblemente la eficiencia de la técnica como
suele suceder con los tratamientos biológicos.

CAPITULO I:

Conceptos

  • 1. ELECTROQUIMICA

Electroquímica es una rama de la
química que estudia la transformación entre la
energía eléctrica y la energía
química. En otras palabras, las reacciones química
 que se dan en la interfase de un conductor
eléctrico (llamado electrodo, que puede ser un
metal o un semiconductor) y un conductor iónico
(el electrolito) pudiendo ser una disolución y
en algunos casos especiales, un sólido.

Si una reacción química es conducida
mediante una diferencia de potencial aplicada
externamente, se hace referencia a una electrolisis. En
cambio, si la caída de potencial eléctrico es
creada como consecuencia de la reacción química, se
conoce como un "acumulador de energía
eléctrica
", también
llamado batería o celda galvánica.

Las reacciones químicas donde se produce una
transferencia de electrones entre moléculas se conocen
como reacciones redox, y su importancia en la
electroquímica es vital, pues mediante este tipo de
reacciones se llevan a cabo los procesos que generan electricidad
o en caso contrario, son producidos como consecuencia de
ella.

En general, la electroquímica se encarga de
estudiar las situaciones donde se dan reacciones
de oxidación y reducción encontrándose
separadas, físicamente o temporalmente, se encuentran en
un entorno conectado a un circuito eléctrico.

  • 2. REACCIONES REDOX

Reacción redox es
toda reacción química en la que uno o
más electrones se transfieren entre los reactivos,
provocando un cambio en sus estados de oxidacion.1

Para que exista una reacción de
reducción-oxidación, en el sistema debe haber un
elemento que ceda electrones, y otro que los
acepte:

2.1. REACCION DE OXIDACION

La oxidación es
una reacción química muy poderosa donde
un elemento cede electrones, y por lo tanto aumenta
su estado de oxidación. Se debe tener en cuenta
que en realidad una oxidación o una reducción es un
proceso por el cual cambia el estado de oxidación de un
compuesto. Este cambio no significa necesariamente un intercambio
de iones. Suponer esto -que es un error común- implica que
todos los compuestos formados mediante un proceso redox
son iónicos, puesto que es en éstos compuestos
donde sí se da un enlace iónico, producto de la
transferencia de electrones.

Por ejemplo, en la reacción de formación
del cloruro de hidrógeno a partir de los gases di
hidrógeno y di cloro, se da un proceso redox y sin embargo
se forma un compuesto covalente.

Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir,
cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de
otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los
acepta. Por esta razón, se prefiere el término
general de reacciones redox.

La propia vida es un fenómeno redox.
El oxigeno es el mejor oxidante que existe debido a que
la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin
embargo es muy electronegativo, casi como
el flúor.

La sustancia más oxidante que existe es
el catión KrF+ porque fácilmente
forma Kr y F+.

Entre otras, existen el permanganato de potasio
(KMnO4), el dicromato de potasio (K2Cr2O7), el agua
oxigenada (H2O2), el ácido nítrico
(HNO3:

Monografias.com

El nombre de "oxidación" proviene de que en la
mayoría de estas reacciones, la transferencia
de electrones se da mediante la adquisición de
átomos de oxigeno (cesión
de electrones) o viceversa. Sin embargo, la oxidación
y la reducción puede darse sin que haya intercambio
de oxigeno de por medio, por ejemplo, la
oxidación de yoduro de
sodio a yodo mediante la reducción
de cloro a cloruro de sodio:

Monografias.com

2.2. REACCION DE REDUCCION

Reducción es una reacción química
por el cual un átomo o
un ion ganan electrones. Implica la
disminución de su estado de oxidación. Este proceso
es contrario al de oxidación.

Cuando un ion o un átomo se
reducen presenta estas características:

  • Actúa como agente oxidante.

  • Es reducido por un agente reductor.

  • Disminuye su estado o número de
    oxidación.

  • Gana electrones.

El ion hierro (III) puede ser reducido a
hierro (II):

Monografias.com

  • 3. PROCESOS ELECTROQUIMICOS

Está basado en la utilización de
técnicas electroquímicas, haciendo pasar una
corriente eléctrica a través del agua (que
necesariamente ha de contener un electrolito) y provocando
reacciones de oxidación-reducción tanto en el
cátodo como en el ánodo. Por tanto se utiliza
energía eléctrica como vector de
descontaminación ambiental, siendo su coste uno de las
principales desventajas de este proceso. Sin embargo como
ventajas cabe destacar la versatilidad de los equipos, la
ausencia tanto de la utilización de reactivos como de la
presencia de fangos y la selectividad, pues controlar el
potencial de electrodo permite seleccionar la reacción
electroquímica dominante deseada.

Las consecuencias de las reacciones que se producen
pueden ser indirectas, como en el caso de la
electrocoagulación, electroflotación o
electrofloculación, donde los productos formados por
electrolisis sustituyen a los reactivos químicos, y supone
una alternativa con futuro a la clásica adición de
reactivos.

Sin embargo, la aplicación que está
tomando un auge importante es en el tratamiento de aguas
residuales industriales, a través de una oxidación
o reducción directa.

· Oxidación en ánodo: En el
ánodo se puede producir la oxidación de los
compuestos a eliminar, tanto orgánicos como
inorgánicos. Esta oxidación se puede producir
directamente por una transferencia de electrones en la superficie
del ánodo o bien por la generación de un agente
oxidante in-situ. En este último caso se evita
manipular agentes oxidantes. Entre las aplicaciones de la
oxidación directa cabe destacar el tratamiento de
cianuros, colorantes, compuestos orgánicos tóxicos
(en algunas ocasiones haciéndolos más
biodegradables), incluso la oxidación de Cr (III) a Cr
(VI), más tóxico pero que de esta forma puede ser
reutilizado. En rango de concentraciones con posibilidades de
utilizar este tipo de tratamiento también es muy
amplio.

· Reducción en cátodo: La
principal aplicación de esta posibilidad es la
reducción de metales tóxicos. Se ha utilizado en
situaciones, no poco frecuentes, de reducción de metales
catiónicos desde varios miles de ppm de
concentración hasta valores incluso por debajo de la ppm.
Hay una primera etapa de deposición del metal sobre la
superficie del cátodo que ha de continuarse con la
remoción del mismo. Esto se puede hacer por raspado,
disolución en otra fase, etc.

El reactor electroquímico utilizado suele ser de
tipo filtro-prensa, semejante a las pilas de combustible. Este
sistema permite un crecimiento modular del área.
Básicamente cada módulo se compone de un elemento
catódico de bajo sobrevoltaje a hidrógeno (Pt, Au,
Acero Inoxidable, Ni,..) y un elemento anódico que utiliza
como base óxidos de metales nobles.

  • 4. AGUAS
    RESIDUALES

4.1. Tipos de Aguas
Residuales

– Aguas residuales domésticas: Aquellas
procedentes de zonas de vivienda y deservicios generadas
principalmente por el metabolismo humano y las actividades
domésticas.

– Aguas residuales industriales: Todas las aguas
residuales vertidas desde locales utilizados para efectuar
cualquier actividad comercial o industrial, que no sean aguas
residuales domésticas ni aguas de escorrentía
pluvial.

– Aguas urbanas: Las aguas residuales domésticas
o la mezcla de las mismas con aguas residuales industriales y/o
aguas de escorrentía pluvial. Todas ellas habitualmente se
recogen en un sistema colector y son enviadas mediante un
emisario terrestre a una planta EDAR (Estación Depuradora
de Aguas Residuales). Las industrias que realicen el vertido de
sus aguas residuales en esta red colectora, habrán de
acondicionar previamente sus aguas.

4.2. Características de las aguas
residuales

Los compuestos orgánicos e inorgánicos se
encuentran en aguas residuales procedentes de instalaciones
industriales diversas. A diferencia de las aguas residuales
domésticas, los efluentes industriales contienen con
frecuencia sustancias que no se eliminan por un tratamiento
convencional, bien por estar en concentraciones elevadas, o bien
por su naturaleza química. Muchos de los compuestos
orgánicos e inorgánicos que se han identificado en
aguas residuales industriales son objeto de regulación
especial debido a su toxicidad o a sus efectos biológicos
a largo plazo.

El control de la contaminación del agua producida
por las actividades industriales comenzó con la
aprobación por el Congreso de los Estados Unidos de la
enmienda de 1972 a la "Federal Water Pollution Control Act", que
estableció un sistema nacional de descarga y
eliminación de contaminantes. Las enmiendas de 1977 y
1987, conocidas como "Clean Water Act" y "Water Qualty Act",
completan la regulación legal norteamericana.

Entre las principales sustancias contaminantes, de
acuerdo a la citada ley, que se tomarán obligatoriamente
en consideración para fijar valores límite de
emisiones a las aguas se encuentran:

  • Compuestos órgano-halogenados y sustancias
    que puedan generarlos en el medio acuático.

  • Sustancias y preparados cuyas propiedades
    cancerígenas, o mutagénicas, que puedan afectar
    a la reproducción en el medio
    acuático.

  • Hidrocarburos persistentes y sustancias
    orgánicas tóxicas persistentes y
    bioacumulables.

  • Cianuros.

  • Biocidas y productos fitosanitarios.

  • Sustancias que ejercen una influencia desfavorable
    sobre el balance de oxígeno (computables mediante
    parámetros agregados tales como DBO, DQO).

En la ley que regula el vertido de aguas industriales a
la red de saneamiento establece también la necesidad de
identificación de los vertidos y la definición de
determinados parámetros de contaminación. Uno de
estos parámetros es la ecotoxicidad (medida mediante un
ensayo normalizado de bioluminiscencia) que permite detectar
compuestos tóxicos para los que no exista una normativa
específica, como podría ocurrir con los
contaminantes emergentes.

Estos contaminantes proceden de industrias muy variadas
y por su naturaleza, concentración o caudal del efluente,
hacen que esas aguas residuales demanden un tratamiento antes de
su vertido o reutilización.

La Tabla muestran la clasificación, por sectores
de actividades industrial, de los principales compuestos
contaminantes en agua junto con el porcentaje de
participación en las emisiones directas en la UE (se han
omitido porcentajes inferiores al 10%).

Tabla 4.2.-1: Emisoras directas de contaminantes
inorgánicos en agua clasificados por
actividad.

Arsénico y sus compuestos

Industrias del metal e instalaciones de
calcinación y

sinterización de minerales metálicos
(22%)

Industria química inorgánica de base
o fertilizantes (20%)

Producción de cemento y materiales
cerámicos (18%)

Plantas de procesado de residuos peligrosos
(10%)

Cadmio y sus compuestos

Industrias del metal e instalaciones de
calcinación y

sinterización de minerales metálicos
(66%)

Cloruros

Plantas de combustión (40%)

Industria química inorgánica de base
o fertilizantes (30%)

Industria Química Orgánica de base
(20%)

Cromo y sus compuestos

Industrias del metal e instalaciones de
calcinación y

sinterización de minerales metálicos
(87%)

Cobre y sus compuestos

Industrias del metal e instalaciones de
calcinación y

sinterización de minerales metálicos
(23%)

Industria química inorgánica de base
o fertilizantes (18%)

Industria Química Orgánica de base
(12%)

Plantas de combustión (12%)

Cianuros

Industrias del metal e instalaciones de
calcinación y

sinterización de minerales metálicos
(80%)

Industria Química Orgánica de base
(10%)

Fluoruros

Industria química inorgánica de base
o fertilizantes (54%)

Industrias del metal e instalaciones de
calcinación y

sinterización de minerales metálicos
(22%)

Industria Química Orgánica de base
(17%)

Plomo y sus compuestos

Industrias del metal e instalaciones de
calcinación y

sinterización de minerales metálicos
(40%)

Industria química inorgánica de base
o fertilizantes (15%)

Industria Química Orgánica de base
(12%)

Refinerías de petróleo y gas
(12%)

Mercurio y sus compuestos

Industria química inorgánica de base
o fertilizantes (31%)

Industrias del metal e instalaciones de
calcinación y

sinterización de minerales metálicos
(18%)

Industria Química Orgánica de base
(14%)

Níquel y sus compuestos

Industrias del metal e instalaciones de
calcinación y

sinterización de minerales metálicos
(44%)

Industria química inorgánica de base
o fertilizantes (13%)

Industria Química Orgánica de base
(13%)

Compuestos orgánicos de
estaño

Industrias del metal e instalaciones de
calcinación y

sinterización de minerales metálicos
(86%)

Fósforo

Industria química inorgánica de base
o fertilizantes (25%)

Industria Química Orgánica de base
(22%)

Industria de la madera y papel (18%)

Industrias lácteas, mataderos y otras
(13%)

Zinc y sus compuestos

Industrias del metal e instalaciones de
calcinación y

sinterización de minerales metálicos
(33%)

Industria Química Orgánica de base
(23%)

Industria química inorgánica de base
o fertilizantes (16%)

Industria de la madera y papel (11%)

  • 5. COAGULACION
    QUIMICA

En una suspensión coloidal, no se puede
conseguir, de forma efectiva, la separación de las
partículas directamente por técnicas de
separación sólido-líquido
(decantación, flotación), como consecuencia del
pequeño tamaño de las mismas, que se traduce en una
muy pequeña velocidad de sedimentación. Tampoco se
produce la agregación de las partículas, debido a
la existencia de cargas eléctricas en la superficie de las
partículas coloidales. Estas cargas son normalmente
negativas, y están asociadas a la existencia de grupos
carboxilo o hidroxilo en la superficie de las partículas
orgánicas, y al intercambio de aluminio y silicio por
cationes monovalentes (tales como el K+, el Na+ o los H+) en el
caso de los minerales.

Esta carga superficial origina la atracción de
iones de signo contrario presentes en la disolución, que
se concentran alrededor de las partículas, dando lugar a
la formación de una capa difusa de iones, que provoca que
las fuerzas de repulsión entre las partículas
predominen sobre las fuerzas de atracción másica
que existen entre las mismas.

Por este motivo, una suspensión coloidal es un
sistema estable, es decir, sin tendencia a cambios que
posibiliten la agregación de las
partículas.

La coagulación puede ser definida, en principio,
como la desestabilización de las partículas para
conseguir que las fuerzas de atracción tipo Van der Waals
que existen entre dos partículas predominen sobre las de
repulsión electrostática, de manera que las
partículas se unan y den lugar a la formación de
sólidos de mayor tamaño. Como consecuencia del
mayor tamaño, la velocidad de sedimentación de las
partículas se incrementa, posibilitando el uso de la
decantación como tecnología de tratamiento. La
coagulación es un proceso químico complejo que
implica la combinación de numerosos procesos sencillos.
Comienza con la adición a una dispersión coloidal
de un reactivo químico (normalmente una sal de
catión polivalente) que activa simultáneamente
varios mecanismos de desestabilización coloidal, siendo
los más importantes la compresión de la doble capa
eléctrica (como consecuencia del aumento en la fuerza
iónica del medio que provoca este nuevo reactivo) y la
neutralización de la carga superficial de las
partículas coloidales (que está asociada a la
adsorción de iones sobre la superficie de las
partículas coloidales).

Monografias.com

Figura 5-1 Esquema de las fuerzas de interacción
que actúan sobre una partícula en
suspensión

Monografias.com

Figura 5-2 Mecanismos de
coagulación de partículas coloidales

Además de estos procesos, la adición de
sales de aluminio o hierro puede dar lugar también a la
formación de precipitados a partir de sus
hidróxidos, que atrapan en su interior a las
partículas coloidales. La inmersión de los coloides
dentro de un precipitado es un mecanismo muy efectivo de
eliminación de la materia coloidal conocido como
coagulación o floculación de barrido.

Como consecuencia del proceso de coagulación por
aumento de la fuerza iónica o por neutralización,
las fuerzas de repulsión electrostáticas se hacen
menores que las correspondientes fuerzas de atracción de
Van der Waals, y cuando las partículas coloidales chocan
se unen para formar partículas de mayor tamaño. Al
proceso físico mediante el que se favorece que estas
partículas choquen se le denomina
floculación.

Normalmente, en el tratamiento de un agua el proceso de
floculación se consigue agitando suavemente el agua
residual para favorecer el movimiento interno de las
partículas coloidales.

El mayor tamaño de los sólidos generados
tras el proceso conjunto de coagulación floculación
hace que sean susceptibles de ser separados mediante
técnicas convencionales de separación
sólido-líquido. De esta forma, el mayor peso hace
que su velocidad de sedimentación sea la adecuada para ser
eliminados en decantadores convencionales, y su tamaño los
hace adecuados para que las micro burbujas de aire generadas en
un proceso de flotación por aire disuelto (FAD) se
adhieran a su superficie y se posibilite su
eliminación.

Por tanto, los procesos de
coagulación-floculación permiten tratar,
combinadamente con la sedimentación o la flotación,
efluentes con materia coloidal.

Ejemplos de aguas residuales contaminadas con materia
coloidal, y que pueden ser sometidas a este tratamiento, son las
aguas residuales urbanas y los efluentes residuales procedentes
de industrias del sector textil y agroalimentario

El proceso de coagulación de las
partículas coloidales y el de desestabilización de
emulsiones están también muy relacionados con el de
eliminación de contaminantes orgánicos solubles por
formación de especies de solubilidad reducida, o por
inmersión de estas especies en precipitados de
hidróxidos metálicos, ya que este último
proceso tan sólo se diferencia en las etapas iniciales, o
de formación de las partículas insolubles Este
proceso ha sido ampliamente aplicado al tratamiento de colorantes
industriales, pero también existen aplicaciones a
moléculas mucho más simples, tales como el
fenol

En todos los casos, sales de Fe (III) y de Al (III),
tales como los cloruros o los sulfatos, suelen ser los reactivos
más utilizados, dada la elevada carga de estos cationes,
que favorecen los procesos de desestabilización coloidal
mediante la disminución de las fuerzas
electrostáticas de repulsión entre
partículas. A nivel industrial las operaciones de
coagulación-floculación se llevan a cabo en
depósitos agitados en los que se adicionan reactivos
mediante bombas dosificadoras

Monografias.com

Figura 5-3 Instalación de
coagulación – floculación empleada a escala
industrial

CAPITULO II:

Tratamiento
electroquímico de aguas residuales

  • METODOS PARA EL TRATAMIENTO
    ELECTROQUIMICO DE AGUAS RESIDUALES

  • ELECTROCOAGULACION

La coagulación y la electrocoagulación
tienen por objetivo la desestabilización de los coloides,
y se diferencian en el modo de adición del reactivo: en
coagulación convencional el reactivo se añade como
sal y en electrocoagulación se genera a partir de un
metal.

Por tanto, se puede definir a la
electrocoagulación (o coagulación asistida
electroquímicamente) como un proceso electroquímico
en el que a partir de compuestos procedentes de la
disolución de un ánodo, se agrupa la materia
coloidal existente en un agua residual (o se rompe una
emulsión), posibilitando su separación del agua
mediante técnicas convencionales de separación
sólido-líquido (decantación,
flotación).

Normalmente, el material anódico empleado
consiste en planchas de aluminio o de hierro. Al aplicar una
diferencia de potencial a la celda, se consigue la
generación de iones en disolución. Como
consecuencia, y al igual que en procesos convencionales de
coagulación, se obtienen:

– Hidróxidos insolubles sobre los que quedan
retenidos los contaminantes y/o

– Hidroxocomplejos catiónicos o aniónicos,
que desestabilizan las fuerzas de repulsión
electroestáticas existentes en la materia coloidal (o en
las microgotas de una emulsión), bien por
neutralización de cargas o bien por formación de
enlaces intrapartículas.

Los costes operativos de los procesos de
electrocoagulación son más bajos que los
correspondientes a los tratamientos físico-químicos
convencionales, aunque la inversión necesaria es algo
superior. Asimismo, se afirma que los procesos
electroquímicos son procesos adecuados para plantas de
pequeño tamaño por su sencillez de
operación.

Monografias.com

Figura 1.1.-1 Procesos involucrados en un
reactor de electrocoagulación

  • Factores que afectan que procesan al
    proceso de electrocoagulación

La densidad de corriente o la carga eléctrica
aplicada son algunos de los parámetros a optimizar en el
proceso de coagulación asistida
electroquímicamente, ya que determinan la cantidad de
metal (Mn+) que se libera en el sistema: altas densidades de
corriente permiten unidades de electrocoagulación
más pequeñas. Sin embargo, cuando se emplean
densidades de corriente demasiado elevadas, aumenta el empleo de
energía eléctrica para la reacción paralela
de generación de oxígeno y también la
potencia disipada en forma de calor por efecto Joule. Por tanto,
se recomienda el empleo de densidades de corriente inferiores a
20-25 A m-2 para el buen funcionamiento del proceso.

Cuando la conductividad del agua a tratar no es elevada,
es frecuente la adición de un electrolito soporte para
aumentar su valor, consiguiéndose así una
disminución en el potencial de la celda y, por tanto, un
ahorro energético considerable. Una de las sales
más empleadas para este fin es el cloruro sódico,
ya que se ha determinado que los iones cloruro pueden
contrarrestar los efectos negativos de aniones como el
HCO3

– y el SO42-. En este sentido, la existencia de iones
bicarbonato y sulfato en el agua a tratar puede conducir a la
precipitación de iones Ca2+ y Mg2+, y a la
formación de una capa aislante en la superficie delos
electrodos, que podría ocasionar un aumento en el
potencial de la celda, y con ello en los costes de
tratamiento.

El efecto de la temperatura en el proceso de
electrocoagulación ha sido poco estudiado, si bien se ha
encontrado un máximo en la eficacia de corriente con la
temperatura a 60 ºC en el proceso de disolución de
aluminio. Asimismo, se ha observado un mínimo en el
consumo de energía a 35 ºC, en el tratamiento de
aguas residuales contaminadas con aceites. Sin embargo, el
calentamiento del agua para alcanzar estas condiciones, no tiene
sentido desde el punto de vista económico.

  • ELECTROFLOCULACION

En el interior de una celda electroquímica la
carga de los coloides facilita su movimiento por el campo
eléctrico generado por los electrodos, y la
evolución electródica de gases (oxígeno en
el ánodo e hidrógeno en el cátodo) genera
una mezcla suave. Como consecuencia, se favorece el choque entre
coloides y por tanto la floculación en el interior de la
celda electroquímica sin necesidad de agitación
mecánica. Al no haber elementos móviles se reducen
notablemente los gastos de mantenimiento del proceso. A este
proceso se le denomina electrofloculación, y puede
conseguir realizar en un reducido espacio los mismos procesos que
ocurren en volúmenes muy superiores en los procesos
convencionales

  • ELECTROFLOTACION

Los gases generados en los electrodos pueden adherirse a
la superficie de los flóculos disminuyendo la densidad del
conjunto, y posibilitando su separación por
flotación.

A este proceso se le conoce como
electroflotación. La electroflotación, al
igual que la electrofloculación, es un proceso secundario
en cualquier proceso de electrocoagulación

Sin embargo, en determinadas ocasiones puede ser
utilizado, independientemente de la electrocoagulación,
para la separación por flotación de los
sólidos contenidos en un agua.

  • EFLUENTES ACUOSOS

Los procesos de coagulación-floculación se
emplean comúnmente para la eliminación de distintos
tipos de contaminantes contenidos en efluentes acuosos. Estos
contaminantes comprenden partículas inorgánicas
(como las arcillas), partículas orgánicas (como
microorganismos patógenos) y materia orgánica
disuelta. De la misma forma, las partículas generadas en
el proceso tienen capacidad de adsorber otros contaminantes
presentes en el agua, tales como cationes metálicos o
aniones, estando referenciada la eliminación de
flúor o arsénico mediante esta tecnología.
Además, este tipo de tratamiento se emplea en la ruptura
de emulsiones de aceite en agua, consiguiendo la coalescencia de
las fases que componen la emulsión.

Por tanto, existen diferentes tipos de efluentes acuosos
susceptibles de ser tratados mediante procesos de
coagulación-floculación, siendo los más
representativos los efluentes coloidales, los efluentes
residuales procedentes de industrias textiles (contaminados con
macromoléculas orgánicas en disolución), y
las emulsiones de aceite en agua.

  • Efluentes coloidales

El elemento definitorio de una dispersión
coloidal es el tamaño de las partículas que la
componen, y que está en el intervalo comprendido entre 1
nm y 1 µm. Los coloides son sustancias que permanecen en
suspensión por largos periodos de tiempo cuando se
encuentran en el seno de una disolución acuosa. Como es
conocido, la velocidad de sedimentación de una
partícula depende de su peso, y éste, a su vez, es
función de su tamaño.

Los coloides son normalmente estables en
suspensión dado que, en general, predominan los factores
estabilizadores sobre los desestabilizadores. Entre los factores
estabilizadores se encuentran todas las fuerzas o
fenómenos que generan repulsión entre ellos y por
tanto, las fuerzas electrostáticas y la hidratación
de las partículas. Las fuerzas de atracción, en
cambio, cumplen un papel opuesto y desestabilizan la
dispersión. Entre ellas están la gravedad, el
movimiento Browniano y las fuerzas de Van der Waals. Obviamente,
algunos fenómenos tienen un efecto despreciable, por
ejemplo la influencia de la gravedad, mientras que otros pueden
conseguir, bajo determinadas condiciones, que la estabilidad de
la dispersión coloidal se rompa y, como consecuencia, se
generen sólidos de mayor tamaño por
combinación de los coloides.

La superficie específica de los coloides en
general es muy alta ya que las partículas son muy
pequeñas. Esto posibilita que tengan una gran capacidad de
adsorción de sustancias.

Con respecto a sus propiedades electrocinéticas,
las partículas coloidales en el seno de una
disolución acuosa tienen carga eléctrica y, por
tanto, pueden verse afectadas por la presencia de un campo
eléctrico.

Esta estructura, está formada por láminas
de esta disposición apiladas unas sobre otras. Dado que
una superficie de cada capa está formada por iones
hidrógeno y la otra superficie sólo por iones
oxígeno, tienden a formarse puentes de hidrógeno
entre capas. Si bien los puentes de hidrógeno son enlaces
de muy baja energía, la energía de enlace es
aditiva y la suma del gran número de puentes de
hidrógeno que se forman entre las capas hace que queden
fuertemente unidas entre sí.

La carga eléctrica que presentan las
partículas de caolinita en suspensión acuosa puede
producirse por diversos motivos (Huertas et al., 1998), entre las
que se encuentra la sustitución isomórfica de
cationes silicio (+4) por aluminio (+3) en las posiciones
tetraédricas dando lugar a cargas negativas permanentes en
la estructura. En este contexto, también, es posible la
sustitución de algunos cationes de aluminio (+3) de las
estructuras octaédricas por otros cationes de menor carga
presentes en la disolución acuosa. Además, se
generan cargas superficiales no permanentes como consecuencia de
reacciones entre grupos superficiales ionizables situados en los
bordes de la estructura (ya que estas estructuras no pueden
extenderse de forma infinita) y los iones o ligandos presentes en
la disolución acuosa. En estos casos es habitual que un
protón de la disolución neutralice esta carga. Sin
embargo, el que esto ocurra o no dependerá del pH de la
disolución. Según esto, debido a las cargas
superficiales que presenta esta arcilla, se puede explicar el
comportamiento coloidal de la caolinita en el seno de una
suspensión acuosa, ya que las fuerzas de repulsión
electrostáticas impiden la agregación de las
partículas, y dan lugar a una dispersión coloidal
estable.

  • Efluentes emulsionados

Una emulsión es un sistema líquido
disperso conformado a nivel microscópico por dos fases
inmiscibles, por lo que la apariencia macroscópica (a
simple vista) es la de un líquido homogéneo. El
líquido que se presenta en mayor proporción dentro
de este sistema se denomina fase externa, y el que se presenta en
menor proporción fase interna.

El sistema emulsionado es estable por la existencia de
una diferencia de potencial entre las fases, dado que la
superficie de las microgotas de la fase interna se carga
negativamente. Esta carga impide, por repulsión
electrostática que las cargas se unan y, por tanto, este
fenómeno es el que confiere apariencia al líquido
de homogeneidad (apariencia de líquido uniforme). La
ruptura de la emulsión consiste en separar las dos fases
de las que consta la emulsión, mediante la coalescencia
irreversible de las gotas. Para romper la emulsión es
necesario desestabilizar las cargas de las microgotas de la fase
interna.

  • Efluentes contaminados con materia
    orgánica disuelta

Existen diversos tipos de industrias como son las
textiles, químicas y farmacéuticas, que generan
efluentes acuosos contaminados con materia orgánica no
biodegradable. Desde el punto de vista medioambiental, la
gestión adecuada para el tratamiento de estos efluentes es
la recuperación de los compuestos, y su
reutilización en el proceso. No obstante, en numerosas
ocasiones, esta recuperación no es posible técnica
o económicamente, y es necesario proceder a la
destrucción o eliminación de los contaminantes
contenidos en las aguas.

La técnica empleada para el tratamiento de este
tipo de efluentes acuosos depende fundamentalmente de las
características físico-químicas y
biológicas del efluente, y se selecciona en base a
criterios económicos. En algunas ocasiones se puede
emplear el tratamiento físico-químico
(coagulación-floculación, sedimentación y/o
flotación) para aguas residuales con elevado contenido en
materia orgánica, si ésta es susceptible de ser
coagulada por formación de compuestos de solubilidad
reducida o por adsorción de los mismos en precipitados de
hidróxidos metálicos. Este método
está especialmente indicado en el caso de la industria
textil. En esta tesis, como modelo de efluente residual
procedente de la industria textil se ha utilizado un agua
sintética contaminada con Negro de Eriocromo T (NET), como
ejemplo de colorante azoico (que contiene el grupo azo).
Actualmente los colorantes azoicos son los más empleados
en la industria textil y constituyen el grupo más extenso,
de todos los colorantes orgánicos disponibles en el
mercado. El nombre comercial de este colorante es Mordant Black
11, y se emplea en la tinción de diferentes tipos de
tejidos. El NET es un compuesto de elevado peso molecular, 461 g
mol-1, y consta de un enlace –N=N– y cuatro anillos
aromáticos que le confieren un color azul intenso cuando
se encuentra disuelto en agua, aunque el máximo de
absorción de longitud de onda varía sensiblemente
en función del pH de la disolución. La Figura 2.19
muestra la estructura del NET, y la ionización que
experimenta esta molécula en disolución como
consecuencia de los cambios de pH.

  • PROCEDIMIENTOS
    OPERATIVOS

  • Procedimiento operativo para determinar el
    pretratamiento de los electrodos de aluminio

Partes: 1, 2

Página siguiente 

Nota al lector: es posible que esta página no contenga todos los componentes del trabajo original (pies de página, avanzadas formulas matemáticas, esquemas o tablas complejas, etc.). Recuerde que para ver el trabajo en su versión original completa, puede descargarlo desde el menú superior.

Todos los documentos disponibles en este sitio expresan los puntos de vista de sus respectivos autores y no de Monografias.com. El objetivo de Monografias.com es poner el conocimiento a disposición de toda su comunidad. Queda bajo la responsabilidad de cada lector el eventual uso que se le de a esta información. Asimismo, es obligatoria la cita del autor del contenido y de Monografias.com como fuentes de información.

Categorias
Newsletter