electrocoagulación de aguas residuales

REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 34, No. 2. 2002
ELECTROCOAGULACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
Gonzalo Morante G.
Universidad Nacional de Colombia sede Manizales
Email: gmorante@nevado.manizales.unal.edu.co
RESUMEN
El fundamento de la operación coagulación – floculación radica en que las partículas que se
hallan en suspensión en el agua tienen un carácter eléctrico que las hace recolectora de iones
de carga opuesta, formando agregados mas grandes llamados “flocs”, los cuales por su
mayor peso sedimentarán por gravedad. Los iones necesarios para la coagulación en un
proceso químico son aportados por compuestos como el sulfato de aluminio o el cloruro
ferrico, que entran en disociación en solución, provocando el efecto deseado de la
coalescencia de las partículas. Por otra parte en un proceso electroquímico, los iones son
aportados por el metal de los electrodos entre los cuales se aplica una diferencia de
potencial, ocasionando un reacomodamiento de cargas lo que provoca la unión y/o
aglomeración de partículas para su posterior sedimentación.Las partículas suspendidas en el
agua presentan un grado elevado de estabilidad debido a su carga, que generalmente es
negativa; lo que se consigue con la Electrocoagulación es, por medio de una corriente
eléctrica, generar una buena cantidad de iones de carga contraria (positiva) que producen la
neutralización (desestabilización) de esas partículas; la materia desestabilizada se agrega
para formar partículas de mayor peso, lo que hace más fácil su eliminación por cualquier
método de separación, como por ejemplo la filtración. [12].
INTRODUCCIÓN
La electrocoagulación es un proceso que aplica los principios de la coagulación–floculación
en un reactor electrolítico. Este es un recipiente dotado de una fuente de corriente y varios
electrodos encargados de aportar los iones desestabilizadores de partículas coloidales que
reemplazan las funciones de los compuestos químicos que se utilizan en el tratamiento
convencional.
En el desarrollo de este trabajo se utilizó la electrocoagulación como método de tratamiento
para la remoción de grasas y aceites de aguas residuales. Se estudiaron aguas residuales de
la empresa Productora de Gelatina S.A., PROGEL S.A., evaluando las propiedades que
caracterizan el agua en estudio antes y después del tratamiento y se comparan estos valores
con los obtenidos después del proceso de coagulación química.
La aplicación de la técnica de electrocoagulación está en tener una alternativa para el
tratamiento de aguas residuales que la hará útil en algunos casos, pero sin sustituir
totalmente los procedimientos químicos y biológicos que se han venido aplicando desde
tiempos muy remotos. La naturaleza misma ha mitigado los impactos ambientales causados
por el hombre, reestablecido el equilibrio ecológico y biológico necesario para la
supervivencia de este.
Los avances de la investigación que aquí se publican, corresponden a los resultados
obtenidos de la experimentación en un reactor piloto de 1 litro. La evaluación de los mismos
alentó la construcción de un equipo de 45 de litros de capacidad, en el se continua estudiando
484
REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 34, No. 2, 2002
el comportamiento e influencia en el proceso de las variables: Tipo de electrodo, distancia
entre ellos. Tipo de flujo por lotes o continuo, voltaje y corriente, tiempo, temperatura de
celda y con el que la Universidad Nacional, Sede Manizales, continuará fortaleciendo sus
investigaciones y servicios a la comunidad en el campo de la Ingeniería Ambiental.
EL EQUIPO
El reactor electrolítico, donde se realiza la EC, es un recipiente de termoplástico como el que
se muestra en la figura. Consta de una fuente de energía para inducir la corriente eléctrica y
de los electrodos dispuestos de forma intercalada dentro del reactor, estos van cubiertos
por el agua a tratar.
El material de los electrodos varía de acuerdo al tipo de sistema utilizado, estos pueden ser
de hierro, de aluminio, cobre, acero o aleaciones de aluminio y magnesio [7]. Las partículas
coloidales se desestabilizan con la adición de iones multivalentes (Fe+++ y Al+++). Los
electrodos son de sacrificio, según Faraday, debido a que en el proceso electrolítico
desprenden en el agua los iones que desestabilizan los coloides.
Figura No.1 Reactor Electrolítico
Durante el proceso se generan compuestos que desestabilizan las suspensiones y emulsiones
provocando su floculación; de igual manera ocurre una disolución anódica donde se liberan
elementos que pueden reaccionar con algunos contaminantes en solución precipitándolos. En
los electrodos se generan microburbujas de hidrógeno y oxígeno que chocan y se adhieren a
los floculos [15], arrastrándolos a la superficie del líquido donde se forma una espuma que
puede ser removida mecánicamente. También, las burbujas formadas dentro del reactor
ayudan a que el aceite y las grasas floten [14].
485
REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 34, No. 2. 2002
EL EXPERIMENTO
Se analizaron muestras simples de agua residual de un mismo proceso y obtenidas cada
semana durante 16 semanas. Se estudiaron como variables los parámetros que se insertan en
la tabla 1 y se selecciono el conjunto de valores que presentó la mejor remoción en grasas y
aceites. Los resultados encontrados se presentan en la tabla 2.
CONDICIONES DE OPERACIÓN
Muestra:
A.R. PROGEL
Volumen Tratado:
1000 ml
Número de Electrodos:
8
Separación entre Electrodos:
5 mm
Voltaje Inicial:
2.7 V
Cátodo: 4 Electrodos de Aluminio
Corriente Inicial:
0.07 A
Anodo:
4 Electrodos de Hierro
Tiempo de Tratamiento: 15 min.
Tamaño de Electrodos: (10 * 14 * 0.1)cm
Tipo de Operación:
Area superficial de Electrodos:294 cm*cm
BATCH
Tabla 1
ANÁLISIS DEL AGUA
PROPIEDAD
Agua Cruda
Agua Electrocoagulada
Temperatura (ºC)
19,7
19
PH
10,86
13,06
Turbiedad (NTU)
140
125
Conductividad (Mhos)
1,2
1,78
DQO (Mg/L)
3104
931,2
Grasas y Aceites (Mg/L)
1195
115
Alcalinidad (Mg/L CaCO3)
375
300
Hierro (ppm)
0,84
0,79
Aluminio (ppm)
2,62
2,53
Promedio Voltaje (v) :
2.7
Potencial (Kw-h/m3):
0.1242
Corriente Promedio (A) :
0.184
Vlor. E. Eléctrica ($/m3) :
20.23
Densidad de Corriente (A/m2): 6.26
Observaciones:
No hubo formación de espuma
Tabla 2.
486
REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 34, No. 2, 2002
La remoción alcanzada de grasas y aceites en el agua residual estudiada es muy significativa,
confirmando el poder de la corriente eléctrica de desestabilizar el equilibrio eléctrico que
presentan grasas y emulsiones, provocando su precipitación. Estos materiales precipitados
traen un incremento en los sólidos sedimentables, lo que hace de la electrocoagulación un
proceso que debe ir acompañado de otras operaciones de tratamiento como la sedimentación
y la filtración. Los sólidos precipitados y separados de la corriente conllevan materia
orgánica, que constituye contaminación para el agua. Podemos observar en concordancia una
reducción en la Demanda Química de Oxígeno (DQO). Los volúmenes de agua y tiempos de
tratamiento empleados no registraron variación significativa de la temperatura atendiendo a
los bajos voltajes aplicados. Finalmente pueden presentarse incrementos en el contenido de
metales, tales como hierro y Aluminio, por la misma acción de sacrificio reseñada para los
electrodos. Pero debe tenerse en cuenta que existen otros métodos para su remoción. Quizás
el mayor problema ambiental de las grasas radica en el hecho que estas flotan cubriendo la
superficie del agua impidiendo el intercambio de oxígeno con la atmósfera y evitando así la
restitución de los niveles normales de oxígeno disuelto que debería tener el agua.
Aparte de la remoción lograda de suspensiones y emulsiones, la EC, es altamente eficiente
en la destrucción de materia orgánica y microorganismos patógenos.
REFERENCIAS
[1] RIGOLA, Lapeña Miguel. Tratamiento de Aguas Industriales. Editorial Alfa-Omega.
México DF, 1999.
[2] ROMERO, R. Jairo A. Acuiquímica. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.
Bogotá, 1996.
[3] SKOOG, Douglas y WEST, Donald. Química Analítica. Mc Graw Hill. México, 1992.
[4] CASAS, José Vicente. Coagulación-Floculación. Publicaciones Universidad Nacional.
Bogotá 1998.
[5] ARBOLEDA, Valencia Jorge. Teoría y Práctica de la Purificación del Agua. Editorial
Cepis, 1993.
[6] CHEN, M. L. Decolourization of Dye – Countaining Solution by Electrocoagulation.
Journal of Applied Electrochemistry, No. 24, 1994.
[7] FISHER, André. Sistema AP de Descontaminación de las Aguas, Folleto, Diciembre
1993.
[8] EIELEN, A. Vik. Electrocoagulation of potable water. Water Res, Vol.18 No.11,1984.
[9] SANFAN, Wang. Studies on Economic Property of Pretreatment Process of Brackish
Water Using Electrocoagulation (EC) Method. Elsevier Science Publisher B. V.
Amsterdam, 1991.
[10] SALUT, A. F. Electrofloculation: Removal of Oil, Heavy Metals and Organic
Compounds from Oil-on-water Emulsions. Filtration and Separation, Vol. 33, No 295,
Mayo 1996.
[11] DELGADILLO, Liliana. Estudio del Tratamiento de Aguas Residuales por
Electrocoagulación (Sistema AP). Febrero, 1998.
[12] Regimen Legal del Medio Ambiente. Articulo 72, Decreto 1594 de 1984.Legis 2001
[13] www.sentox.com/fec.html. Diferentes procesos para EC
[14] www.ead.anl.gov/-techcon/mail/0012.html
[15] CENKIN, V. E. And BELEVTSEV, A. N. Electrochemical Treatment of Industrial
Wastewater. Efluent and Water Treatment Journal, Julio 1985.
487