ELECTROFLOTACION

ELECTROQUIMICA INDUSTRI INDUSTRIAL AL

I.

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INTRODUCCIÓN: La electroflotación es uno de los variados procesos electroquímicos en el tratamiento de aguas residuales, que cada vez están adquiriendo mayor importancia por su versatilidad, reducido tamaño y capacidad de automatización. La electroflotación es un interesante proceso desarrollado para el tratamiento de suspensiones diluidas. En él se generan electrolíticamente burbujas de gas en el interior de la suspensión que se unen a las partículas solidas provocando el ascenso de las mismas a la superficie. Como las burbujas son muy pequeñas, tienen una elevada superficie especifica siendo por tanto muy eficaces para suspensiones de partículas finas. Este método ha sido desarrollado especialmente para el tratamiento de efluentes industriales diluidos, incluyendo suspensiones y coloides, sobre todo aquellos que contienen péquelas cantidades de materiales orgánicos. Permite separar las suspensiones diluidas en una suspensión concentrada y un líquido claro y, al mismo tiempo, permite la oxidación en el electrodo positivo de materia orgánica no deseada.

Fig. N° 01 Esquema de electroflotación.

II.

ANTECEDENTES: La utilización de procesos electroquímicos para el tratamiento de aguas residuales está adquiriendo cada día más importancia por su versatilidad, reducido tamaño y capacidad de automatización. En ese artículo se hace una pequeña revisión de los distintos procesos electroquímicos aplicados en el tratamiento de aguas residuales y potables.

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ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL

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La utilización de electricidad para tratar aguas residuales tiene una larga tradición, siendo utilizada por primera vez en Inglaterra en 1889. La utilización de procesos electrolíticos en la recuperación de metales fue patentada por Elmore en 1904 y el proceso de electrocoagulación (EC) con aluminio y hierro fue patentado en Estados Unidos en 1909. La primera utilización a gran escala de la EC para el tratamiento de aguas potables fue en 1946. Dado al relativo alto coste de las instalaciones y el alto consumo en energía eléctrica estas tecnologías no tuvieron una buena aceptación en esa época, no obstante distintos países como Estados unido o la antigua Unión Soviética continuaron con las investigaciones durante los siguientes años lo que permitió acumular una gran experiencia y conocimiento sobre estos procesos. La promulgación de leyes cada vez más estrictas concernientes a los límites de vertido de distintas sustancias en las aguas residuales así como la mejora en los estándares de calidad del agua potable han hechos que las procesos electroquímicos ganen cada vez más importancia en las últimos dos décadas y hoy en día hay compañías que suministran sistemas electroquímicos para la recuperación de metales, tratamiento de aguas provenientes de procesos textiles, curtidurías, papeleras, tratamiento de aguas residuales con alto contenido en aceite o emulsiones aceite-agua. Hoy en día los procesos electroquímicos han alcanzado un estado en el cual no son solamente comparables desde el punto de vista económico con otros procesos sino que también son más eficientes, compactos y automatizados. Los procesos electroquímicos utilizados en el tratamiento de aguas utilizan electricidad para producir una reacción química destinada a la eliminación o destrucción del contaminante presente en el agua. Básicamente el sistema electroquímico está formado por un ánodo, donde ocurre la oxidación, un cátodo, donde tiene lugar la reducción y una fuente de corriente continua encargada de suministras la electricidad. Los parámetros claves a la hora de aplicar un proceso electrolítico son diseño del reactor, naturaleza de los electrodos, y diferencia de potencial y/o corriente de trabajo. En este artículo se verán brevemente los distintos procesos electroquímicos empleados en el tratamiento de agua.

III.

DESCRIPCION GENERAL DEL PROCESO DE ELECTROFLOTACION: El proceso de electroflotación (EF) es un proceso simple por el cual los contaminantes flotan en la superficie del agua adsorbidos sobre las pequeñas burbujas de hidrógeno y oxígeno generadas respectivamente en el cátodo y en el ánodo en el proceso de descomposición electrolítica del agua. La eficiencia del proceso de flotación está fundamentalmente determinada por el tamaño de las burbujas generadas, son preferibles las burbujas pequeñas ya que proporcionan una mayor superficie de contacto para la adsorción de las partículas a eliminar. Esta una de las principales ventajas del proceso de EF respecto a otros procesos de flotación clásicos como DAF (dissolved air flotation). El 90 % de las burbujas generadas en EF tienen un tamaño entre 15 y 45 μm mientras que en el proceso DAF el tamaño oscila entre 50 y 70 μm.

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Generalmente, los electrodos son de dióxido de plomo sobre un substrato de titanio en forma de placas horizontales peroradas, con una distancia entre ellos de 5 – 40 mm, según la conductividad del líquido. Puede aplicarse una diferencia de potencial comprendida entre 5 y 10 V para proporcionar densidades de corriente del orden de 100 2 A/m . A menudo la conductividad de la suspensión es de por si adecuada, pero puede ser necesario añadir materiales iónicos tales como cloruro sódico o acido sulfúrico. La deposición de incrustaciones sobre los electrodos puede evitarse normalmente invirtiendo periódicamente su polaridad. Ocasionalmente pueden utilizarse ánodos consumibles de hierro o aluminio, para que los iones que pasen a la suspensión colaboren posteriormente a la floculación de los sólidos en suspensión. Las instalaciones de electroflotación consisten normalmente en un depósito de acero u hormigón con el fondo en pendiente tal como se muestra en la Fig. N° 02; la profundidad del liquido suele ser de aproximadamente 1m. Como el proceso de flotación es mucho más rápido que el de sedimentación para partículas finas, puede llevarse a cabo con tiempos de retención mucho más cortos – aproximadamente una hora – siendo la superficie ocupada tan solo la octava parte aproximadamente de la de un deposito de sedimentación. El lodo obtenido en la flotación, que contiene frecuentemente un 95% de sólidos, forma una capa sobre la superficie del líquido, que puede ser retirada continuamente por medio de rastrillos de movimiento lento dispuestos transversalmente en la parte superior del depósito.

Fig. N° 02 Equipo de flotación.

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IV.

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APLICACIONES: Eliminación de contaminantes en aguas industriales:

El principio de funcionamiento se basa sobre un particular tratamiento electrolítico de las aguas residuales, en las que se provoca una serie de reacciones electrónicas y químicas asociadas a procesos físicos, capaces de favorecer la transformación, separación y el posterior alejamiento de los contaminantes. El sistema funciona sin usar sustancias químicas, con grandes ventajas en términos de mantenimiento, minimización de los costes de gestión y una notable reducción de los residuos finales que deben enviarse al gestor para su eliminación. El grado de depuración que se obtiene permite la reutilización continuo de las aguas de lavado y enjuague, sin necesidad de verter, ni siquiera parcial. El núcleo del sistema Rédox, nombre con el que se identifica la instalación de electroflotación de Reda Industrial, está representado por una cámara electrolítica en la que se introduce la solución acuosa que se quiere tratar (si el pH de la solución tiene valores comprendidos entre 5 y 8, no es necesario ningún ajuste). Aplicando una determinada tensión a los electrodos (formado esencialmente por ánodos de hierro y cátodos de aleación de aluminio), y gracias a la configuración especial del reactor y del número de dichos electrodos, se crea la reacción de electroflotación. Desde el punto de vista químico y electroquímico se produce, principalmente, una reacción capaz de desarrollar hidrógeno y oxígeno, oxidando pues las sustancias orgánicas y favoreciendo la precipitación de los iones metálicos presentes en la solución acuosa (plomo, cadmio, cobre, zinc, níquel, cromo y otros). La reacción de coagulación y floculación de los contaminantes se produce sin aporte de productos químicos, gracias a la natural formación de hidróxidos que se desarrollan a partir de los electrodos usados.

Fig. N° 03 Equipo de electroflotación de la Empresa REDA.

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El sistema está concebido para reciclar en circuito cerrado las aguas de lavado, que representan el 90% de los vertidos en las instalaciones de lavado industrial, desengrase, fosfatación, otros pre tratamientos y en los tratamientos de acabado por vibración de los metales. Su funcionamiento es muy sencillo: la completa automatización de las fases del proceso permite integrar el sistema Rédox en todas las líneas de producción sin que se necesite mano de obra especializada ni continuas intervenciones de mantenimiento para su correcto funcionamiento. La economicidad de la gestión se traduce en un costo de unos céntimos de Euro/litro, incluyendo electricidad, sustitución de los electrodos y la eliminación Remoción de sólidos totales de vinazas:

En el tratamiento de vinaza proveniente una destilería de alcohol por medio de un proceso de electrocoagulación – electroflotación. Se evaluaron diferentes variables de operación como pH inicial de la solución, densidad de corriente y concentración de 3 NaCl, como soporte electrolítico, en un diseño factorial 2 usando electrodos de aluminio en un arreglo monopolar. Los resultados indican que esta técnica podría ser usada en el proceso de concentración de vinazas. Se obtuvo remoción de sólidos totales de 37% sin utilizar un soporte electrolítico. El surgimiento de las destilerías de etanol en los ingenios del Valle del Cauca ha incrementado la producción de su residuo principal, la vinaza. La concentración de éstas por evaporación es una etapa importante en el consumo energético de una destilería y, como resultado de su tratamiento, se ve disminuida la capacidad de producción de alcohol debido a problemas de incrustación en los evaporadores. Además, la vinaza es un residuo contaminante, pues sus características impiden su vertimiento directo a fuentes de agua por su elevada carga orgánica, sales minerales, altos contenidos de DQO, DBO, turbidez y color. Las vinazas en el Valle del Cauca se han tratado de varias formas con el fin de darle diferentes usos. Por ejemplo, a nivel agrícola se utiliza en compostaje y se concentra para utilizarla como fertilizante liquido, también se utiliza como materia prima para la fabricación de proteína celular y como alimento para animales; algunas veces se utiliza fermentación anaerobia para producción de biogás y se puede recircular dentro del mismo proceso de fermentación para disminuir su volumen de producción, pero estas aplicaciones tienen desventajas ya sea por tiempos de residencia elevados, inversiones altas o dificultades de operación. Las vinazas han sido tratadas por métodos electroquímicos como se reporta en la literatura, Zayas et al presentan un estudio donde se ha logrado disminuir la demanda química de oxígeno (DQO), la demanda biológica de oxígeno (DBO), el carbono orgánico total (TOC) y turbidez en porcentajes superiores al 90%. Yusuf Y, presenta un estudio de tratamiento de vinaza por electrocoagulación. Se encontró que las concentraciones de un soporte electrolítico y peróxido de hidrógeno en la solución modifican fuertemente la capacidad de remoción del carbono orgánico total, alcanzando valores superiores a 80%. Un trabajo que combina la electrocoagulación con 5


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nueces de Areca catechu activada (AAC) muestra que la eficiencia en la remoción de cloruros, sulfatos, DBO y DQO con y sin la adición de AAC puede alcanzar remociones superiores a 80%. Mediante técnicas electroquímicas y membranas de intercambio iónico se puede reducir la incrustación de sales sobre los tubos de equipos de evaporación durante la concentración de vinazas, al presentar porcentajes de concentración y desmineralización de sales entre 98% y 80% respectivamente. El propósito de este estudio fue evaluar la remoción de sólidos totales, presentes en la vinaza, mediante procesos de electrocoagulación-electroflotación utilizando electrodos de aluminio y como variables de operación pH inicial, concentración de electrolito y densidad de corriente análogo digital. Los electrodos con un área efectiva (área sumergida) de 32 cm2 tuvieron 1 cm de separación. La Figura 1 muestra un esquema del montaje usado para las pruebas experimentales.

Fig. N° 04 Equipo para vinazas.

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V.

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PATENTE DE EQUIPO DE ELECTROFLOTACION: Un tanque, que tiene una altura varias veces su diámetro efectivo, tiene varios electrodos horizontales dispuestos a lo largo de toda su altura. Los conductos y los controles se proporcionan para flujo descendente de líquido que se purificó en forma no turbulenta. La electrólisis del líquido hace que las burbujas de gas fluyan hacia arriba. Este aparato crea un flujo no turbulento del líquido directamente contra el flujo de burbujas de gas para una distancia vertical sustancial. En una distribución, el depósito es un cilindro, mientras que en otra sus lados convergen hacia abajo. Una tercera forma de realización muestra dos compartimentos dispuestos para flujo secuencial de líquido. En el anexo se presenta la patente completa con el diseño del equipo y los parámetros de operación.

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BIBLIOGRAFIA: 

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Ingeniería Química: Unidades SI. Operaciones Básicas Volumen I. John Metcalfe Coulson, J. F. Richardson, J. R. Backhurst. REDA – Hispania SL. Recubrimientos Industriales Depuración y Reciclaje de Aguas. Vertido Cero. http://www.redahsl.com Año XIII, Mayo – Junio 2011, Número 63. Red de revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal. “Remoción de Sólidos Totales de Vinazas por Electroflotación Electrocoagulación” 7

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http://redalyc.uaemex.mx/src/inicio/ArtPdfRed.jsp?!Cve=49612069005 Javier Dávila Rincón, Nilson Marriaga Cabrales y Fiderman Machuca Martínez. 14 de Mayo del 2008, aceptado el 30 de Setiembre del 2008; versión final el 22 de Octubre del 2008. 

Patente Estados Unidos Aparato de Electroflotación Inventores: Warren B. Harnden, Rockford III; Eugene H. Morrill, Marathon, Fla. 23 de Marzo de 1973

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http://www.ucm.es/info/iqpapel/equipos/electroflotacion.htm

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http://www.madrimasd.org/blogs/remtavares/2010/09/17/131491

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