En el mundo, todo tiene sus pros y sus contras. El progreso de la sociedad y la mejora de la calidad de vida de las personas inevitablemente conducen a la contaminación ambiental. Las aguas residuales son un problema de este tipo. Con el rápido desarrollo de industrias como la petroquímica, la textil, la papelera, la de pesticidas, la farmacéutica, la metalúrgica y la alimentaria, el vertido total de aguas residuales ha aumentado significativamente en todo el mundo. Además, las aguas residuales suelen contener altas concentraciones, alta toxicidad, alta salinidad y altos componentes de color, lo que dificulta su degradación y tratamiento, provocando una grave contaminación del agua.
Para gestionar los grandes volúmenes de aguas residuales industriales que se generan a diario, se han empleado diversos métodos que combinan enfoques físicos, químicos y biológicos, además de utilizar fuerzas como la electricidad, el sonido, la luz y el magnetismo. Este artículo resume el uso de la electricidad en la tecnología de tratamiento electroquímico de aguas para abordar este problema.
La tecnología de tratamiento electroquímico de aguas se refiere al proceso de degradación de contaminantes en aguas residuales mediante reacciones electroquímicas específicas, procesos electroquímicos o procesos físicos dentro de un reactor electroquímico específico, bajo la influencia de electrodos o un campo eléctrico aplicado. Los sistemas y equipos electroquímicos son relativamente sencillos, ocupan poco espacio, tienen menores costos de operación y mantenimiento, previenen eficazmente la contaminación secundaria, ofrecen una alta capacidad de control de las reacciones y facilitan la automatización industrial, lo que les ha valido la etiqueta de tecnología "ecológica".
La tecnología de tratamiento electroquímico de aguas incluye diversas técnicas, como la electrocoagulación-electroflotación, la electrodiálisis, la electroadsorción, el electro-Fenton y la oxidación electrocatalítica avanzada. Estas técnicas son diversas y cada una tiene sus propias aplicaciones y dominios.
Electrocoagulación-Electroflotación
La electrocoagulación, de hecho, es electroflotación, ya que el proceso de coagulación ocurre simultáneamente con la flotación. Por lo tanto, puede denominarse colectivamente «electrocoagulación-electroflotación».
Este método se basa en la aplicación de una tensión eléctrica externa, que genera cationes solubles en el ánodo. Estos cationes tienen un efecto coagulante sobre los contaminantes coloidales. Simultáneamente, bajo la influencia de la tensión, se produce una cantidad sustancial de gas hidrógeno en el cátodo, lo que facilita que el material floculado suba a la superficie. De esta manera, la electrocoagulación logra la separación de contaminantes y la purificación del agua mediante la coagulación anódica y la flotación catódica.
Utilizando un metal como ánodo soluble (típicamente aluminio o hierro), los iones Al₃ o Fe₃ generados durante la electrólisis actúan como coagulantes electroactivos. Estos coagulantes actúan comprimiendo la doble capa coloidal, desestabilizándola y uniendo y capturando partículas coloidales mediante:
Al -3e→ Al3+ o Fe -3e→ Fe3+
Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+ o 4Fe2+ + O2 + 2H2O → 4Fe3+ + 4OH-
Por un lado, el coagulante electroactivo formado, M(OH)n, se conoce como hidroxocomplejos poliméricos solubles y actúa como floculante para coagular rápida y eficazmente las suspensiones coloidales (gotas finas de aceite e impurezas mecánicas) en aguas residuales, a la vez que las une para formar agregados más grandes, acelerando así el proceso de separación. Por otro lado, los coloides se comprimen bajo la influencia de electrolitos como sales de aluminio o hierro, lo que provoca la coagulación mediante el efecto coulombiano o la adsorción de coagulantes.
Aunque la actividad electroquímica (vida útil) de los coagulantes electroactivos es de tan solo unos minutos, afectan significativamente el potencial de doble capa, ejerciendo así un potente efecto de coagulación sobre partículas coloidales o en suspensión. Como resultado, su capacidad de adsorción y actividad son mucho mayores que las de los métodos químicos que implican la adición de reactivos de sales de aluminio, y requieren menores cantidades y costos. La electrocoagulación no se ve afectada por las condiciones ambientales, la temperatura del agua ni las impurezas biológicas, y no experimenta reacciones secundarias con sales de aluminio ni hidróxidos de agua. Por lo tanto, ofrece un amplio rango de pH para el tratamiento de aguas residuales.
Además, la liberación de pequeñas burbujas en la superficie del cátodo acelera la colisión y la separación de coloides. La electrooxidación directa en la superficie del ánodo y la electrooxidación indirecta de Cl₂ a cloro activo poseen una fuerte capacidad oxidativa sobre sustancias orgánicas solubles e inorgánicas reducibles en agua. El hidrógeno recién generado en el cátodo y el oxígeno en el ánodo poseen una fuerte capacidad redox.
Como resultado, los procesos químicos que ocurren dentro del reactor electroquímico son extremadamente complejos. En el reactor, los procesos de electrocoagulación, electroflotación y electrooxidación ocurren simultáneamente, transformando y eliminando eficazmente tanto los coloides disueltos como los contaminantes en suspensión en el agua mediante la coagulación, la flotación y la oxidación.
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Hora de publicación: 08-sep-2023
