INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECGONOLOGIA DE CABIMAS.P.N.F PROCESOS QUÍMICOS.

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE CABIMAS.

CABIMAS, EDO ZULIA.

TRATAMIENTO ELECTROQUÍMICO DE AGUAS

RESIDUALES EN LA INDUSTRIA TEXTIL.

REALIZADO POR:

DAVID ADRIANZA C.I- 20 744 265

ACTIVIDAD ACREDITABLE I SECCIÓN V1LA02

INTRODUCCION .

El agua es un recurso natural indispensable que a lo largo del tiempo ha venido solventando las necesidades de la humanidad, utilizándola para sus diferentes actividades cotidianas actualmente con el crecimiento de la población mundial se ha vuelto un reto proveer agua limpia para toda la población, especialmente en los países

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en vía de desarrollo, a causa de que los cuerpos de agua están siendo contaminados por residuos industriales y otras actividades que realiza el hombre .El re uso del agua residual es ahora una necesidad, la cual está en busca de tecnologías efectivas y de bajo costo. Mundialmente se ha reconocido a la industria textil como en una de las más contaminantes del agua debido a la utilización de grandes cantidad colorantes, cuya producción mundial se aproxima a 106 toneladas son usados para una extensa variedad de aplicaciones industriales, siendo el teñido, una de las actividades más importantes en la industria textil y manufacturera, generándose una gran cantidad de aguas residuales (alrededor del 50% en la industria textil). Estos efluentes, pueden contener partículas suspendidas, altos valores de pH, aportar materia orgánica e inorgánica susceptible de ser oxidada y contener una alta concentración de color. El primer contaminante que se reconoce es el color, puesto que una pequeña cantidad de pigmento en el agua, es altamente visible y afecta la transparencia y la solubilidad de los gases en los cuerpos acuíferos estas características, pueden entorpecer aún más el tratamiento de dichos efluentes,  las aguas residuales evacuadas de estos procedimientos tienen contaminantes y productos químicos que producen impactos ambientales secundarios como la contaminación de aguas freáticas, suelos, vertido de lodos, toxicidad y otras patologías. Según datos del 2007 de los 200 mil millones de m3 de agua dulce destinadas para la industria 2.5 mil millones de m3 alrededor del 1.25% está destinada para la industria textil; teniendo en cuenta que la relación de producción textil en un corte medio habla del empleo de 20 toneladas de agua por cada tonelada de producto textil obtenido de las cuales el 90% son desechadas ya que no es factible su reutilización, uno de los problemas al tratar aguas procedentes de residuos textiles es que estas son muy irregulares por ser el resultado de procesos y los residuos generados dependerán de la etapa de la cual son procedentes.

DESARROLLO.

La electroquímica es una rama de la química dedicada al estudio de la interacción y correlación de los procesos químicos y eléctricos mediante las reacciones de óxido-reducción. El primer uso de la electricidad para el tratamiento de agua fue propuesto

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en El Reino Unido en1889, a partir de este momento se fueron desarrollando diferentes técnicas electroquímicas y estas han sido investigadas como tratamiento de efluentes que se han establecido principalmente como tecnologías para la recuperación de metales, tratamiento de efluentes con presencia de metales pesados y tratamiento para agua de consumo.

HISTORIA.

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.

REACCIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN.

Las reacciones de oxidación-reducción (redox) implican la transferencia de electrones entre especies químicas. Se llaman también reacciones de transferencia de electrones ya que la partícula que se intercambia es el electrón.

En una reacción de oxidación-reducción tienen lugar dos procesos simultáneos, la oxidación y la reducción.

CELDA ELECTROLÍTICA.

Son aquellas en las cuales la energía eléctrica, que procede de una fuente externa provoca reacciones químicas no espontaneas generando un proceso denominado

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electrolisis. Las celdas electrolíticas constan de un recipiente para el material de reacción, dos electrodos sumergidos dentro de dicho material y conectados a una fuente de corriente directa.

Fuente: http://www.upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f6/Electr%C3%B3lisis.png/200px-Electr%C3%B3lisis.png.

ELECTROLITO.

Es cualquier sustancia que contiene iones libres, los que se comportan como un medio conductor eléctrico. Debido a que generalmente consisten en iones en solución, los electrólitos también son conocidos como soluciones iónicas, pero también son posibles electrolitos fundidos y electrolitos sólidos.

Fuente:http://www.upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a0/Depot_electrolytique.es.png/250px-Depot_electrolytique.es.png .

CELDAS GALVÁNICAS.

Es un dispositivo en el cual se transforma energía química, en energía eléctrica. La energía química la proporciona una reacción de óxido-reducción, en la que la transferencia de electrones se produce a través de un alambre, en lugar de por contacto directo entre el agente oxidante y el agente reductor.

La Celda galvánica está formada por dos medias-celdas. En el electrodo negativo, ocurre la oxidación, y en el electrodo positivo la reducción. Las dos medias-celdas, pueden ser construidas empleando vasos de precipitado, y en las soluciones en ellos contenidos, se introducen los extremos de un "puente salino" que es un tubo que contiene una solución concentrada de un electrolito.

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ELECTROLISIS.

Es un proceso donde se separan los elementos del compuesto que forman, usando para ello la electricidad.

Fuente: http://www.monografias.com/trabajos73/electroquimica-conductos/image003.gif.

ELECTRODOS.

Un electrodo es un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica), un gas (en una lámpara de neón).

Fuente: http://www.index.com/content&view_category&id_233&Itemid.

TRATAMIENTO ELECTROQUÍMICO PARA AGUAS RESIDUALES .

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. La búsqueda de nuevos tratamientos para combatir la contaminación ambiental, ha llevado a los científicos a considerar la utilización de los métodos electroquímicos para transformar y remover los contaminantes de efluentes.

Los métodos electroquímicos de tratamiento de aguas residuales como la electroflotación, electrodecantación y la electrocoagulación, involucran el uso de una celda electrolítica y un par de electrodos metálicos a través de los cuales se hace circular una corriente eléctrica. Sistemas electroquímicos pequeños son viables y en vez de usar reactivos químicos y microorganismos, el sistema emplea electrones para

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realizar el tratamiento. Estos métodos utilizan una instrumentación robusta y compacta, fácil de conseguir que ofrezcan la posibilidad de una fácil distribución y potencialmente pueden reemplazar procesos sofisticados, ya que requieren contenedores de poca capacidad. Entre las ventajas de los métodos electroquímicos se encuentran los beneficios ambientales, de compatibilidad, versatilidad, eficiencia de energía, seguridad, selectividad, facilidad de automatización del proceso y bajos costos. Los métodos electroquímicos han sido estudiados pero pocos autores se han enfocado en las variables que son cruciales para el mejoramiento del desempeño de estas aplicaciones.

De todas las técnicas electroquímicas conocidas se tiene mayor interés en emplear la electrocoagulación como método de tratamiento de aguas residuales que contengan metales pesados, residuos de grasa, tintes textiles, partículas suspendidas, suspensiones acuosas de partículas ultrafinas, nitratos, fenoles, arsénico y contaminantes orgánicos, y se emplea para potabilizar agua.

DISTINTOS PROCESOS ELECTROQUÍMICOS EMPLEADOS EN EL TRATAMIENTO DE AGUA.

ELECTRODEPOSICIÓN: La recuperación electroquímica de metales presentes en el agua proveniente de procesos industriales, se lleva aplicando desde hace mucho tiempo, el primer caso registrado data del siglo XVII. Esta recuperación es de gran importancia tanto desde el punto de vista medioambiental como económico. El mecanismo de recuperación de metales es muy simple, básicamente una deposición en el cátodo (reducción) del tipo 

Mn+ + n e—> M 

Los mayores progresos en estos procesos se han realizado en la técnica de recuperación del metal depositado, así como mejoras en la eficiencia de la corriente, es decir metal depositado por unidad de corriente. Como cátodo se puede utilizar un cátodo del mismo metal a recuperar o grafito aplicada.

ELECTROCOAGULACIÓN:  El proceso de electrocoagulación implica la generación del coagulante in situ disolviendo electrolíticamente ánodos de  aluminio o hierro para formar los respectivos cationes Al+3, Fe+2.

 Al- 3e-  –> Al3+

Fe- 2e-  –> Fe2+

Los ánodos empleados se llaman ánodos de castigo ya que se consumen en el proceso. En el cátodo se produce hidrógeno a partir de los protones, éste se libera como pequeñas burbujas que suben a la superficie. Este hidrogeno generado puede ayudar a que las partículas floculadas floten en la superficie recogiéndose de ésta con un rascador.

Las principales ventajas de la electrocoagulación respecto a la coagulación clásica es la mayor eficiencia de los cationes nacientes de aluminio y hiero generados frente a los provenientes de productos químicos tradicionales como sulfato de aluminio o hierro, equipos más compactos, menor costo, posible automatización y menor generación de sales y residuos.

ELECTROFLOTACIÓN : 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

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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.

ELECTROOXIDACIÓN: Los procesos de EO son los más interesantes y sus estudios se remontan a finales del siglo XIX, cuando se estudió la descomposición química de cianuro. La idea básica de estos procesos es la oxidación total (mineralización) o parcial (conversión de la materia orgánica a compuestos más sencillo más fácilmente degradables y menos contaminantes) de la materia orgánica utilizando la corriente eléctrica. Estos procesos están íntimamente relacionados con procesos anódicos. La oxidación se divide en dos, directas  en este caso el contaminante es oxidado directamente en la superficie del ánodo mediante la generación  de oxigeno activo fisisorbido en la superficie del ánodo (radicales hidroxilo OH· adsorbidos en la superficie del ánodo) o oxigeno activo quimisorbido en la superficie del ánodo (oxígeno en la red del óxido de metal del ánodo MOx+1 ) El primero de estos procesos, oxígeno activo fisisorbido produce la combustión completa de los compuestos orgánicos, mientras que el oxígeno activo quimisorbido produce una oxidación parcial de los compuestos orgánicos.

Indirectos La oxidación no ocurre en la superficie del ánodo, en estos caso en el ánodo se generan especies oxidantes como peróxido de hidrógeno, ozono o cloro, proveniente de la oxidación de los cloruros presentes en el agua, que son liberados al agua y son éstos los que realmente oxidan a la materia orgánica presente en el agua.

En el caso de reacciones directas el principal inconveniente viene dado por la reacción de  oxidación de agua para generar oxígeno ya que esta reacción tiene lugar sobre el ánodo, teniendo en cuenta que el agua es el disolvente y está en mayor concentración que el contaminante esta reacción se vería favorecida  lo que ralentizaría o evitaría la reacción deseada de oxidación de materia orgánica, disminuyendo la eficiencia de la corriente empleada. Esto se puede evitar parcialmente usando ánodos con materiales con un alto sobre potencial de oxígeno, es decir materiales  que necesitan un mayor potencial eléctrico para sobrepasar la energía de activación  para la producción de oxigeno molecular. Los materiales más estudiados han sido Pt (1,3 V potencial de formación de oxigeno), PbO2 (1,9 V), SnO2 (1,9 V), IrO2 (1,6 V) y últimamente electrodos de capas de diamante dopado con boro (BDD) sobre distintos materiales conductores como silicio, niobio o titanio donde dependiendo del espesor de la capa de BDD y la cantidad de boro usado como dopante se alcanzan valores de hasta 2,8 V.

ELECTRODESINFECCIÓN: En este tipo de reacción es similar a la oxidación indirecta, en el ánodo se genera cloro gas por la oxidación de los iones cloruros, que disuelto en el agua genera hipoclorito/hipocloroso,  el verdadero desinfectante. La mayor parte de las aguas contienen suficiente cantidad de iones cloruro para lograr la desinfección.

LUEGO DE HABER ESTUDIADO LOS DISTINTOS PROCESOS ELECTROQUÍMICOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES HE CONCLUIDO QUE EL MÁS EFECTIVO Y CONVENIENTE PARA EL TRATADO DE

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AGUAS RESIDUALES PROCEDENTES DE LA INDUSTRIA TEXTIL ES EL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN DEBIDO A SU COSTO DE OPERACIÓN Y RESULTADOS POSITIVOS.

OBJETIVO   GENERAL.

Evaluar el método de electrocoagulación como una alternativa en el tratamiento de aguas residuales así mismo determinar los parámetros óptimos con los debe trabajar un proceso electroquímico, a fin de dar un tratamiento a las aguas residuales de las industrias textiles.

INTRODUCCIÓN.

Los textiles son productos de consumo masivo que se venden en grandes cantidades. La industria textil genera gran cantidad de empleos directos e indirectos y tiene un peso importante en la economía mundial. Esta actividad industrial necesita de un tratamiento de las aguas antes de incorporarlas al sistema de alcantarillado. A demás del elevado consumo de agua, energía y productos químicos auxiliares, se genera una gran cantidad de agua residual; estos efluentes poseen elevadas concentraciones de colorantes, contaminantes inorgánicos, compuestos químicos sintéticos, materia en suspensión, orgánicos refractarios, tenso activos y componentes clorados. Por lo tanto, se constituye en uno de los efluentes de más difícil tratamiento.

INDUSTRIA TEXTIL.

Mundialmente se ha reconocido a la industria textil como en una de las más contaminantes del agua debido a la utilización de grandes cantidad colorantes, cuya producción mundial se aproxima a 106 toneladas son usados para una extensa variedad de aplicaciones industriales, siendo el teñido, una de las actividades más importantes en la industria textil y manufacturera, generándose una gran cantidad de aguas residuales (alrededor del 50% en la industria textil). Estos efluentes, pueden contener partículas suspendidas, altos valores de pH, aportar materia orgánica e inorgánica susceptible de ser oxidada y contener una alta concentración de color. El primer contaminante que se reconoce es el color, puesto que una pequeña cantidad de pigmento en el agua, es altamente visible y afecta la transparencia y la solubilidad de los gases en los cuerpos acuíferos estas características, pueden entorpecer aún más el tratamiento de dichos efluentes,  las aguas residuales evacuadas de estos procedimientos tienen contaminantes y productos químicos que producen impactos ambientales secundarios como la contaminación de aguas freáticas, suelos, vertido de lodos, toxicidad y otras patologías.

Organizaciones ecologista como GREENPEACE han denunciado en reiteradas veces el uso de sustancias químicas toxicas en la industria textil la cual ocasionan graves consecuencias a los seres vivos y medio ambiente. Desde 2011 Greenpeace propone a las multinacionales del sector el "DESAFÍO DETOX": el compromiso de no utilizar productos químicos tóxicos en sus prendas, lo que han aceptado hasta ahora ocho empresas, la última de ellas la española Zara, que la semana pasada se comprometió a eliminarlas de sus productos para 2020. Las otras firmas comprometidas en no utilizar químicos tóxicos en ningún paso de su cadena de suministro, para la misma fecha, son Nike, Adidas, Puma, Li Ning, H&M, C&A y Marks & Spencer.

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CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL.

“De los 200 mil millones m3 de agua dulce disponible para la industria mundial. 2.5 mil millones de m3 es decir el 1.25% corresponde a industrias textiles, la cual estará altamente contaminada después de los procesos” (Adrianza Aristizabal, Catalina Bermúdez, 2007).

Para la fabricación de una tonelada de producto textil se consume alrededor de 200 toneladas de agua y del total de productos químicos utilizados cerca del 90% es vertido como desecho después de cumplir su misión. Las aguas residuales textiles son irregulares y variables en su composición ya que depende de la unidad de proceso y la operación que se efectué.

Las industrias textiles son contaminantes en términos de volumen y complejidad de sus efluentes ya que cada una de las actividades que realizan genera agua residual de características muy variables.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS CONTAMINANTES DE LAS INDUSTRIAS TEXTILES.

ELECTROCOAGULACIÓN.

La electrocoagulación es un método electroquímico de tratamiento de aguas contaminadas donde un electrodo de sacrificio se correo para que se lleve a cabo la coagulación. La electrocoagulación es un proceso complicado que envuelve varios mecanismos químicos y fenómenos físicos, que emplea electrodos consumibles para suplir iones en el agua residual (Adriana Aristazábal Castrillón, 2007).

Un proceso de electrocoagulación involucra tres etapas sucesivas:

Formación de los coagulantes por oxidación electrolítica del electrodo de sacrificio.

Desestabilización de los contaminantes, partículas suspendidas y rompimiento de emulsión.

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Agregación de las fases desestabilizadas para formar flocs.

El mecanismo de desestabilización de los contaminantes, partículas suspendidas y del rompimiento de emulsión se describe a continuación:

Comprensión de la doble capa difusiva alrededor de las especies cargadas por la iteración de los iones generados por la oxidación del ánodo de sacrificio.

Neutralización de las cargas de las especies iónicas presentes en el agua residual ocasionada por los iones coagulantes producidos por disolución electroquímica del ánodo de sacrificio. Estos iones coagulantes reducen la repulsión electrostática entre partículas lo que causa la coagulación y de este proceso resulta una carga neta igual a cero.

Los flocs que se forman como resultado de la coagulación crean una capa de lodo que atrapa y conduce las partículas coloidales que permanecen el medio acuoso.

Las siguientes reacciones fisicoquímicas tienen lugar en una celda de electrocoagulación:

Reducción catódica de las impurezas presentes en el agua residual. Descarga y coagulación de las partículas coloidales. Migración electroforética de iones en la solución. Electroflotación de las partículas coagulas ocasionada por las burbujas de

hidrogeno y oxigeno producidas por los electrodos. Reducción de los iones metálicos en el cátodo. Otros procesos químicos y electroquímicos.

Fuente: http://www.scielo.org.co/img/revistas/cein/v20n1/v20n1a03f1.jpg.

TIPOS DE REACTORES PARA ELECTROCOAGULACIÓN.

Los reactores empleados para el proceso de electrocoagulación se pueden clasificar como se muestra en la Figura 1.

Figura 1.- Reactores empleados para el proceso de electrocoagulación.

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Fuente: HOLT, Peter K.; BARTON, Geoffrey W. and MITCHELL, Cynthia A. The future for electrocoagulation as a localized water treatment technology. En: Chemosphere. Vol. 59, No. 3 (Abr. 2005); p. 358.

La mayor cantidad de aplicaciones de la electrocoagulación son en continuo y trabajan en condiciones de estado estable o pseudo estable. La aplicación de la electrocoagulación en batch opera típicamente con un volumen constante de agua por ciclo de tratamiento y tiene una desventaja frente a los reactores en continuo desde el punto de vista de operación y diseño, ya que las condiciones dentro del tanque cambian con el tiempo, es decir, tiene un comportamiento dinámico. Una diferencia importante entre los reactores se debe a si en el reactor se lleva a cabo o no el proceso de flotación.

DISEÑO DE UNA CELDA DE ELECTROCOAGULACIÓN.

Es importante diseñar una celda de electrocoagulación para alcanzar la máxima eficiencia posible, por lo tanto se deben considerar los siguientes factores:

Se debe minimizar el sobre potencial entre electrodos causado por la resistencia de la solución y la acumulación de burbujas en la superficie de los electrodos.

Se debe maximizar la transferencia de masa entre electrodos. [66]

El transporte de masa se puede incrementar aumentando la turbulencia de la solución en el reactor. Las burbujas gaseosas de oxígeno e hidrógeno que se forman alrededor de los electrodos son de forma esférica y a medida que se acumulan en la superficie de los electrodos se incrementa la resistencia eléctrica de la celda y como resultado de esto se requiere mayor cantidad de energía para lograr la eficiencia de remoción óptima; para minimizar esta acumulación de las burbujas se puede emplear vibraciones.

Para el diseño de un reactor de electrocoagulación se debe tener en cuenta que la celda de electrocoagulación de dos electrodos que se observa en la Figura 2., no es conveniente para tratamiento de aguas residuales porque para obtener una rata de operación de disolución del metal óptima se requiere el uso de electrodos con la mayor área superficial posible. El mejoramiento del desempeño se logra usando electrodos

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monopolares conectados tanto en paralelo como en serie. El arreglo en paralelo esencialmente consiste de un par de placas de metal ubicadas en medio de dos electrodos paralelos y una fuente de energía de corriente directa.

En un arreglo monopolar cada par de electrodos de sacrificio están internamente conectados entre sí, y no tiene interconexión con los electrodos externos. Este arreglo de electrodos monopolares con celdas en serie es eléctricamente similar a una celda con múltiples electrodos e interconexiones. El montaje experimental requiere además de una caja de resistencias para regular el flujo de corriente y un multímetro para leer los valores de corriente. Las placas de metal se conocen comúnmente como electrodos de sacrificio (el electrodo de sacrificio y el cátodo pueden ser de materiales diferentes o iguales). [66]

Se debe tener en cuenta que una diferencia de potencial mayor se requiere para un mismo flujo de corriente cuando se realiza el arreglo en serie, porque las celdas conectadas en serie tienen una mayor resistencia mientras que en un arreglo en paralelo la corriente eléctrica se divide entre los electrodos de manera proporcional a la resistencia de la celda individual. [66]

Para mejorar el desempeño de la electrocoagulación se recomienda intercambiar la polaridad de los electrodos de manera intermitente.

Diagrama esquemático de una celda de electrocoagulación de dos electrodos.

Figura 2.

Fuente: MOLLAH., Mohammad et al. Fundamentals, present and future perspectives of electrocoagulation. En: Journal of Hazardous Materials. Vol. 114, No.1-3 (Oct. 2004); p. 202.

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VENTAJAS   DE   LA   ELECTROCOAGULACIÓN.

La electrocoagulación es una técnica eficiente cuya relación costo efectividad es buena. Además como no se requiere de productos químicos en este proceso entonces no se produce contaminación secundaria. Con esta técnica se pueden remover partículas coloidales pequeñas de manera eficiente en comparación con las técnicas químicas convencionales, ya que las pequeñas partículas cargadas tienen mayor probabilidad de ser coaguladas por el campo eléctrico que las mantienen en movimiento.

Existen un gran número de métodos para aguas residuales entre los cuales están los tratamientos biológicos y los físico-químicos. La electrocoagulación es un método que tiene gran potencial para eliminar las desventajas de los tratamientos tradicionales. Las principales ventajas de la electrocoagulación son:

La electrocoagulación en aguas residuales requiere una menor superficie, entre un 50 a 60% menor que en los sistemas biológicos.

El tiempo de residencia para que se lleve a cabo el proceso es mucho menor en la electrocoagulación en comparación con el sistema biológico.

La electrocoagulación cuenta con unidad es compactas, fáciles de operar, con una producción de lodo y consumo energético menor que en los sistemas biológicos y químicos.

Las celdas de electrocoagulación no requieren de obras civiles importantes para su instalación, en comparación con los sistemas biológicos y químicos que sí lo hacen.

En las celdas electroquímicas no se utilizan productos químicos, por lo tanto no se presenta una contaminación secundaria por el uso de otras sustancias químicas como se presenta en la precipitación química.

El agua residual después de ser tratada con electrocoagulación queda con menos color, menos olor y libre del contaminante.

El lodo formado en la electrocoagulación es fácil de despojarlo del agua. Los flóculos formados por electrocoagulación pueden ser filtrados fácilmente. Las burbujas producidas durante la electrocoagulación pueden facilitar la

remoción del contaminante, ya que, estas llevan el contaminante a la superficie.

La electrocoagulación puede ser usada en áreas rurales donde no haya acceso a electricidad con la ayuda de un panel solar.

DESVENTAJAS DE LA ELECTROCOAGULACIÓN.

Los electrodos necesitan ser reemplazados con regularidad debido a su oxidación.

El uso de la electricidad es costoso en algunos lugares. La formación de una placa de óxido en el cátodo puede disminuir la eficiencia.

de la electrocoagulación. Se requiere una conductividad alta.

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DISEÑO DE EXPERIMENTOS (ADRIANA ARISTIZÁBAL CASTRILLÓN Y MARÍA CATALINA BERMÚDEZ AGUDELO, 2007) .

Para determinar la factibilidad de la implementación de un tratamiento para aguas provenientes de lavanderías industriales por electrocoagulación con el fin de obtener agua de re uso para así disminuir costos de producción, y teniendo en cuenta la información encontrada en la búsqueda bibliográfica, se llevó a cabo un diseño de experimentos con el cual se determinó la forma adecuada de correr las pruebas experimentales de manera tal que la información obtenida permitió obtener conclusiones estadísticamente válidas sobre el proceso.

Como es necesario estudiar varios factores del proceso de electrocoagulación, se seleccionó el diseño experimental factorial fraccionado 2K-P, ya que éste diseño permite investigar el efecto individual principal y de interacción de los diferentes factores sobre las variables respuestas. Los diseños factoriales fraccionados sacrifican información poco importante (interacciones de alto orden), en aras de un número de tratamientos manejable y de obtener información de los efectos relevantes, en este caso se considera verdad el principio de jerarquía de los efectos (son más importantes los efectos principales, seguidos por interacciones dobles, luego las triples, cuádruples, etc.); además cuando se elige correr una fracción se busca poder estimar los efectos relevantes. Las variables respuestas que se consideraron son turbiedad, conductividad y pH, y los factores controlables: voltaje, distancia entre placas, material del ánodo, número de placas y tiempo de retención, estos factores fueron elegidos de acuerdo a la posible influencia que tienen sobre las variables respuesta. Se realizó una réplica de los experimentos y se trabajó cada uno de los factores en dos niveles.

DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO DE EXPERIMENTOS

Para el análisis de los datos experimentales se empleó el software especializado Statgraphics donde se desarrolló un diseño factorial fraccionado 25-1 que estudia el efecto de 5 factores en 32 experimentos realizados en dos réplicas y cada factor en dos niveles, para evaluar la influencia de los factores sobre las variables respuesta. Los experimentos se llevaron a cabo de manera aleatoria para minimizar el efecto de las variables no controladas. Los factores controlables y las variables respuestas se seleccionaron según la supuesta influencia sobre el proceso de electrocoagulación reportado en la bibliografía.

La información básica acerca de los factores controlables y las variables respuestas en el diseño de experimentos se presenta en las Tablas 1 y 2. Respectivamente.

Tabla 1.- Información de los factores controlables del diseño de experimentos.

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Tabla 2.- Información básica de las variables respuestas estudiadas.

MATERIALES Y MÉTODOS.

Se empleó una muestra de agua textil de varios procesos de lavado y teñido que se llevan a cabo en una lavandería industrial de la ciudad de Medellín. La Tabla 3. Resume las características de los efluentes industriales empleados en la experimentación y según estos valores se seleccionaron los niveles de los factores para el diseño de experimentos.

Tabla 3.- Caracterización del ARI empleada en los experimentos.

Los experimentos se llevaron a cabo a escala de laboratorio en celdas rectangulares de acrílico de dimensiones 30 cm. de profundidad, 10 cm. de ancho y 10 cm. de largo. Se emplearon electrodos de placas planas de calibre 20, de 10cm. de ancho por 20 cm. de largo con un área de ánodo activa total de 81.25 x 10cm2 para 6 placas y de 15.45 x 10 cm2 para 2 placas. Se emplearon ánodos de hierro o aluminio y cátodos de acero inoxidable. En cada experimento se trató una muestra de 2L de agua residual y se empleó una fuente regulada de voltaje (Inelpro, 110V monofásica), para aplicar un sobre potencial de 10V ó 20V según el caso. Las muestras se filtraron con papel filtro antes de ser analizadas, para retirar lodos y sólidos gruesos como lanas y piedra pómez, para asegurar una muestra homogénea y que la medición de turbiedad fuera confiable, simulando así la forma 84 en que se llevan a cabo los procesos a escalas mayores. Las variables respuestas se midieron de acuerdo a los procedimientos del Standard Methods of Water and Wastewater. El montaje experimental se observa en las Figuras 3 y 4, y en la Foto 1.

Figura 3.- Diagrama esquemático del montaje experimental.

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Figura 4.- Modelo de reactor de electrocoagulación utilizado con electrodos bipolares en serie.

Foto 1.

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Fuente: tomada por María Catalina Bermúdez. Medellín. 2006.

LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS SE OBSERVAN EN LAS TABLAS 4 Y 5.

Tabla 4.- Resultados experimentales de la primera réplica.

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Tabla 5.- Resultados experimentales de la segunda réplica.

ANÁLISIS DEL DISEÑO DE EXPERIMENTOS.

El análisis de experimentos que se presenta a continuación muestra el anova para cada variable respuesta, donde se observa el diagrama de paretto y con base en este la incidencia de los factores, asimismo se plantean cuáles son los efectos principales con la influencia individual que este realiza sobre la variable respuesta y se procede a graficar tales efectos uniendo los puntos correspondientes de la media de la variable respuesta en el nivel alto de cada factor y la media de la variable respuesta en el nivel bajo. También se presentan los efectos de interacción que permiten hacer una interpretación de la dependencia de dos factores, es decir de como interactúa un factor cuando el efecto de uno depende del nivel en el que se ubica el otro. Tanto los efectos principales como las interacciones muestran la influencia del efecto sobre las variables más no la tendencia de ésta sobre el fenómeno. Es importante aclarar que los modelos que aquí se presentan son estadísticos y hacen referencia a la región experimental con la que se trabaja, por tanto no es aconsejable extrapolarlos ni considerarlos un modelo que explique la fenomenología del proceso.

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CONCLUSIONES .

Se puede concluir que la electrocoagulación aunque no es un método altamente estudiado, tiene un gran potencial para eliminar las desventajas de los tratamientos clásicos para aguas residuales Y además es muy eficiente. La electrocoagulación presenta unos costos de operación por muchos factores analizados menores que en los sistemas biológicos y químicos utilizados para el tratamiento de aguas residuales, que la mayoría de las industrias si no es por decir todas no tienen un proceso de tratamiento de sus aguas residuales, Y esto causa muchas enfermedades a la población en general, Ya sea porque estas aguas son ingeridas directamente o son utilizadas para cultivar todo tipo de alimento que luego es ingerido por la población, por lo que el uso de la electrocoagulación sería una muy buena alternativa para estas industrias, y así tener un mejor sistema de vida toda la sociedad.

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