Ingenieria de las reacciónes electroquímicas

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Universidad Nacional de San Juan

FACULTAD DE INGENIERÍA

Dpto.  Ingeniería Química

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INGENIERIA DE LA REACCIONES ELECTROQUIMICAS

“Aplicación de procesos electroquímicos para el tratamiento de efluentes líquidos a través de procesos acoplados de Electrofloculación y generación de Reactivo Fenton”

Alumnos:             

María Belén Contrera

Roger Alé

Jaqueline Merlos Patiño

Especialidad: Ingeniería Química

JTP: Ing. Cesar Navarro

1.- INTRODUCCIÓN

La aplicación de la electroquímica en la industria es algo que está presente desde hace varios años atrás, su utilización tiene miles de variantes por lo que en el presente trabajo se explicará la utilización de la electroquímica en los procesos de tratamiento de aguas residuales.

La Electroquímica ha demostrado ser una alternativa prometedora para prevenir y resolver los problemas de contaminación. Su principal ventaja es su compatibilidad ambiental debido al hecho de que el reactivo utilizado, el electrón, es considerado un reactivo limpio. La eliminación de especies orgánicas contaminantes responsables de la DQO soluble de efluentes, de bajo costo comparada con los tratamientos tradicionales y de fácil manejo: esto debido a que no será necesario agregar sustancias coagulantes, floculantes o dosis de peróxido de hidrógeno, sino que todas estas sustancias serán sintetizadas en una misma celda electroquímica.

La combinación de la electrofloculación con el sistema Fe(II) / H2O2, generado electroquímicamente (Electro-Fenton), presenta un efecto sinérgico permitiendo obtener en una sola etapa de tratamiento un efluente con una DQO más baja que la obtenida por métodos convencionales de tratamiento debido al alto poder oxidante del sistema Fe(II) / H2O2 sobre compuestos orgánicos solubles.

Es por eso que la utilización de la electroquímica en el proceso de tratamiento de aguas residuales es de bastante utilidad en el escenario actual de los recursos hídricos, ya que actualmente se están reportando cifras alarmantes acerca de este recurso y como cada vez se está agotando de manera rápida.

Por lo que procesos de naturaleza heterogénea han sido aplicados para el tratamiento de efluentes acuosos. La remoción de iones de metales tóxicos (por reducción a su estado elemental) es un importante ejemplo de las aplicaciones electroquímicas esto en relación con aguas residuales y su tratamiento.

2.- OBJETIVO

Mostrar la aplicación industrial de la electroquímica en el proceso de reducción de la DQO de un efluente mediante la eliminación de compuestos orgánicos solubles utilizando los procesos de electrofloculación y el sistema H2O2 / Fe(II) generado vía electroquímica y generar electroquímicamente el H2O2 y el Reactivo de Fenton.

3.- FUNDAMENTO DEL MÉTODO: ELECTROFLOCULACIÓN

La electrofloculación es una técnica que se produce por el exceso de electrones, generado por la diferencia de potencial eléctrico aplicado entre electrodos.

Produce la ionización del ánodo que opera como fluente de iones para llevar a cabo la floculación de los contaminantes, lo que provoca el rompimiento de la emulsión y con ello la separación del sistema en fases.

Durante este proceso de electrofloculación se forman hidróxidos insolubles de hierro o aluminio; los hidróxidos de estos dos metales son geles de gran área superficial, que formando una especie de matriz, atrapan a las especies contaminantes (ya desestabilizadas), separándolas de la fase acuosa. Durante este proceso, las partículas contaminantes son atrapadas por adsorción u oclusión, además las especies solubles como iones metálicos también se separan mediante la adsorción o por la formación de complejos.

Durante la disolución anódica del hierro, la generación de especies Fe+2 promueve la desestabilización de las cargas superficiales de los contaminantes mediante procesos de neutralización. Simultáneamente, en las proximidades del cátodo se producen variaciones en el pH como consecuencia de la reducción del medio que provoca la formación de iones OH-, lo que puede conducir a la precipitación de iones metálicos como hidróxidos que arrastran a las partículas suspendidas.

El Fe+2 proveniente de la disolución del ánodo y que no ha sido empleado para desestabilizar a los coloides, es oxidado a Fe+3. Este último ion reaccionará con los iones OH- generados en el cátodo para favorecer la predominancia de especies insolubles de hidróxidos de hierro. No solo puede reaccionar el Fe+3 con los OH- para formar Fe(OH)3, sino que también se pueden formar Fe(OH)4-,Fe(OH)2+2, Fe(OH)2+4 y Fe(OH)2+5, como también especies negativamente cargadas como Fe(OH)4-. En general, las reacciones de hidrólisis del Fe+3 en solución acuosa pueden ser escritas como

xFe+3   +  yH2O  ===> Fex(OH) (3x-y)+   +  yH+

El proceso de formación de flóculos consiste en dos etapas principales. Estas son la neutralización de cargas superficiales (coagulación) que contribuyen a la estabilidad de las partículas suspendidas y a la agregación de ellas en unas de mayor tamaño. La agregación es promovida en un estado donde las colisiones entre partículas permiten la formación de otras de mayor tamaño, llamadas flóculos, facilitando su posterior separación.

4.- DESCRIPCIÓN DEL SENSOR

• Electrodo de disco-anillo rotatorio (EDAR)

El electrodo de disco anillo rotatorio es una poderosa técnica para investigar la velocidad de los procesos de electrodo y de las reacciones en solución. Un sistema más complicado, pero más versátil es el electrodo de disco-anillo rotatorio, una de las herramientas electroquímicas que ha sido extensivamente empleada para investigar la cinética de complejos procesos electrónicos, como la reducción de oxígeno. Permite analizar y separar de forma independiente cada reacción electroquímica intermediaria. Este sensor consiste de 3 elementos: un disco central (de radio r1), un anillo (de radio r3) y una delgada corona de aislante (de radio r2) que separa a ambos electrodos (figura 4.1).

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