SSIISSTTEEMMAA DDEE TTRRAATTAAMMIIEENNTTOO PPAARRAA LLAASS AAGGUUAASS RREESSIIDDUUAALLEESS MMEEDDIIAANNTTEE LLAA TTEECCNNOOLLOOGGIIAA DDEE

EELLEECCTTRROOCCOOAAGGUULLAACCIIOONN 11..00 IINNTTRROODDUUCCCCIIOONN La coagulación y la floculación son los métodos más tradicionales para el tratamiento de las aguas residuales, por esta razón se ha presentado una alternativa innovadora, la “Electrocoagulación”, donde un ánodo de sacrificio dosifica el metal electroquímico (catión) al agua. El desarrollo de esta nueva alternativa estuvo a cargo de A.E. Dietrich en el año 1906 quien utilizó este principio para otros fines. En otras palabras, la “Electrocoagulación” utiliza corriente continua para desprender el catión activo del ánodo de sacrificio, el que reacciona con los iones Hidroxilos que se forman en el cátodo, desestabilizando los contaminantes suspendidos, emulsionados o disueltos en medio acuoso. Finalmente, los materiales coloidales se aglomeran para ser eliminados por flotación o por decantación.

Este sistema ha demostrado que puede manejar una gran variedad aguas residuales, tales como: Residuos de Papeleras, Galvanoplastías, Curtiembres, Agroindustrias, Efluentes con contenido de cromo, plomo y mercurio; además de las aguas servidas domésticas, entre otras. Satisface aspectos muy importantes al momento de decidir por la técnica más acertada, transformándose finalmente en un sistema menos costoso. Estos aspectos son:

Rentabilidad, se obtienen resultados económicamente

ventajosos de inversión y operación, incentivando a las empresas a invertir en sistemas de tratamiento y no a incurrir en gastos que a mediano plazo que son menos rentables.

Remueve los contaminantes, produciendo agua que se puede reutilizar en el mismo proceso, o en otro uso.

No produce grandes cantidades de lodo. Su funcionamiento es confiable y posee tiempos de

retención bajos.

22..00 AASSPPEECCTTOOSS TTEECCNNIICCOOSS GGEENNEERRAALLEESS

La Coagulación Eléctrica pertenece a una rama de la Electroquímica, siendo ésta la encargada de estudiar las reacciones químicas que producen los efectos eléctricos y los fenómenos químicos causados por la acción de las corrientes o voltajes en medios acuosos (solución). Estos medios acuosos deben cumplir con una característica fundamental, ser Conductores Eléctricos. La coagulación se produce en la primera etapa, dando inicio al post-tratamiento, siendo además, la etapa más importante. Este sistema tiene como protagonista principal una componente llamada “Celda de Electrocoagulación”, la que está compuesta por Electrodos Atacables o Solubles inmersos en un Dieléctrico y una Fuente de Poder de corriente continua.

La coagulación se produce en esta etapa, específicamente al interior de la Celda Electrolítica con la desestabilización y coagulación simultánea de los coloides producto de la aplicación de una diferencia de potencial, a través de pares de Electrodos Atacables o Solubles (cátodo/ánodo) de Aluminio o Fierro comercial sumergidos en un Dieléctrico y conectados a una Fuente de Poder, siendo el ánodo (+) el que aporta la especie catiónica como Fe+3 o Al+3 (Agentes Coagulantes) dependiendo del caso, el que se unirá por enlaces iónicos a los coloides cargados opuestamente.

+ -

Fuente

Galvanómetro

Anodo Cátodo

Cuba Electro lítica

Electrólito

En pocas palabras, la coagulación se produce gracias a un fenómeno llamado Electrólisis, el cual genera reacciones de óxido-reducción en sus ánodos y cátodos respectivamente, producto de la energía eléctrica externa aplicada al conjunto de placas dispuestas alternadamente (+ - +) al interior de la celda de electrocoagulación.

Dentro de esta Celda de Electrocoagulación los electrodos están expuestos al “Ataque Electrolítico”, lo que trae como consecuencia, el desgaste de estos electrodos, producto de la migración de especies catiónicas al cátodo por diferencias de potencial. 33..00 FFUUNNDDAAMMEENNTTOOSS TTEEOORRIICCOOSS DDEE LLAA EELLEECCTTRROOCCOOAAGGUULLAACCIIOONN

El fundamento teórico de la ELECTROCOAGULACIÓN, consiste en una serie de reacciones redox que ocurren al interior de una Celda Electrolítica donde la coagulación y desestabilización de coloides ocurren simultáneamente; a diferencia de la alternativa química, que consiste en la formación de coágulos debido a la unión de coloides, formando masas de tamaño considerable, para luego separarlas del agua mediante la adición de más químicos como el Sulfato de Aluminio, Cloruro Férrico, Polímeros, entre otros.

Es importante mencionar que el agua residual en la celda electrolítica (solución dieléctrica) está sometida a una electrólisis, la cual se ve favorecida por la presencia de sales en disolución, que posibilitan la conducción de electricidad y que están presentes en todas las aguas servidas e industriales. Esta conducción eléctrica se cuantifica a través de la Ley de Ohm, que señala, “Cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor, crea en éste una diferencia de potencial proporcional a la corriente”. A esta constante de proporcionalidad se le llama resistencia, la cual se mide en Ohms, según la siguiente relación: Donde: I : Representa la intensidad de la corriente que circula. R : Representa la resistencia que ofrece el electrolito dentro de la celda.

Todos los fenómenos que ocurren al interior de la celda electrolítica se representan en forma general a través de la siguiente reacción redox:

Fuente de Poder de Corriente Continua

Su principal componente es un rectificador, que es capaz de transformar la corriente alterna en continua; también tiene un variador de voltaje [V] y amperaje [A] independientes entre sí. El voltaje se deja fijo, y debe ser regulado sólo el amperaje, por ser éste el que determina la migración de especies catiónicas del ánodo para que se produzca la electrólisis del agua, de esta manera se está generando OH- y acelerando las reacciones de oxidación (óxido – reducción).

V = I x R

Anodo : M0 (s) M+n (aq) + 3e-

Anodo : 2 H2O 4H+ + O2 (g) + 4e- Cátodo : 2 H2O + 2e- H2 (g) + 2 OH- M0 (s) + 3 H2O(aq) M(OH)n + 3/2 H2 (g)

44..00 AALLCCAANNCCEESS TTEECCNNIICCOOSS DDEE LLAA EELLEECCTTRROOCCOOAAGGUULLAACCIIÓÓNN

El proceso de ELECTROCOAGULACION,

comienza introduciendo una corriente eléctrica al

agua, a través de placas dispuestas en forma paralela

o tubular, generalmente hierro o aluminio. Estas

reacciones simultáneas nos llevan a un estado de

estabilidad, produciendo un sólido que menos

coloidal y emulsionado (soluble) que el compuesto

en los valores del equilibrio.

A consecuencia y en el transcurso de dicho proceso electrolítico, las especies catiónicas

producidas en el ánodo entran a la solución, reaccionando con las demás especies

formando óxidos metálicos y precipitando los respectivos hidróxidos. En la

electrocoagulación, a diferencia de la coagulación química, el catión proviene de la

disolución del ánodo metálico, ya sea, Fierro o Aluminio.

DIAGRAMA DE UNA CELDA DE ELECTROCOAGULACIÓN (Flujo continuo)

Agua Tratada

Agua Residual

Fe0 Fe+3+3e- 2H2O+2e- 2OH- + H2

Cátodo Anodo

+ -

44..11 FFeennóómmeennooss pprroodduucciiddooss dduurraannttee llaa eelleeccttrróólliissiiss

Debido a esto se produce un desprendimiento de Hidrógeno y Oxígeno gaseoso en sus respectivos electrodos. Estos gases al ascender a la superficie provocan tres fenómenos:

a) Ocurre un proceso de Autolimpieza, debido a la velocidad del flujo, lo que provoca una fuerza de arrastre considerable capaz de remover las películas de coloides depositadas en los electrodos. b) Al interior de la celda se favorece la Mezcla del RIL desestabilizado, ya que, por la presencia de los gases generados en la electrólisis, se producen corrientes ascendentes y descendentes de la solución, ocasionando una mayor probabilidad de contacto entre los coágulos formados. En algunos casos, esta agitación espontánea puede reemplazar una agitación mecánica externa.

c) Otra ventaja de este proceso, es que permite Elegir la Separación de Fases (clarificado – lodo), es decir, no sólo permite la extracción por sedimentación clásica, sino también, por flotación, debido a que los flóculos se saturan de gases provenientes del proceso de electrólisis.

55..00 AASSPPEECCTTOOSS TTEECCNNIICCOOSS DDEE OOPPEERRAACCIIÓÓNN DDEE LLAA EELLEECCTTRROOCCOOAAGGUULLAACCIIOONN

Las condiciones de operación de un sistema de electrocoagulación se encuentran directamente relacionadas con las condiciones del medio, es decir, con las características del RIL, entre las cuales encontramos variables determinantes como: Flujo, pH, carga contaminante, cantidad de sólidos suspendidos y disueltos, y especialmente de su conductividad. En general el tratamiento de las aguas residuales con esta tecnología requiere bajas aplicaciones de voltaje, dependiendo directamente del amperaje el cual es variable, de acuerdo a las características químicas del agua.

•• AAssppeeccttooss TTééccnniiccooss ddee llaa EElleeccttrrooccooaagguullaacciióónn

DETALLE CARACTERISTICAS

Consumos de Energía

Se encuentra entre [0.5 – 0.8] Kwh / m3

Desgaste de Electrodos

Reemplazo promedio de una a dos veces por año.

Condiciones de Operación Funciona en forma automática, mediante controles electrónicos que regulan la corriente y voltaje.

Producción de Lodos

La cantidad y humedad (96 a 97%) del lodo es menor que los sistemas químicos y biológicos convencionales.

66..00 AAPPLLIICCAACCIIOONNEESS DDEE LLAA EELLEECCTTRROOCCOOAAGGUULLAACCIIÓÓNN AA LLOOSS DDIIFFEERREENNTTEESS SSEECCTTOORREESS IINNDDUUSSTTRRIIAALLEESS

•• PPaappeelleerraa

•• PPeessqquueerroo

•• MMaaddeerreerroo

•• IInndduussttrriiaa AAlliimmeennttaarriiaa

•• IInndduussttrriiaa TTeexxttiill

•• SSaallmmoonneerroo

•• IInndduussttrriiaa GGaannaaddeerraa

•• IInndduussttrriiaa ddee CCuurrttiieemmbbrreess

•• IInndduussttrriiaa QQuuíímmiiccaa

•• IInndduussttrriiaa ddee GGaallvvaannooppllaassttííaa

•• IInndduussttrriiaa MMiinneerraa

• AAgguuaass sseerrvviiddaass ddoommééssttiiccaass

77..00 VVEENNTTAAJJAASS CCOOMMPPAARRAATTIIVVAASS DDEE LLAA EELLEECCTTRROOCCOOAAGGUULLAACCIIOONN CCOONN

LLOOSS SSIISSTTEEMMAASS DDEE TTRRAATTAAMMIIEENNTTOO CCOONNVVEENNCCIIOONNAALLEESS.. 77..11 EElleeccttrrooccooaagguullaacciióónn ((EECC)) vv//ss TTrraattaammiieennttoo FFiissiiccooqquuíímmiiccoo

77..11..11 CCoommppaarraacciióónn GGeenneerraall

DETALLE

ELECTROCOAGULACION FISICOQUIMICO

Superficie Representa entre [50–60]% de un Sistema Fisicoquímico

Requiere de gran superficie.

Tiempo de Residencia de la reacción

Necesita de 10 a 60 segundos en la Celda de Electrocoagulacón.

Tiempo de reacción química de 45 a 90 segundos

Obras Civiles Son unidades compactas que NO requieren Obras Civiles.

Requieren de grandes obras civiles.

Costos de Inversión Requiere de una inversión mayoren equipamiento.

Representa una inversión de 70 a 80 % de la EC (electro.)

Costos de Operación (Energía)

Entre [0.5 – 0.8] Kwh/m3. En Energía.

De 5 a 10% menor que el sistema de electrocoagulación.

Químicos Representan [10 - 20]% de un sistema fisicoquímico

Requiere de grandes cantidades de productos químicos

Lodos Su generación es menor con una Humedad entre [96-97] %

Mayor generación de lodos con una Humedad entre [98-99]%

77..11..22 CCoommppaarraacciióónn TTééccnniiccoo//EEccoonnóómmiiccaa

DETALLE ELECTROCOAGULACION FISICOQUIMICOS

Relación de Energía [0.020-0.032] US$ / m3 [0.25-0.30] US$ / m3

Relación de Químicos No usa químicos

[0.25-0.35] US$ / m3

Tiempo de Residencia de la reacción

[10-60] seg. en la Celda de EC

Reacción química de 45-90 seg.

Tiempo de Residencia de Sedimentación

15-20 min. En el estanque de Sedimentación (**)

45-60 min. En el estanque de Sedimentación (**)

Desinfección (opcional)

Uso de Ozono(*) Cloración/Decloración (otras alternativas)

(*) Puede ser Cloración o Luz Ultravioleta (**) Puede ser Flotación (DAF)

7..22 EElleeccttrrooccooaagguullaacciióónn ((EECC)) vv//ss TTrraattaammiieennttoo BBiioollóóggiiccoo

77..22..11 CCoommppaarraacciióónn GGeenneerraall

DETALLE

ELECTROCOAGULACION BIOLOGICO (*)

Superficie Representa entre [50–60]% de un Sistema Biológico.

Requiere de gran superficie.

Tiempo de Residencia de la reacción

Necesita de 10 a 60 segundos en la Celda de Electrocoagulación.

Tiempo mínimo de 24 horas. En el estanque de aereación

Obras Civiles Son unidades compactas que NO requieren Obras Civiles.

Requieren de grandes obras civiles.

Costos de Inversión Representa el 50% de la inversión del sistema biológico.

Requieren una gran inversión. en equipos y obras civiles.

Costos de Operación (Energía)

Entre [0.5 – 0.8] Kwh/m3.

De 5 a 10% menor que el sistema de electrocoagulación.

Químicos Sólo para ajustes de pH. Los puede utilizar para la etapa de desinfección (*) , (**)

Lodos Su generación es menor, con una Humedad entre [96-97] %

Mayor generación de lodos con una Humedad entre [98-99]%

(*) Se debe analizar el sistema de tratamiento biológico, para la comparación

77..22..22 CCoommppaarraacciióónn TTééccnniiccoo//EEccoonnóómmiiccaa

DETALLE ELECTROCOAGULACION BIOLOGICO

Relación de Energía [0.020 -0.032] US$ / m3 [0.30-0.35] US$ / m3

Relación de Químicos No usa químicos [0.008-0.009] US$ / m3 (*) (Desinfección)

Tiempo de Residencia de la reacción

[10-60] seg. En la Celda de EC

24 hrs.En el estanque de Aireación

Tiempo de Residencia de sedimentación

15-20 min. En el estanque de Sedimentación

3-4 hrs. En el estanque de Sedimentación

Desinfección

Uso de Ozono(**) Cloración/Decloración (opcional otros sistemas)

(*) Cloración/Decloración (**) Puede ser Cloración o Luz Ultravioleta.

88..00 AASSPPEECCTTOOSS GGEENNEERRAALLEESS DDEE LLAA EELLEECCTTRROOCCOOAAGGUULLAACCIIOONN

CCoossttooss ddee ooppeerraacciióónn ((eessttiimmaattiivvooss))

DETALLE RELACION VALOR US$/m3 Tratado

Energía [0.50 - 0.80] Kwh / m3 [0.02-0.032] US$ / m3 Gasto Electrodo de Fierro [0.01-0.03] Kg / m3 [0.005-0.0012] US$ / m3

Nota: Se usa ácido o base sólo para ajuste de pH según el caso. Valor referencial del kilo de Fierro = [US$ 0.5/ Kg Fe] Valor referencial del Kwh = [US$ 0.04 / Kwh]

EEffiicciieenncciiaa ddee rreemmoocciióónn ddee llooss ccoonnttaammiinnaanntteess pprriinncciippaalleess

PARÁMETROS EXPRESION UNIDAD % REMOCIÓN

DBO5 DBO5 mg/l 85-95 DQO DQO mg/l > 85 Aceites y grasas A y G mg/l > 95 Nitrógeno Total Kjeldhal NTK mg/l > 70 Fósforo P mg/l > 70 Sólidos Suspendidos SST mg/l > 98 Coliformes Fecales Coli/100 ml NMP/100 ml > 98 Hidrocarburos HC mg/l > 95 Molibdeno Mo mg/l 70 – 80 Arsénico As mg/l 95 – 98 Aluminio Al mg/l > 99 Bario Ba mg/l > 98 Calcio Ca mg/l 96 – 99 Cadmio Cd mg/l > 98 Cobalto Co mg/l 60 – 65 Cromo Hexavalente Cr+6 mg/l > 90 Cobre Cu mg/l > 97 Fierro Fe mg/l > 99 Magnesio Mg mg/l 98 – 99 Manganeso Mn mg/l 83 – 85 Níquel Ni mg/l > 99

IINNTTEECCHHNNOOLLOOGGYY CCHHIILLEE LLTTDDAA.. IInnnnoovvaacciioonneess TTeeccnnoollóóggiiccaass..