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PRACTICA 2. TRATAMIENTO DE EFLUENTES MEDIANTEELECTRODISOLUCIÓN Y FLOCULACIÓN

1. Objetivos

  Determinar la capacidad de reducción de color y turbidez del proceso deelectrodisolución y foculación aplicado al tratamiento de un aguasintética.

  Evaluar el eecto de la carga eléctrica especíca (culombios/litro y el p!de la foculación en la reducción de color y turbidez.

  Desarrollar "abilidades en la operación de un proceso semi#autom$tico. 

%ncursionar en el conocimiento de técnicas de tratamiento noconvencionales.

2. Teorí

2.1 E!e"tro#iso!$"i%&

&a electrodisolución puede considerarse como un proceso de corrosiónacelerada 'ue se logra al imponer un potencial anódico superior al potencial dee'uilibrio del metal. Durante este proceso se generan in situ  los cationesmet$licos por medio de la disolución de $nodos de sacricio usualmente de"ierro o de aluminio ()igura . * dierencia de la electrocoagulación laelectrodisolución se lleva a cabo manteniendo el p! $cido no sólo parame+orar la velocidad de disolución del metal sino para evitar la pasivación delos electrodos.

El mecanismo de reacción de la disolución de "ierro en medios $cidos yalcalinos "a sido estudiado ampliamente debido a la necesidad de prevenciónde la corrosión en los aceros industriales. En medios $cidos se "an planteadodos mecanismos de disolución del "ierro. El primero considera una ruta nocatalítica (,u-ovic 01

)e 2 !34 ↔  ()e4!ads 2 !+ 2 e 55 

El paso determinante implica la disolución de un comple+o activo adsorbidosobre la supercie del metal1

()e4!ads →  )e4!2 2 e 55 

&os iones )e4!2 producidos $cilmente se convierten en iones errosos1

)e4!2 2 !+ ↔  )e32 2 !34

En el mecanismo catalítico se consideran las reacciones1

)e 2 !34 ↔  ()e4!ads 2 !+ 2 e 55 

)e 2 ()e4!ads →  )e()e4!ads

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*'uí también se considera 'ue el paso determinante involucra la disolución deun comple+o activo adsorbido sobre la supercie del metal1

)e()e4!ads 2 4! 55   →  )e4!2 2 ()e4!ads 2 e 55 

Fi'$r 1.. 6elda de electrodisolución

)inalmente se presenta nuevamente la disolución de los iones )e4!2 

producidos1)e4!2 2 !+ ↔  )e32 2 !34

En medio alcalino se "a propuesto el siguiente mecanismo (*teya et al. 37731

)e 2 4! 55   ↔  ()e4!ads 2 e 55 

6on la disolución de un comple+o como paso determinante1

()e4!ads 2 !34 →  ()e4!3ads 2 !+ 2 e 55 

)inalmente se considera la generación de un "idró8ido1

()e4!ads ↔ )e(4!3 

9e "a encontrado 'ue en medios $cidos la cantidad de "ierro disuelto puededisminuir al incrementar la densidad de corriente contrario a lo dictado por laley de )araday (9asson et al. 377. &o anterior se atribuye a 'ue la evoluciónde o8ígeno puede promover la pasivación del $nodo.

2.2 Co'$!"i%& ( )o"$!"i%&

Química de los coloides. &os coloides son pe'ue:as partículas en suspensión(tama:o entre 7#0 y 7#; mm 'ue est$n presentes en gran variedad de aguas

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y efuentes industriales. &os coloides poseen un e8ceso de carga supercialad'uirida mediante procesos de disociación de grupos uncionales para el casode los coloides org$nicos o por la adsorción preerencial de iones presentes enel medio para el caso de los coloides inorg$nicos. &os grupos uncionalespolares generalmente coneren anidad por las moléculas de agua

ad"iriéndolas a la supercie del coloide (coloides "idroílicos usualmente loscoloides org$nicos presentan características "idroílicas (9incero < 9incero377;. Dependiendo del p! los coloides pueden ad'uirir cargas supercialespositivas o negativas ()igura 3.

Fi'$r 2. 6argas primarias de un coloide "idroílico como unción de p!.(=omado de 9incero and 9incero 377;

Desestbi!i*"i%& #e "o!oi#es. &a desestabilización usualmente puedelograrse neutralizando la carga neta de la partícula coloidal por medio delincremento de la concentración de contraiones en la capa diusaneutralización de cargas> de esta orma disminuyen las uerzas de repulsión. *ldisminuir el potencial zeta a valores cercanos a ? 7 m, se comprime la doblecapa y se posibilita la coagulación de éstos debido a 'ue comienzan a dominarlas uerzas atractivas.

@ara llevar a cabo la coagulación por neutralización usualmente se empleanespecies "idrolizables como *l;2  y )e;2  'ue a p! $cidos generan iones

met$licos comple+os y solubles e.g. AB(!340C;2 AB(!34(4!C32AB(!34(4!3C2  e incluso iones comple+os polinucleares. Estas especiestambién generan aglomerados insolubles a p! neutros o alcalinos debido a laormación de especies polinucleares neutras. De este modo estos aglomeradospueden depositarse sobre la supercie de los coloides ocasionando también sudesestabilización precipitación superfcial.

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*simismo es posible emplear polímeros con alta densidad de carga 'uepuedan ad"erirse por electrost$tica a coloides de carga opuesta lograndoigualmente su aglomeración coagulación por puente químico.

9i la concentración de "idró8idos met$licos es suciente generar$ una masaenvolvente de comple+os insolubles 'ue atrapar$ los coloides y precipitar$con+untamente con ellos oculación por barrido o inmersión en el precipitadoincluso atrapando coloides con altas magnitudes de potencial zeta (Fiao et al.377. Generalmente este Hltimo mecanismo arro+a me+ores resultados en laremoción de coloides y de materia org$nica disuelta 'ue cuando las partículasse desestabilizan por neutralización de cargas.

&os aspectos involucrados durante el proceso pueden llegar a ser de una grancomple+idad incorporando enómenos electrost$ticos adsorción/desorciónuerzas este$ricas e incluso eectos "idrodin$micos. En la )igura sees'uematizan de orma resumida los mecanismos 'ue pueden dar origen a la

coagulación de coloides.

Fi'$r +. Becanismos de coagulación de coloidales.

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Co,-!ejos #e ierro.  * p! superiores a ;.7 los cationes de "ierro ormancomple+os acuo#"e8acoordinados A)e(!340Cz2 en los 'ue la polarización de lasmoléculas de agua coordinadas es uertemente dependiente de la carga delcatión (estado de o8idación. Esto "ace a los comple+os érricos m$s $cidos 'uelos comple+os errosos> por lo tanto la "idro8ilación sustitución de moléculas

de agua por aniones "idro8ilo de los cationes de "ierro ocurre en un rangodistinto de p!. &a "idro8ilación de )e32 en agua ocurre a temperatura ambientealrededor de p! I# mientras 'ue para )e ;2 ocurre a p! entre # (Jolivet etal. 3770.

&os comple+os "idro8ilados no son estables como especies monoméricas ensolución por lo 'ue condensan a través de la sustitución nucleoílicaocasionada por los ligandos "idro8ilo. @ara comple+os acuo#"idro8oAB(!34"(4!0#"C(z#"2 la condensación procede por eliminación de una moléculade agua y la ormación de puentes "idro8o mecanismo de olación.

A)e(!340C;2

 2 !34 ↔  A)e(!34(4!C32

 2 !;42

 A)e(!34(4!C32 2 !34 ↔  A)e(!34(4!3C2 2 !;42

3A)e(!34(4!C32  ↔  A)e(!34K(4!3C2 2 3!34

A)e(!34K(4!3C2 2 !34 ↔  A)e3(!34I(4!;C;2  2 !;42

A)e3(!34I(4!;C;2  2 A)e(!34(4!C32  ↔  A)e3(!34I(4!C2  2 3!34

En la medida 'ue se incrementa el p! estas especies se transorman enespecies polinucleares insolubles 'ue precipitan ocasionando coagulación porbarrido.

+. E/$i-os ( ,teri!es

Ln es'uema de la planta demostrativa de electrodisolución y foculación se

presenta en la )igura .

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Fi'$r 0. Es'uema de la @lanta demostrativa de electrodisolución y

foculación.

En esta pr$ctica e8perimental se usar$n los siguientes e'uipos y materiales1

;. E'uipos1

• @lanta demostrativa de Electrodisolución y foculación ( reactorelectro'uímico dosicador de cal bombas de diaragma bombacentriuga 0 tan'ues de acero ino8idable ;7.

• 6omputador de escritorio• )uente de ,olta+e 37 ,D6 y 7 * D6.• Malanza• *gitador mec$nico• p!#metro (debidamente calibrado.•  =urbidímetro• Espectrootómetro L,#vis.• !orno de convección

;.3 Bateriales y reactivos

• 9olución sintética decomposición 777ppm de

Baizena• ;777ppm de Ncido =$nico• *gua de la llave

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• &ec"ada de 6al tipo O al P• Maldes de 3 &• @robeta pl$stica de &• @oliacrilamida @*B (777

mg/&.

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•

0 Pro"e#i,ie&to E-eri,e&t!•

a Qealice el lavado del reactor con abundante agua.b @repare & de polímero (poliacrilamida 777 mg/& utilizando el agitador

mec$nico y cargue el tan'ue de @*B.c @repare & de lec"ada de 6al al P.d @repare & de solución sintética.

• ,olumen del reactorR. &

• ,olumen tan'ue de alimentoR &

• . 6ondiciones de operación1

• S *rran'ue el reactor electro'uímico• *mpera+e de la uente1 K *mperios

 =emperatura de 4peración1 07T6.• 6alcule el tiempo de carga del reactor cada grupo tendr$ una carga

dierente como se lista a continuación1•

• Gru o   • 6ar a eléctrica•   • 77• 3   • 377• ;   • ;77•   • 77

•

• Bonitoree constantemente el volta+e el p! y la temperatura del reactor.• S 4peración en continuo.•  =ranscurrido el tiempo de carga del reactor encienda las bombas de

alimentación y descarga del reactor y establezca condiciones para un tiempo

de residencia en el tan'ue de foculación de ;7 minutos.• S )loculación• Encienda la planc"a de agitación a ;7 rpm.• Encienda el dosicador de cal y gradHe la operación de la planta en la

parte de foculación se realizar$ en ; batc" cada uno con dierente p! y un

volumen de ; &itros. &os p! ser$n #7#.• Establezca la dosicación de @*B "asta alcanzar una concentración de 7

mg/& en el efuente nal.• !umedad del lodo

• &a "umedad del lodo se realizar$ para cada una de las muestras

después de "aberlas pasado por un ltro cualitativo grueso.

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•

.3 E+emplo de 6$lculos•

•  =abla . Qesultados de electrodisolución y foculación a T6

•

,ol•

6•

p  • •

,

•

c

•

(-

•

)u

•

 =urb•

6•

U •

@*•

&o

•

Qed  •

Q

•

•

3•

3  •

•

•

7•

7  •

;7

•

  •

K

•

7•

•

K•

K

•

•

3•

3  •

•

•

7•

7  •

;7

•

•

•

7•

7•

•

I

Pre'$&ts•

. V6u$l es la concentración teórica esperada de "ierro total durante laelectrodisoluciónW3. V6u$les ueron los consumos de energía y cal durante el tratamiento

para cada una de las condiciones de p!W;. Determine el porcenta+e de reducción de color y turbidez al nal del

proceso.. Determine la "umedad del lodo.. Lni'ue los resultados obtenidos por los otros grupos y evalué el eecto

de la carga y el p! de foculación sobre la reducción de color y turbidez.•

3 Observ"io&es•

• &eer el manual de operaciones de la @lanta de Electrodisolución yfoculación antes de comenzar a operarla.

• Oo manipular los sXitc"es internos del panel de control.• &a operación de las bombas y de la uente de potencial debe realizarse

siempre desde el computador. *bsténgase de operar manualmente lasbombas dosicadoras.

• *l terminar la pr$ctica cargue el reactor con agua corriente (no lo de+evacio.

Trbjos "it#os

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