Electrocoagularea

1. ELECTROCOAGULAREA. GENERALITATI

1.1 INTRODUCERE

Conform UNICEF, la sfârşitul secolului trecut, s-a estimat că aproximativ 1,1 miliarde de oameni (1/6 din populaţia lumii) nu dispun de apa potabilă, în conditiile în care în viitor se preconizează o creştere a necesităţii de apă, odată cu creşterea populaţiei şi a industrializării. De aceea, dreptul tuturor oamenilor de a avea acces la aprovizionarea cu apă trebuie sa fie văzut ca o provocare globală, solutia ce depinde de formularea şi implementarea unor strategii potrivite de gestionare a apei.

CE ESTE ELECTROCOAGULAREA- - Electrocoagularea este un proces electrochimic care îndepărtează simultan metale grele, solide în suspensie, emulsii organice şi mulţi alţi poluanţi ai apei, folosind energie electrică si plăci de metal de sacrificiu în loc de reactivi chimici scumpi. Anozii de sacrificiu corodează pentru a elibera în soluţie precursori activi de coagulare (de obicei cationi de aluminiu sau fier). Reacţiile electrolitice la catozi sunt însoţite de gaz) de obicei bule de hidrogen).

Principiul electrocoagularii a fost prima dată brevetat în 1906 de către A.E. Dietrich şi a fost folosit pentru tratarea apelor de santină de la nave. De ce a căzut în desuetudine acest proces nu este cunoscută, dar probabil lipsa reglementarilor de mediu au contribuit la asta. În timp, s-au facut o serie de încercări pentru comercializarea acestei tehnologii, cu grade diferite de succes. Odata cu recenta îngrijorare privind poluarea, industriile au fost presate pentru a găsi metode inovatoare de a respecta reglementările de mediu. Astfel, electrocoagularea a reapărut ca o tehnologie viabilă.

Este cunoscută de mult timp ca o metodă de tratare a apei, ce elimină o gamă larga de poluanţi. Totuşi, ea nu a fost niciodată acceptată ca o tehnologie principală de tratare a apei. Lipsa abordării sistematice a proiectării/operării reactorului de electrocoagulare şi problema fiabilităţii electrodului (în special pasivarea electrozilor de-a lungul timpului) au limitat punerea sa în aplicare. Cu toate acestea, recente perfecţionări tehnice, combinate cu o mai mare nevoie de instalaţii de tratare a apei de mici dimensiuni, au dus la o reevaluare a electrocoagulării.

Electrocoagularea nu este o tehnologie noua. Intr-adevar, literatura indica faptul ca electrocoagularea a fost “descoperita” de aproximativ o suta de ani, atat pentru aplicatii continue cat si discontinue. De exemplu, la sfarsitul secolului 19, se foloseau cateva instalatii de epurare a apei la scara industriala in Londra, in timp ce in diferite parti ale Statelor Unite ale Americii, s-au folosit instalatii de tratare electrolitica a namolului inca din 1911. Totusi, pana in anii 1930, instalatiile de acest tip au fost abandonate datorita costurilor mari de operare si existentei pe piata a alternativelor ce foloseau coagulanti chimici produsi in masa. Recent, s-a observat reinoirea interesului pentru instalatiile de epurare a apelor bazate pe tehnologia electrocoagularii, ape provenite de la aplicatii industriale speciale, cum ar fi indepartarea materiilor fine din apele de spalare din industria carbunelui. Totusi, datorita capacitatii demonstrate de a indeparta eficient o gama foarte larga de poluanti, precum si simplitatii de proiectare si operare, electrocoagularea este reanalizata ca o tehnologie de epurare mai ieftina.

Este clar ca electrocoagularea are capacitatea de a indeparta o gama larga de poluanti in diverse conditii, cum ar fi: solide in suspensie, metale grele, produse petroliere, culoarea din solutii poluate cu vopseluri, humus acvatic, defluorurarea apei.

1.2 MECANISMUL ELECTROCOAGULARII

pH-ul, tipul si concentratia poluantului, marimea si pozitia bulelor, stabilitatea flocoanelor si marimea aglomeratelor, toate influenteaza functionarea instalatiei de electrocoagulare. Complexitatea si numarul de posibile interactii sunt evidentiate in Figura 1. Per total, mecanismul este o combinatie de mecanisme ce functioneaza in sinergie. Mecanismul dominant poate varia de-a lungul procesului dinamic in timpul progresarii procesului. Mecanismul dominant se va schimba mai mult decat sigur odata cu schimbarea parametrilor de operare si tipului de poluant.

Figura 1. Interactiile din timpul procesului de electrocoagulare

Se trece un curent printr-un electrod de metal (M), oxidandu-l la cationul sau (Mn+) (ecuatia 1). In acelasi timp, apa este redusa la hidrogen (gaz) si ionul hidroxil (OH-) (ecuatia 2). Astfel, electrocoagularea induce formarea electrochimica a cationilor metalici in situ, folosind anozi de sacrificiu (de obicei aluminiu sau fier).

M → Mn+ + ne- (1)

2H2O + 2e- → 2OH- + H2 (2)

Cationul hidrolizeaza formand un hidroxid cu specia dominanta determinata de pH-ul solutiei. Ecuatiile 3-6 ilustreaza acest lucru in cazul aluminiului.

Al3+ + H2O → AlOH2+ + H+ (3)

AlOH2+ + H2O → Al(OH)2+ + H+ (4)

pH AlOH2+ + H2O → Al(OH)30 + H+ (5)

Al(OH)30+ H2O → Al(OH)4- + H+ (6)

Cationii incarcati electric destabilizeaza toate particulule coloidale prin formarea complecsilor polivalenti de polihidroxid. Acesti complecsi au proprietati puternic adsorbtive, formand agregate impreuna cu poluantii. Dezvoltarea hidrogenului (gaz) ajuta la omogenizare si prin urmare si la floculare. Odata ce se formeaza flocoanele, gazul electrolitic creaza un efect de flotatie indepartand poluantii prin formarea stratului de spuma la suprafata lichidului.

Există o varietate de moduri în care pot interacţiona speciile în soluţie:

1. Migrarea catre un electrod incarcat cu sarcina opusa (electroforeza) si agregarea datorata neutralizarii sarcinii.

2. Cationul sau ionul hidroxil (OH-) formeaza un precipitat cu poluantul.

3. Cationul metalic interactioneaza cu OH- cu formarea unui hidroxid, ce are proprietati mari de adsorbtie, astfel legandu-se de poluant.

4. Hidroxizii formeaza structuri mai mari de tip retea si se rotesc prin apa (coagulare prin rotire).

5. Oxidarea poluantilor la specii mai putin toxice.

6. Indepartarea prin electroflotatie si adeziunea la bule.