Procesul de electrocoagulare în tratarea apei reziduale

INTRODUCERE

Lucrarea analizează teoria de electrocoagulare, provocările actuale, precum și evoluțiile recente. Aceasta trece în revistă problemele economice asociate cu tehnologia de electrocoagulare.

Electrocoagularea este un proces versatil, capabil de a trata ape potabile și ape uzate.

Procesul de electrocoagulare a făcut obiectul mai multor comentarii în ultimul deceniu și este incă un domeniu foarte activ de cercetare, cele mai multe publicații având că aplicații tratarea apei potabile și a apelor urbane reziduale, industriale sau agricole, astfel încât să sporească reducerea simultană a poluării, datorită eficienței sale ridicate. În ultimul timp, cercetările au fost dedicate utilizării procesului de electrocoagulare pentru tratamentul mai multor tipuri de ape uzate, de la apele subterane poluate la ape uzate de rafinările extrem de contaminate.

Această lucrare cuprinde o analiză a teoriei, aplicațiilor potențiale, provocărillor actuale, evoluțiilor recente precum și preocupările economice asociate cu tehnologia de electrcoagulare. Cele mai recente progrese privind modelarea reactorului de electrocoagulare sunt cuprinse cu un accent deosebit pe patru probleme majore care incă mai constituie piatra de temelie a electrocoagularii: înțelegerea teoretică a mecanismelor care reglementează reducerea poluării, abordările de modelare și optimizare tehnico-economice.

1. Aspecte teoretice, aplicatii, evolutii recente

1.1 Introducere

Deficitul de apă este una dintre cele mai mari provocări actuale și viitoare cu care se confruntă omenirea deoarece ratele de consum a apei ale populației din lume continuă să crească. Acest lucru a condus la un interes pentru dezvoltarea unor tehnologii rentabile, fiabile și ecologice de epurare a apelor uzate, care ar putea folosi din nou apele uzate provenite din diverse industrii. Deși mai multe tehnologii de tratare a apelor uzate sunt disponibile și au fost aplicate pentru o perioadă lungă de timp, cele mai multe dintre aceste tehnologii de tratare a apei consumă cantitate mare de energie din surse de energie pe bază de carbon, care nu sunt regenerabile și care dau emisii de dioxid de carbon.

Apa este esentială pentru a susține viața biosferei. Cu toate acestea, cu creșterea populației și a industrializării, resursele sale sunt din ce în ce limitate și / sau contaminate. Datorită cererii în creștere la nivel global, mai mult de un miliard de oameni nu au acces la apă de calitate suficient de bună. Studii au raportat faptul că o treime din populația va experimenta deficitul de apă severă în următorii 20 de ani (GCRAI, 2002). Soluția pentru a spori resursele de apă printre alte alternative de gestionare a apei, este reutilizarea apelor uzate epurate, aceasta câștigând o atenție considerabilă. Apele uzate tratate au mai multe avantaje fată de alte surse de apă, -minimizează poluarea, amplifică resursele de apă subterană prin reincărcare artificială și este o sursă bună de nutrienți pentru agricultură –proces utilizat de secole în tări precum Mexic, Vietnam și China.

Coagularea – flotarea, facilitează eliminarea materiilor în suspensie şi a coloizilor sub formă de flocule, separarea efectuându-se prin decantare, filtrare şi/sau flotare. Este un tratament fizic de eliminare parţială sau totală a fracţiunilor floculabile a materiilor organice şi numeroase metale grele, micropoluanţii asociaţi cu materiile în suspensie şi a macromoleculelor coloidale. Timpul de decantare a particulelor coagulante depinde de tipul particulelor, diametru lor, dar şi de suprafaţa lor specifică.

Procesul de electrocoagulare se bazează pe principiul anozilor solubili. Se ocupa cu instituirea unui curent între doi electrozi(Fe sau Al) incorporaţi într –un electrolit, conţinut într-un reactor pentru a genera( Fe2+, Fe3+, Al3+) susceptibili de a produce o soluţie coagulant şi de a provoca coagularea floculelor de poluanţi care dorim a le elimina. Electroliza poate coagula compuşi solubili oxidabili sau reductibili conţinuţi în efluent. Câmpul electric crează o mişcare a ionilor şi a particulelor încărcate. Această acţiune permite colectarea materiilor suspendate sub formă de agregate floculate, care ulterior se pot elimina printr-un proces fizic clasic( decantare, fotare, filtrare).

Procedeele relativ noi, sunt acelea care folosesc conceptele de electrochimie, cum ar fi electrocoagulare (CE), electrooxidare și electroflotare. Când CE a fost utilizata pentru tratarea apei potabile în Statele Unite, s-a dovedit a fi nepractică din cauza costurilor ridicate de capital și de energie electrică necesară (Chen, 2004). Pe parcursul ultimelor două decenii, tehnologii electrochimice de tratare a apelor uzate au început să-și recapete importanță ca o opțiune prietenoasă cu mediul, nu necesită aditivi chimici, fără a compromite calitatea apei tratate.

Această lucrare se concentrează pe revizuirea progreselor recente în electrocoagulare, cu scopul de a identifica starea actuală a tehnologiei și potențialul său ca o metodă eficientă de tratare a apei. În ciuda numărului considerabil de publicații despre electrocoagulare, ele tind să se concentreze pe experimente de laborator care dovedesc eficacitatea tehnologiei în eliminarea poluanților specifici.

1.2. Teoria și istoria electrocoagularii

Teoria electrocoagularii este o tehnologie avansată care combină cunoscuta coagulare, flotație și electrochimie. Fiecare din cele trei tehnologii au fost studiate pe larg într-un mod separat; cu toate acestea, există o literatură limitată disponibilă pe integrarea aceste trei tehnologii care stau la baza electrocoagularii.

Literatura de specialitate indică faptul că istoria electrocoagularii se întinde pe mulți ani, privind tratarea apei care conține poluanți, cum ar fi: metale grele, textile și coloranți, industria celulozei și hârtiei, uleiuri, industria alimentară. Unitatea de bază a electrocoagularii de obicei constă dintr-o celulă electrolitică cu un anod și catod cu electrozi de metal , conectați la un curent continuu ca sursă de alimentare și imersat în soluția care urmează să fie tratată așa cum se arată în Fig. 2. Electrozi de fier și aluminiu sunt cele mai utilizate metale pentru celulele electrocoagularii, deoarece aceste metale sunt disponibile, non-toxice și dovedit a fi fiabile. Deși electrocoagularea (CE) este considerată a fi destul similară cu CC / CF (coagulare/floculare) în ceea ce privește mecanismul de destabilizare, incă diferă de CC / CF în alte aspecte, cum ar fi reacțiile adverse apăr simultan la ambii electrozi.

Anodul servește ca coagulant într-o celulă de electrocoagulare, în cazul în care catodul disociază.