Tratarea apelor reziduale prin electrocoagulare

1. Ce este electrocoagularea?

Electrocoagularea, denumită și electroliză cu undă scurtă, este o tehnică utilizată pentru tratarea apei de spălare, tratarea apelor reziduale, tratarea apelor utilizate în procesele industriale și tratarea apelor utilizate în domeniul medical. Electrocoagularea a început să fie utilizată din ce în ce mai mult în tratarea apelor reziduale datorită capacității sale de a elimina contaminanții precum uleiul emulsifiat, hidrocarburile petroliere totale, materialele organice refractare, solidele suspendate sau metalele grele, deoarece aceștia sunt în general mult mai dificil de îndepărtat prin filtrare sau prin sisteme de tratare chimică.

Există numeroase mărci de dispozitive de electrocoagulare disponibile, care pot varia în complexitate de la un simplu anod și catod la dispozitive mult mai complexe cu control asupra potențialului electrodului, pasivării, consumului anodic, celulelor cu potențial redox, precum și introducerea sunetului ultrasonic, a luminii ultraviolete și o gamă de gaze și reactanți pentru a realiza așa numitele Procese de Oxidare Avansate pentru substanțele refractare sau substanțele organice recalcinate.

Tratarea apelor se realizează cu tehnologii noi care reduc necesarul de energie electrică și miniaturizează sursele de alimentare necesare, sistemele electrocoagulante devenind în prezent accesibile pentru instalațiile de tratare a apei și pentru procesele industriale de la nivel mondial.

Electrocoagularea (“electro”, în sensul de a aplica o încărcătură electrică în apă, și “coagularea” reprezentând procesul de schimbare a încărcăturii suprafeței particulelor, care permite materiei în suspensie să formeze aglomerări) este o tehnologie avansată și economică pentru tratarea apei. Aceasta elimină efectiv solidele suspendate de nivel sub-micrometric, rupe emulsiile precum uleiul, grăsimea sau latexul, și oxidează și elimină complet metalele grele din apă fără a utiliza filtre sau adăugarea de substanțe chimice pentru separare. Este cunoscută o gamă largă de tehnici pentru tratarea apei uzate, care include procese biologice pentru nitrificare, denitrificare și eliminare a fosforului, precum și o serie de procese fizico-chimice care necesită adăugarea de substanțe chimice. Cele utilizate în mod obișnuit în procesele de tratare a apei sunt filtrarea, îndepărtarea aerului, schimbul de ioni, precipitarea chimică, oxidarea chimică, adsorbția carbonului, ultrafiltrarea, osmoza inversă, electrodializa, volatilizarea și striparea gazului.

2. Istoria electrocoagulării

Electrocoagularea are o istorie lungă: prima instalație a fost construită în Londra în 1889 pentru a trata apa de canalizare. În ciuda unor rezultate promițătoare, succesul acestei tehnologii a fost limitat. Această instalație a fost reînnoită din punct de vedere științific, economic și ecologic în ultimii ani datorită cererii de tehnologie alternativă de tratare a apei.

Tratarea apelor reziduale și a apelor de spălare prin electrocoagulare a fost practicată foarte mult începând cu secolul XX datorită creșterii populației. În ultimul deceniu, această tehnologie a fost tot mai mult utilizată în Statele Unite, America de Sud și Europa pentru tratarea apelor reziduale industriale care conțin metale. În America de Nord electrocoagularea a fost utilizată în principal pentru a trata apele uzate de la industria celulozei și a hârtiei, industria minieră și industria prelucrării metalelor. O aplicație realizată în Texas a unui turn ce răcește o mie de galoane pe minut ilustrează creșterea și acceptarea din ce în ce mai puternică a electrocoagulării pentru comunitatea industrială.

Electrocoagularea a fost aplicată pentru a trata apa care conține deșeuri alimentare, reziduuri de ulei, coloranți, rezidiuri provenite din transportul public și porturile de ambarcațiuni, apă de spălare, cerneală, particule în suspensie, reziduuri chimice și mecanice rezultate de la lustruire, materie organică de la depozitele de deșeuri, eliminarea fluorului din apă, efluenți ai detergenților sintetici și soluții ce conțin metale grele.

3. Beneficiile electrocoagulării

Electrocoagularea se diferențiază de celelalte procese prin următoarele efecte benefice:

- Filtrarea mecanică îndepărtează numai două tipuri de impurități din apa de spălare: solide în suspensie mai mari de 30 μm și ulei sau grăsimi libere. Uleiul și grăsimea emulsionate cauzează degradarea filtrelor, rezultând costuri de întreținere foarte ridicate. Electrocoagularea poate fi folosită pentru orice dimensiune a solidelor aflate în suspensie (inclusiv pentru particulele distructive mai mari de 30 μm și metalele grele care pot cauza presiune de uzură și de rupere, fiind periculoase pentru mediul înconjurător și angajați);

- Tratamentul chimic este adresat solidelor aflate în suspensie, uleiurilor și grăsimilor, dar și unelor metale grele, fiind necesară ajustarea polimerilor și pH-ului pentru un tratament adecvat. Această tehnologie necesită adăugarea de substanțe chimice care sunt scumpe, impure și tratate intensiv în laborator, dar este necesară și adăugarea de aer comprimat pentru procesul de flotație al contaminanților coagulați. În general, filtrarea este necesară ca o fază post-tratament pentru purificare. Electrocoagularea nu necesită filtre, nici întreținere zilnică sau adăugarea de aditivi și elimină solidele suspendate de orice mărime, dar și uleiul, grăsimea și metalele grele.

4. Descrierea procesului de electrocoagulare

Coagularea este una dintre cele mai importante reacții fizico-chimice utilizate în tratarea apei. Ionii metalelor grele și coloizii, organici sau anorganici, sunt în cea mai mare parte ținute în soluție prin încărcare electrică. Adăugarea de ioni cu încărcare opusă destabilizează coloizii, permițând astfel coagularea lor prin adăugarea unui coagulant chimic sau prin metode electrice. Alaunul [Al2(SO4)3 ∙18H2O] este o astfel de substanță chimică care a fost utilizată pe scară largă mult timp pentru epurarea apelor reziduale.

Figura 1, Procesul de electrocoagulare

Pentru a realiza tratarea apei prin acest proces se utilizează o celulă de electrocoagulare, precum cea din figura 1, prin care trece apa, având loc simultan reacții multiple. În apă sunt introduși ioni metalici prin intermediul anodului, iar pe suprafața catodului apa este disociată în hidrogen gazos și grupări hidroxil. Între timp, electronii curg liber pentru a destabiliza încărcările de suprafață pe solidele suspendate și uleiurile emulsifiate. Pe măsură ce reacția are loc se formează flocoane mari, care alimentează solidele suspendate, metalele grele, uleiurile emulsifiate și alți contaminanți. Flocoanele se vor îndepărta din apă în cadrul etapelor de separare a impurităților.