X CONGRESO BOLIVARIANO DE INGIENERIA SANITARIA Y AMBIENTAL “AMBIENTE Y DESARROLLO IMPULSADORES DEL PROGRESO” ELECTROCOAGULACIÓN, ELECTROFLOCULACIÓN, ELECTROFLOTACION, Y PRODUCCIÓN, IN-SITU, DE CLORO 1

Ing. Químico Hugo Castillo Alvarado y Dr. Alfredo Rivera García

PROSELQUIM (Productos y Servicios Electroquímicos).

El Ing. Hugo Castillo Alvarado, se graduó en la Universidad de Houston, Texas, en 1965.Fue Profesor de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil hasta su jubilación en 1999. Fue catedrático, entre otras asignaturas, de Mecánica de Fluidos, Transmisión de Calor, y Transferencia de Materia. En los últimos 12 años fue catedrático de la materia PROCESOS DE TRATAMIENTOS DE AGUA Y DE CONTROL AMBIENTAL. También fue Decano, y el primer Director del Departamento de Control Ambiental de la Facultad de Ingeniería Química. Desde 1978 está involucrado en Procesos de Tratamientos de agua. Originalmente en tratamientos de circuitos de enfriamiento y circuitos de vapor, luego en procesos físicos como sedimentación y filtración. A partir de 1988 comienza a especializarse en procesos de Tratamientos de Aguas Residuales. Actualmente es Presidente de PROSELQUIM, empresa especializada en tratamientos electroquímicos y fabricante de generadores de cloro.

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Ing. Químico Hugo Castillo Alvarado y Dr. Alfredo Rivera García

PROSELQUIM (Productos y Servicios Electroquímicos).

El Dr. Alfredo Rivera García se graduó como PhD en Físico-Química en la Universidad Patricio Lumumba de Moscú, en el año 1983. Entre 1986 - 1991. Fue profesor-investigador del Departamento de Petróleo de la facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil. Entre las investigaciones realizadas por el Dr. Rivera en la antigua Unión Soviética destacan: Estudios sobre Absorción de Hidrógeno en Membranas compuestas de paladio, rutenio, depositados sobre vidrio de carbono, coautor de metódica para medir el grosor de las membranas de paladio mediante la absorción de hidrógeno. A partir de 1989 Comienza a desarrollar la tecnología de producción in-situ de cloro mediante la electrólisis del cloruro de sodio utilizando electrodos de carbón y materiales obtenidos en el medio. Se asocia con el Ing. Castillo y empiezan a investigar la aplicación de electroquímica a procesos de Tratamientos de Aguas residuales. Entre 1992-94 construyen 4 plantas de electroflotación para industrias locales, en los que se obtuvo hasta el 75% de reducción de la concentración de la materia Orgánica de sus efluentes. En la actualidad es condueño y gerente técnico de PROSELQUIM.

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ANTECEDENTES: La coagulación química ha sido utilizada por décadas para desestabilizar suspensiones coloidales. Combinada con la floculación química, logran la precipitación de especies metálicas, y otras especies inorgánicas eliminándolas así, mediante sedimentación y/o filtración, de las corrientes líquidas. Los coagulantes usados han sido sales de hierro, aluminio, cal, polímeros, y otros. La coagulación-floculación química genera volúmenes apreciables de lodos ligados fuertemente al agua, lo que muchas veces retrasa la filtración, y dificulta el secado de los lodos. También aumenta la salinidad del agua, lo cual puede hacerla inaceptable para ser reutilizada. La flotación por aire disuelto (D A F) es otro proceso de separación sólidoliquido muy utilizado en la clarificación de aguas industriales, por ejemplo en la Industria azucarera, en la minería, en la industria petrolera, y en muchos sistemas de tratamientos de aguas residuales. Es aplicada en separar suspensiones, y emulsiones de pesos moleculares cercanos al del agua, lo cual dificulta su separación por sedimentación o filtración.

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El cloro es el desinfectante universal, también utilizado para blanqueo, desinfección, desodorización, fabricación de desinfectantes y otros usos. Por costos, facilidad de manipuleo y transporte, y sobre todo por que deja un residual que permite controlar la eficiencia de desinfección, es ampliamente utilizado en la producción de agua potable. La electrocoagulación, electrofloculación, electroflotación, y producción, in-situ de cloro, son procesos electroquímicos que presentan ventajas de costos, eficiencias, tiempos de residencia, y protección al ambiente sobre los procesos químicos respectivos. La electrofloculación y electrocoagulación son técnicas que involucran la adición electrolítica de iones metálicos coagulantes directamente del electrodo de sacrificio. Estos iones permiten que los contaminantes se aglomeren de la misma forma que si se adicionara un producto químico como el sulfato de aluminio, cloruro férrico, etc. y permitir con ellos su remoción. La adición electrolítica de los iones metálicos tiene una gran ventaja con respecto a la adición de los químicos, por ejemplo: no aumenta el número de sales en el agua a tratar; produce la mitad o una tercera parte de lodos.

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En la electrofloculación, se favorece la remoción de los contaminantes debido a que son arrastrados por las burbujas de gas que se generan en el sistema (H2 y O2), por lo que tienden a flotar en la superficie. Para tener mejores rendimientos es necesario instalar un sistema que garantice la remoción de la espuma que flota. (A semejanza del proceso DAF) Se consideran múltiples factores de trabajo como pueden ser: toxicidad, reactividad, estabilidad, concentración de contaminantes, etc. Las distintas variables involucradas inducen a tres procedimientos comunes pero a su vez distintas entre sí y son: · Electroflotación.- Se aprovecha la formación del gas para arrastrar hacia la superficie los contaminantes previamente acondicionados. · Electrocoagulación-flotación.- Este procedimiento implica la inyección de iones metálicos para aglutinar los contaminantes dispersos en un agua sacrificando directamente a uno de los electrodos (Ánodo) complementado con el barrido por arrastre del gas generado. 6

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En el tratamiento electrolítico se ven involucradas las siguientes reacciones: • Oxidación anódica y reducción catódica de las impurezas presentes en el agua. • Solución de ánodos metálicos, descarga y coagulación de partículas coloidales. • Electrofóresis, traspaso de iones a través de membranas semipermeables. • Flotación de partículas sólidas por arrastre del gas formado. • Precipitación de iones metálicos en c átodos. • Regeneración y concentración de ácidos y álcalis. • Desalado del agua. • Otros. OBJETIVOS: Diseñar, construir, montar y operar sistemas electroquímicos para tratamiento de aguas residuales. De igual manera, construir plantas de producción de agua potable y/o aguas para uso industrial. Diseñar y construir sistemas de producción in-situ de cloro para los sistemas rurales de agua potable, desinfección de aguas de proceso, blanqueo en la industria textil, cloración de piscinas de natación, y otros usos. 7

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METODOLOGÍA EMPLEADA: Para los procesos de electrocoagulación, electrocoagulación, y electroflotación, se comenzó con recipientes rectangulares de uno a dos litros y fuentes de poder construidas con baterías y pequeños transformadores rebobinados con los cuales se hicieron experimentos, a manera de pruebas de jarra. Se determinaba tiempos de residencia, salinidades, amperajes, voltajes, y reducciones de turbiedad. Después se construyeron cuatro unidades de flujo continuo para trabajar a 1-2 ltrs/minuto y se evaluaban los mismos parámetros, pero partiendo de los valores óptimos obtenidos en las pruebas de jarra. Finalmente se construyo una planta piloto con capacidad de procesar hasta 300 ltrs/hr, con rangos de tiempo de residencia de 0.5 –15 minutos. Para la producción de cloro, igualmente se partió con fuentes de poder construidas con pilas, y ánodos de carbón obtenidos como residuos de la fundición de acero. Después se construyeron celdas electrolíticas con planchas de asbesto, ánodos de carbón y otros materiales. Después se importó de EE.UU. unas planchas de titanio y se compró en Cuenca platino para disolver y hacer el recubrimiento del titanio. Finalmente se llego a la tecnología usada actualmente, que será descrita mas adelante. 8

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ACTIVIDADES O PROCESOS DESARROLLADOS: Se ha obtenido información y parámetros de operación, en condiciones de flujo continuo para efluentes de: 1.- Proceso continuo, en el laboratorio (1-2 ltrs/min.) · · · · · · · · ·

Empacadora de camarón Empacadora de Jaibas (crudas y cocinadas) Café soluble Faenadoras de pollo Embotelladora de bebidas efervescentes Pesticidas Conservas y jugos de frutas Simulación de agua de río con concentraciones de arcilla de 400-6000 ppm Agua negra de pozo séptico

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2.- Proceso continuo en las empresas · Empacadora de Camarón · Empacadora de Jaibas · Fábrica de bebidas efervescentes 3.- Producción de cloro in-situ · · · ·

Equipo de producción de cloro para Hotel 5 estrellas de la ciudad Varios equipos para empacadoras de banano Equipos para varias piscinas de natación en Guayaquil y Quito Equipos para mantenimiento de reservorios de agua contra-incendios, 10000 metros cúbicos

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RESULTADOS OBTENIDOS: OBTENIDOS: Se cuenta con experiencia, tecnología y medios para diseñar, construir, operar, y mantener sistemas de tratamientos de aguas residuales domesticas e industriales. Para dotar de agua potable al sector rural. También para de fabricar cloro. a precios inferiores a los equipos extranjeros y con la seguridad de servicio técnico y repuestos. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: La tecnología electroquímica aplicada al tratamiento de aguas residuales y a la producción de agua potable presenta ventajas comparativas con los procesos químicos como son: mayor eficiencia, menores costos, y nulo impacto ambiental. Presenta una oportunidad de producir agua de extremada pureza tanto para consumo humano, como para consumo industrial. A lo mejor es una alternativa para los problemas de la industria camaronera. Otros sectores que podrían beneficiarse de esta tecnología son los sectores exportadores sometidos a rígidos controles ambientales de los países compradores .Además, el gobierno y organismos encargados de proporcionar agua potable a la población rural.

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BIBLIOGRAFÍÍ A (completar la informació BIBLIOGRAF información de bibliografí bibliografía) • • • • • • •

Metcalf and Eddy Ramalho www.aguamarket.com/temas interés/019.asp www.waterrecyling.net/ www.powellwater.com/ www.rotaloo.com/electrofloc.pdf www.industrialecology.com/electrocoagulation.html.

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ANTECEDENTES: Como se estableció en el resumen de este artículo, el Ing. Castillo y el Dr. Rivera comenzaron a trabajar en procesos de tratamientos de aguas residuales, y aplicaciones de la electroquímica, hacia el final de la década de 1980-1990. A partir de 1995 se detuvo el desarrollo y la investigación de los procesos electroquímicos, aplicados al tratamiento de aguas residuales, debido principalmente a la falta de un mercado para estos procesos. Desde el año pasado, se reinicia el desarrollo de estas tecnologías y se incorporan al grupo de trabajo los egresados de Ingeniería Química Alfredo Llopis, Katherine Chávez, Gustavo Ampuero, y Cinthya Gallardo quienes, como temas de su tesis de grado, proponen, construyen, operan y prueban varios modelos de equipos pilotos. Adicionalmente se ha sumado al grupo el Ing. Jorge Terranova. La coagulación química ha sido utilizada por décadas para desestabilizar suspensiones coloidales. Combinada con la floculación química, logran la precipitación de especies metálicas, y otras especies inorgánicas eliminándolas así, mediante sedimentación y/o filtración, de las corrientes líquidas. Los coagulantes usados han sido sales de hierro, aluminio, cal, polímeros, y otros. 13

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Los precipitados tienen una gran área superficial y son capaces de adsorber compuestos orgánicos y metales, eliminándolos de la disolución. La coagulación-floculación química genera volúmenes apreciables de lodos ligados con fuerza al agua, lo que muchas veces retrasa la filtración, y dificulta el secado de los lodos. También aumenta la salinidad del agua, lo cual puede hacerla inaceptable para ser reutilizada. La flotación por aire disuelto (D A F) es otro proceso de separación sólido-liquido muy utilizado en la clarificación de aguas industriales, por ejemplo en la Industria azucarera, en la minería, en la industria petrolera, y en muchos sistemas de tratamientos de aguas residuales. Es utilizada para separar suspensiones, y emulsiones de pesos moleculares cercanos al del agua, lo cual dificulta su separación por sedimentación o filtración. Las dispersiones coloidales son de muy diversa naturaleza. Como los coloides son partículas que desarrollan cargas, se forma un campo eléctrico muy estable que no permite que las partículas se acerquen y se aglomeren. Para clarificar una dispersión coloidal se debe neutralizar el campo eléctrico para permitir que las partículas se acerquen, se unan o aglomeren, y precipiten.

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No existen fórmulas que nos indiquen cuales son los parámetros de operación aplicables a la clarificación de una determinada dispersión coloidal. En consecuencia, los parámetros deben ser obtenidos de manera experimental mediante pruebas de jarra. Los parámetros de operación de la coagulación son: · Tipo y dosificación de coagulante. Un déficit de coagulante no permite formar coágulos consistentes y de tamaño adecuado. Un exceso de coagulante revierte el signo del campo eléctrico de la dispersión coloidal y cause peptización. · Velocidad de mezcla rápida para que el coagulante se mezcle íntimamente con todas las moléculas de la solución. · Tiempos de residencia para mezcla rápida y para mezcla lenta: En poco tiempo no permite buena formación de coágulos y flóculos. Mucho tiempo tiende a destruir los coágulos y flóculos formados. · pH: El punto isoeléctrico, o el punto al cual el campo eléctrico de la dispersión coloidal se neutraliza y los coloides se unen y forman flóculos, es función del pH. · Alcalinidad: Los coagulantes de hierro o de aluminio forman hidróxidos metálicos que precipitan, forman una especie de red que adhiere y arrastra hacia el fondo las flòculos formados. Los OH necesarios para formar los hidróxidos provienen de la alcalinidad de la solución. 15

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Las variables de operación de la floculación son. · Tipo y dosificación del polieléctrolito ayudante de floculación · Velocidad de mezcla lenta para que se unan los coágulos recién formados y formen flóculos que con mayor peso, y diámetro sedimenten fácilmente. Esta aglomeración debe ser suave, de otra manera los coágulos pueden romperse y se revierten a coloides. · Tiempo de residencia. · Las variables de flotación por aire disuelto son (entre otras) · Tamaño de las burbujas de aire · Presión de operación para licuar el aire · Tasa de disolución de aire en el agua residual · Velocidad de ascensión de las burbujas · Densidad (número de burbujas) por área unitaria de flotación · Siendo tantas las variables de operación para coagulación, floculación, y flotación, muchas veces es complejo aplicar estas tecnologías al tratamiento de aguas residuales. Especialmente por que en el País no disponemos de experiencia en el diseño y construcción local de estos sistemas. Tampoco existen instituciones dedicadas a producir tecnología y materiales aplicables a estos casos. 16

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LA ELECTROQ ELECTRO QUIMICA APLICADA: APLICADA: Quizás para una mejor comprensión de las potencialidades que encierra la Electroquímica podría ser interesante definir brevemente esta parte de la Química e indicar cuales son sus características especiales. En general se conoce como Electroquímica a la ciencia que trata de los movimientos de cargas, normalmente iones, en una fase y de la Transferencia de cargas, normalmente electrones, de una fase a otra. Para lograr este movimiento, o esta transferencia, se utiliza un campo eléctrico que se crea mediante la aplicación de una diferencia de potencial entre dos fases conductoras (normalmente metales) que constituyen lo que se conoce Como electrodos. En el seno de una fase, por ejemplo una disolución, se produce un movimiento de iones, yendo los aniones, partículas cargadas negativamente, hacia la zona de potencial más positivo de la fase, y los cationes, partículas cargadas positivamente, hacia la zona de potencial más negativo. Este tipo de movimiento dota a la fase en la que están presentes los iones, de una propiedad denominada conductividad. Puede haber también, y causada por la aparición de un campo eléctrico entre un electrodo y otra fase, normalmente una disolución, una transferencia de electrones del electrodo a la disolución o viceversa. En esta transferencia se produce una reacción química, es decir, se produce la transformación de un producto en otro. Es esta última propiedad en la que se basan la mayoría de las aplicaciones de la Electroquímica para el cuidado de nuestro Medio Ambiente. 17

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Supongamos dos electrodos metálicos A (metal noble) y B sumergidos en una disolución acuosa de una sal de Pb2+. El electrodo A lo conectaremos al polo positivo de una fuente de corriente y el electrodo B al polo negativo (Fig.1). El paso de corriente produce las siguientes reacciones:

Fig. 1. Procesos de Electrolisis.

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En el electrodo A (ánodo) se realiza la reacción de oxidación del agua de acuerdo con: 2H2O O2 + 4H+ + 4e En donde e simboliza al electrón. En el electrodo B (cátodo) se realiza la reducción de los iones Pb2+ a Plomo metálico según: Pb2+ + 2e Pb La reacción global que ocurre durante la electrolisis de la disolución será: 2H2O + 2Pb2+ 2Pb + O2 + 4H+ Es decir, mediante la aplicación de una diferencia de potencial y como resultado del paso de una corriente, se elimina plomo de la disolución y se produce oxígeno. Si la disolución contuviera un compuesto orgánico tal como ácido fórmico, se habría producido en el ánodo no solo la formación de oxígeno sino la oxidación y eliminación del ácido fórmico, que se transforma en CO2 según: HCOOH CO2 + 2H+ + 2e Considerado desde el punto de vista medioambiental, este sería un método Para eliminar plomo de un agua residual, método que normalmente se emplea no solo para este metal sino para otros muchos. También cabe pensar en su utilización como procedimiento para destruir un compuesto orgánico, ácido fórmico, que se transformaría en CO2, es decir, que se habría “quemado o incinerado”. 19

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Con este esquema en mente, la potencialidad de la Electroquímica para ayudar a la conservación y mejora de nuestro Medio Ambiente es enorme. El cuadro de la figura 2 muestra las posibles aplicaciones ambientales de la electroquímica.

Fig. 2. Electroquímica y Medio Ambiente

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DESTRUCCIÓ N DE MATERIA ORGÁ DESTRUCCIÓ ORG ÁNICA POR OXIDACIÓ OXIDACIÓ N DIRECTA O INDIRECTA:: INDIRECTA La oxidación electroquímica total de compuestos orgánicos que solo contengan carbono conduce a la formación de CO2 en una verdadera reacción de combustión. Así por ejemplo, la oxidación total de metanol conduciría a: CH3OH + H2O CO2 + 6H+ + 6e Dado que prácticamente todos los compuestos orgánicos pueden ser oxidados electroquímicamente, con mayor o menor dificultad. El método Electroquímico de oxidación directa puede ser costoso comparado con los Procesos biológicos. Pero en aquellos casos en que los compuestos orgánicos sean tóxicos para las bacterias de los lechos biológicos, bien por si mismos, caso del fenol y sus derivados, o por su elevada concentración, la oxidación electroquímica directa puede ser aplicada, pero solamente hasta que el agua residual pudiera ser tratada biológicamente. La oxidación indirecta consiste en la generación electroquímica de oxidantes fuertes que a su vez atacan a la molécula orgánica produciendo su degradación. Entre los oxidantes más utilizados se encuentran el ozono O3, agua oxigenada, H2O2, hipoclorito, ClO-, y cloro, Cl2. Estos dos últimos compuestos son agentes muy activos que se generan con gran facilidad y economía. 21

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ELIMINACIÓN DE METALES. Habíamos visto que era posible eliminar plomo de una disolución de sus iones por depósito sobre un cátodo. Esta es una técnica normalmente empleada para descontaminar vertidos procedentes de industrias diversas, fabricación de acumuladores de plomo, sistemas de depósito galvánico, industria química, lodos de depuradoras, etcétera y que permite, por un bajo coste, inferior en muchos casos a 1 Kwh. por metro cúbico de efluente tratado, eliminar metales tan peligrosos para el Medio Ambiente como el plomo, mercurio, cadmio, y recuperarlos en forma aprovechable. Para este tipo de procesos se pueden utilizar, en algunos casos, células muy simples constituidas por uno o varios cátodos y ánodos dispuestos en serie en un contenedor paralelepipédico (fig # 3.)

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Figura # 3. Célula Chemelec para recuperación de metales.

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ELIMINACIÓ N ELIMINACIÓ DE METALES Y COMPUESTOS ELECTROCOAGULACIÓ ELECTROCOAGULACI Ó N Y ELECTROFLOTACIÓ ELECTROFLOTACIÓN:

ORG ÁNICOS ORGÁ

POR

Los precipitados formados durante la coagulación y floculación tienen una gran área superficial y son capaces de adsorber compuestos orgánicos y metales, eliminándolos de la disolución. Esta técnica, puede mejorarse con ayuda de la Electroquímica. Así, si sumergimos en el agua residual a tratar un ánodo de aluminio y un cátodo de hierro y aplicamos un determinado potencial se producirá la disolución del aluminio, con formación de iones Al +3 que, en condiciones adecuadas, formarán una sal insoluble en forma de flóculos que adsorberán a los compuestos orgánicos presentes y a los iones metálicos (electrocoagulación, ver fig # 4).

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Fig #4 . Electrocoagulación y Electroflotación

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Como en el cátodo se produce hidrógeno en forma de burbujas, estas pueden arrastrar a los flóculos formados hacia la superficie (electroflotación), de la que pueden ser retirados mediante un simple barrido mecánico. Este método presenta la ventaja sobre el método químico clásico de que no se necesita la adición de ning ún agente floculante y que los flóculos son arrastrados hacia la superficie y retirados fácilmente de ella. Aunque este método es conocido desde hace tiempo, está experimentando actualmente un resurgimiento debido a su bajo coste y sencillez. ELECTRODIÁLISIS La Química ha desarrollado membranas similares a las que existen en la Naturaleza y que son capaces de seleccionar, en razón de su carga, a los iones que intentan atravesarlas. Así, las llamadas membranas de intercambio catiónicas son permeables casi exclusivamente a cationes, y las llamadas de intercambio aniónico lo son a aniones. Una fácil explicación de esta propiedad es que en los poros de las membranas por los que pueden circular los aniones existe una carga eléctrica elevada, negativa en las membranas catiónicas y positiva en las aniónicas, que origina un rechazo de los iones de igual carga.

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La figura 5 muestra un apilamiento de tales membranas en el que se alternan membranas catiónicas y aniónicas de forma tal que si aplicamos un campo eléctrico entre dos electrodos situados a ambos extremos del apilamiento, en uno de los compartimentos formados se producirá una disminución de la concentración iónica y en el siguiente un aumento de la misma. Esta propiedad permite eliminar sales de una disolución y concentrarlas en otras y es la base de muchos procesos utilizados en la industria de la alimentación. Así, es posible eliminar sodio de la leche (obtención de leches con bajo contenido en sodio), acidez de los zumos de frutas, ácido Tartárico de vinos (estabilización de vinos) y, sal del agua salobre para convertirla en agua potable y/o de riego. En aguas con baja salinidad es una técnica que compite favorablemente con la ósmosis inversa, ya que su coste es menor y menor es también la cantidad de agua rechazada (mayor aprovechamiento del agua salobre). Sin embargo, aunque puede ser utilizada para desalar agua de mar, es en este caso, una tecnología menos competitiva que la ósmosis inversa o la destilación.

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Figura 5. Sistema de Electrodiálisis

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Se ve clara la utilización medioambiental de la Electrodiálisis. Los efluentes con elevada carga salina pueden ser tratados para lograr aguas residuales de baja salinidad y la disolución concentrada puede ser utilizada para recuperar, si es interesante, la sal contenida en el efluente. Además, mediante una ingeniosa mezcla de dos procesos electródicos y una membrana se puede regenerar el ácido y la base origen de la sal. Hemos visto pues, en este rápido paso a través de la Electroquímica, que esta ciencia posee una gran potencialidad para ser utilizada para la conservación y mejora del Medio Ambiente. PROSELQUIM, Empresa propiedad de los autores de este artículo, ha desarrollado la tecnología y esta en condiciones de aplicar procesos de electrocoagulación, electrofloculación, y electroflotación al tratamiento de aguas residuales de la Industria Ecuatoriana: Para ello ha diseñado y construido varios equipos piloto que cubre un rango de caudales de 100-1500 ltrs/hr y tiempos de residencia de 0.5-15 minutos. Con estos rangos se piensa obtener parámetros de diseño confiables hasta para escalas de uno a quince, es decir hasta caudales de 1.5 - 22.5 metros cúbicos/hora. De igual manera se cuenta con una tecnología confiable para construir, montar y operar sistemas de producción de cloro de hasta 120 Kg. /día de cloro libre disponible (equivalentes a 1200 Kg. /día de hipoclorito de sodio al 10%). 29

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Actualmente con estos equipos damos mantenimiento bactericida, algicida, y microbicida a 11000 metros cúbicos de aguas de reservorios contra-incendios PROSELQUIM con la ayuda de AEISA y la Universidad Vicente Rocafuerte seguirá investigando la aplicación de técnicas electroquímicas a los procesos señalados como Electrodiálisis, oxidación directa, bactericida y algicida en torres de enfriamiento, y otros. (Consultar esta ultima con AEISA y el Ing Rodrigo Dávila) OBJETIVOS: Los objetivos, a corto plazo, de los autores son: • Establecer una metodología para estudio y diseño de procesos de aguas residuales • Seguir mejorando los equipos pilotos con el objetivo de obtener mejores parámetros de diseños de tal manera de construir equipos confiables, eficientes de bajo costo de construcción y bajo costo de operación • Entrenar a los usuarios de estos sistemas, tanto en la operación y mantenimiento de los equipos, como en sistemas de control de contaminación en general, con el objeto de que también contribuyan al control ambiental de la empresa, y de la ciudad

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Mejorar constantemente la tecnología de producción de equipos de producción de cloro. • Aprovechar la experiencia adquirida para fabricar también equipos generadores de iones de cobre y de plata como algicidas y germicidas en sistemas de enfriamiento y de almacenamientos de agua •

A mediano plazo: Desarrollar otras aplicaciones de la electroquímica: producción de agua ultra pura, mezclas de gases oxidantes, tratamientos de torres de enfriamientos, procesos de Electrodiálisis. Lógicamente con las limitaciones económicas impuestas por el costo de las investigaciones. •

Diseñar y construir equipos pilotos que sirvan para la investigación y la enseñanza de procesos de producción de agua potable y de tratamientos de aguas residuales, en coordinación con AEISA Y La Universidad Laica Vicente Rocafuerte •

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METODOLOGÍA EMPLEADA: METODOLOGÍ 1) Para diseños de Procesos de Tratamiento de aguas residuales.A. · Se hacen pruebas de jarra con el agua residual a tratar. En el vaso de prueba se vierte 3-5 litros del agua residual a tratar, se le mide conductividad, pH, y temperatura · Se conecta el paquete de electrodos (hierro o aluminio) · Se aplica determinados voltaje, y amperaje. · Se mide el tiempo necesario para desestabilizar el campo eléctrico y que se inicie la coagulación, y este será el tiempo de residencia base del proceso. · Se continua el proceso hasta obtener clarificación completa o · Se cambia electrodos o se recircula la muestra y se la somete a un segundo paso por el electrodo. · Se cambian voltajes y amperajes repitiéndose el proceso de pruebas de jarra. · Se miden pH, temperatura, salinidad, y turbiedad de las muestras tratadas. · Cuando se han determinado, en base a estas pruebas, niveles óptimos de amperajes, voltajes, tiempo de residencias y pasos de electrodos se procede a : 32

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B. Pruebas a flujo continuo en el laboratorio:-Se emplean los equipos pilotos con capacidad de procesamiento de 1-2 ltrs/minuto y se aplican los parámetros seleccionados en las pruebas de jarra. Se miden pH, turbiedad, temperatura, salinidad, sólidos sedimentables. Se repiten las pruebas variando caudales, voltajes, amperajes, tiempos de residencia, pasos de electrodos, y se seleccionan las mejores muestras para mandarlas a analizar, el DQO. Lógicamente se seleccionan estos parámetros para... C. Pruebas a nivel de flujo continuo en la empresa:-Con la planta piloto de capacidad de 300 ltrs. procesamiento de hasta 1000 ltrs/hr y con los parámetros de operación seleccionados en la etapa anterior, y variando el tiempo de residencia en un rango de 1 a 40 minutos se determinan los parámetros de diseño del proceso en condiciones reales de trabajo. Variando los caudales, los pasos en las celdas electrolíticas, y la salinidad se trata de lograr el menor gasto de energía /metro cúbico de agua residual tratada. Por ejemplo:

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PROGRAMA DE PRUEBAS EN PROCESO CONTINUO, A REALIZAR EN UNA EMPACADORA DE JAIBAS 1.- Un paso de Aluminio 2.- Dos pasos de Aluminio 3.- Un paso de Hierro 4.- Dos pasos de Hierro 5.- Dos pasos de Hierro - Un paso Aluminio 6.- Un paso de Hierro - Dos pasos de Aluminio 7.- Un paso de Hierro - Un paso de Aluminio PARÁMETROS A MEDIR: CAUDALES: 3-6-8-10 LITROS/MINUTO SALINIDADES:300-500-800-1000 PPM TEMPERATURAS, pH, amperajes, voltajes para cada prueba 34

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Parámetros a analizarse 1.- Cruda

2.- Dos pasos de Aluminio

3.- Dos pasos de Aluminio

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De no obtenerse resultados satisfactorios en estas pruebas se seguirá probando con las pruebas enunciadas arriba 4.- Un paso de Hierro

5.- Dos pasos de Hierro

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6.- Dos pasos de Hierro - Un paso de Al

2) Para construcción de equipos de producción de cloro, y de generación de iones de cobre y de plata Se construye la fuente de poder, o sea el rectificador de corriente según la capacidad de producción deseada. • Se construyen los electrodos de cobre y de plata con un peso suficiente para producir determinada cantidad de iones/mes. Estos electrodos son renovables cuando se agotan • Se cortan las panchas de titanio recubiertas de óxidos de metales nobles que han sido importadas. • Se construyen las celdas electrolíticas de producción de cloro con los ánodos de titanio • Los equipos, formados por fuentes de poder y celdas son instalados y puestos a funcionar •

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PROCESOS DESARROLLADOS: Se han desarrollados procesos para el tratamiento de las aguas residuales de: Empacadoras de camarón y de jaibas • Faenamiento de carne y embutidos • Embotelladoras de bebidas efervescentes • Producción de agua potable a partir de aguas superficiales • Clarificación de aguas de pozo séptico para reutilización en riego. • Además se cuenta con la planta piloto y parámetros de operación preliminares para tratamiento de aguas residuales de industrias procesadoras de: •

* * * *

Café soluble Conservas de frutas Faenamiento de pollos Pesticidas 38

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RESULTADOS OBTENIDOS Se cuenta con materiales, equipos, y tecnología para diseñar y construir las fuentes de poder requeridas para los procesos de electrocoagulación, electrofloculación, y electroflotación. Se cuenta con la tecnología, materiales y equipos para construir generadores de cloro, que producen una solución de 10,000 ppm, en capacidades desde 600 gr./día hasta 48 Kg./día de cloro libre disponible. • Se han construido generadores de cobre con capacidad de hasta 20ppm como cobre metálico, y de plata de hasta 1.o ppm. • En la República del Salvador se han introducido los clorinadores, con una venta inicial de 30 equipos: Próximamente se los introducirá en Guatemala. • Igualmente en Centroamérica se han hecho demostraciones de la tecnología electroquímica, con equipo piloto construido en PROSELQUIM. Es posible que se haga un contrato para construir una planta de tratamiento electroquímico de aguas residuales de una empacadora de camarón, y otro de una granja avícola en el Salvador. • Es decir nos podríamos convertir en un exportador de tecnología de tratamientos de aguas residuales. •

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Sin lugar a dudas la electrocoagulación-electrofloculación-electroflotación es una muy buena alternativa para el tratamiento de aguas residuales. Los menores tiempos de residencia requeridos por algunas dispersiones coloidales (pueden ser tan bajos como 0.5 minutos. En promedio hemos empleado 3-5 minutos) para lograr total clarificación se traducen en plantas mas compactas que requieren mucho menos terreno, y unidades de tratamiento mas pequeñas haciéndolas mas baratas. · Los procesos electroquímicos reducen la DBO, y la DQO en un porcentaje mucho mayor que los procesos químicos. Algunos fabricantes de equipos electroquímicos proclaman reducciones de hasta 99% DQO para ciertos efluentes. · Producen menores cantidades de lodos. El lodo es mas espeso y fácil de secar · El aluminio o el hierro metálico que se desprende en forma iónica de los electrodos de sacrificio, es más eficiente que el contenido en las sales respectivo y por lo tanto se necesita menos cantidad de coagulante. · El gasto de energía eléctrica, y la eficiencia de desprendimiento del coagulante, se lo controla mediante la conductividad. En nuestros estudios hemos tenido promedio de consumos de 2-3 Kw.-hr/metro cúbico de agua residual tratada, con picos de hasta 8 Kw.-hr por metro cúbico en aguas muy cargadas con tintes. 40

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· A veces los electrodos se pasivan disminuyendo la eficiencia del proceso. Esto puede ser debido a compuestos que reaccionan y forman una capa o película sobre la superficie del electrodo. · El control del pH es fundamental ya que tanto el hierro como el aluminio tienen un rango de trabajo óptimo que es función del pH. RECOMENDACIONES: · Un sistema semi-continuo en el cual se controla el pH previo al ingreso al tratamiento electroquímico puede aumentar la eficiencia del proceso · Es necesario desarrollar un sistema para limpiar en lí nea los electrodos, antes o cuando se pasivan. · La alternativa es programar paradas para limpiar o reemplazar los electrodos cada cierto tiempo Chatarra de hierro y de aluminio pueden ser usadas para fabricar electrodos

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ANEXO 1 RESULTADOS DE ALGUNAS PRUEBAS DE JARRAS

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0BSERVACIONES: Hay actividad y buena conductividad pero la espuma no es muy consistente ; es aguada hay buena formación de lechos. Las muestras que fueron tomadas sin agitación clarifican más rápido que las muestras con agitación, esto puede ser por: a) la agitación es muy rápida b) la coagulación era tan buena que no necesitaba la floculación. Hay gran cantidad de flóculos en suspensión en las muestras agitadas y los lodos no están bien compactados en ambas muestras donde se observa que no se ha liberado completamente el hidrógeno (presencia de burbujas). 43

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ELECTROCOAGULACIÓN - ELECTROFLOCULACIÓN FECHA: OCTUBRE 26 /2002 CORRIDA: # 1 CONCENTRACIÓN: 6000ppm TIEMPO DE INICIO: 10:26 CAUDAL: 5 lt. / min. VOLTAJE TOTAL: 24.1 # DE CELDAS: 12 y 12 TIPO DE ELECTRODO: Aluminio

EFLUENTE: Agua + arcilla SALINIDAD: 5000ppm T. DE FIINALIZACION: 10:55 T. DE RESIDENCIA: 2 min. AMPERAJE: 10.99 VOLTAJE POR CELDA: 2.0083

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ELECTROCOAGULACIÓN - ELECTROFLOCULACION FECHA: NOVIEMBRE 1 /2002 100lt. De agua CORRIDA: # 2 EFLUENTE: Agua + arcilla CONCENTRACIÓN: 5000 ppm SALINIDAD: 200 ppm TIEMPO DE INICIO: 1: 07 PM. T. DE FINALIZACION: 1:21 PM CAUDAL: 5 lit / min. T. DE RESIDENCIA: 2 min. VOLTAJE TOTAL: 14 AMPERAJE: 1.39 # DE CELDAS: 6*4 VOLTAJE POR CELDA: TIPO DE ELECTRODO: Aluminio

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0BSERVACIONES: 13: 10 h amperaje: 1.39 13: 20 h amperaje: 1.81

voltaje: 14 voltaje: 13,73

Muestra #1 Sin agitación: a 17 min. De inicio de clarificación (1:28) Lodos sedimentados en mínima cantidad; turbiedad alta; flóculos pequeños Con agitación: a 15 min. De inicio de clarificación (1:30) Formación de flóculos grandes en suspensión, turbiedad media (liquido no es tan transparente); lodos en el fondo en poca cantidad. 1:32 la liberación de Hidrógeno produce la sedimentación de grandes flóculos pesados. Conclusión: La agitación ayudó a la clarificación del agua, con la formación de flóculos que luego se sedimentaron.

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Muestra # 2 Sin agitación: a 18 min. (1:35) Buena formación de lodos, algunos en la superficie; buena clarificación, flóculos en suspensión, turbiedad regular (liquido semitransparente). Con agitación: a 20 min. (1:37) Muy buena formación de lodos, algunos en la superficie; buena clarificación; pequeños flóculos en suspensión, líquido semitransparente. Conclusión: Nuevamente la agitación favorece a la formación de flóculos lo que da como resultado una buena clarificación, con una remoción de sólidos suspendidos muy buena. Hubo variación en el voltaje y amperaje.

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ELECTROCOAGULACIÓN - ELECTROFLOCULACIÓN FECHA: NOVIEMBRE 1 /2002 CORRIDA: # 2 CONCENTRACIÓN: 5000ppm TIEMPO DE INICIO: CAUDAL: 5 lt. / min. VOLTAJE TOTAL: 24 # DE CELDAS: 6*4 TIPO DE ELECTRODO: Aluminio

EFLUENTE: Agua + arcilla SALINIDAD: 200ppm T. DE FIINALIZACION: 1:21 PM T. DE RESIDENCIA: 2 min. AMPERAJE: VOLTAJE POR CELDA:

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ELECTROCOAGULACIÓN - ELECTROFLOCULACIÓN FECHA: NOVIEMBRE 1 /2002 100lt. De agua CORRIDA: # 3 CONCENTRACIÓN: 5000 ppm TIEMPO DE INICIO: 2: 16 PM. CAUDAL: 5 lit / min. VOLTAJE TOTAL: # DE CELDAS: 6*4 TIPO DE ELECTRODO: Aluminio

EFLUENTE: Agua + arcilla SALINIDAD: 300 ppm T. DE FINALIZACION: 2:26 PM T. DE RESIDENCIA: 2 min. AMPERAJE: VOLTAJE POR CELDA:

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0BSERVACIONES: 14: 19 h amperaje: 2.42 voltaje: 14 14H23: Buena formación de lecho filtrante, pero no es compacto. 14: 26 h amperaje: 2.45 voltaje: 13.97 Muestra #1 Sin agitación: a 12 min. (2:33) Buena clarificación, líquido semitransparente; flóculos en suspensión y en movimiento; pocos lodos sedimentados ya que se encuentran como sobrenadantes en la superficie en grandes cantidades. Con agitación: a 12 min. De inicio de clarificación (2:36) Buena clarificación en poco tiempo, líquido semitransparente, pequeños flóculos en suspensión, más lodos sedimentados que en la primera muestra, gran cantidad de lodos sobrenadantes. 50

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Muestra # 2 Sin agitación: a 15 min. (2:40) Buena clarificación, liquido transparente (algo turbio), pequeños flóculos en suspensión Lodos sedimentados y compactos; poco sobrenadante. Con agitación: a 15 min. (2:43) Muy buena clarificación en poco tiempo; buena formación de lodos sedimentados y pocos en la superficie.

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ELECTROCOAGULACIÓN - ELECTROFLOCULACIÓN FECHA: NOVIEMBRE 1 /2002 CORRIDA: # 3 CONCENTRACIÓN: 5000ppm TIEMPO DE INICIO: 2:16 PM CAUDAL: 5 lt. / min. VOLTAJE TOTAL: # DE CELDAS: 6*4 TIPO DE ELECTRODO: Aluminio

EFLUENTE: Agua + arcilla SALINIDAD: 300ppm T. DE FIINALIZACION: 2:26 PM T. DE RESIDENCIA: 2 min. AMPERAJE: VOLTAJE POR CELDA:

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ELECTROCOAGULACIÓN - ELECTROFLOCULACIÓN FECHA: NOVIEMBRE 4 /2002 100lt. De agua CORRIDA: # 4 CONCENTRACIÓN: 5000 ppm TIEMPO DE INICIO: 11:29:19 CAUDAL: 4.36 lit / min. VOLTAJE TOTAL: # DE CELDAS: 6*4 TIPO DE ELECTRODO: Aluminio

EFLUENTE: Agua + arcilla SALINIDAD: 400 ppm T. DE FINALIZACION: 11:44 T. DE RESIDENCIA: AMPERAJE: VOLTAJE POR CELDA:

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ELECTROCOAGULACIÓN - ELECTROFLOCULACIÓN FECHA: NOVIEMBRE 4 /2002 100lt. De agua CORRIDA: # 4 CONCENTRACIÓN: 5000 ppm TIEMPO DE INICIO: 11:29:19 CAUDAL: 4.36 lit / min. VOLTAJE TOTAL: # DE CELDAS: 6*4 TIPO DE ELECTRODO: Aluminio

EFLUENTE: Agua + arcilla SALINIDAD: 400 ppm T. DE FINALIZACION: 11:44 T. DE RESIDENCIA: AMPERAJE: VOLTAJE POR CELDA:

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0BSERVACIONES: 11: 31 h amperaje: 2.14 11: 35 h amperaje: 2.35 11h41: amperaje: 2.50

Q 1 = 4.36 lt / min. Q 2 = 4.21 lt /min. voltaje: 13.92

Voltaje: 14.02 Voltaje: 13.95

Muestra #1 Sin agitación: 11:49 Aparentemente en dos muestras existen comportamientos diferentes: Flóculos grandes suspendidos Flóculos pequeños en suspensión Lodos en la superficie Pocos lodos en la superficie Gan cantidad de sedimento (lodos) Poca cant. de sedimento (1/2) Liquido opaco casi transparente liq. Opaco casi transparente 11:53 caen los lodos a la superficie Con agitación: 11:52 Buena clarificación del efluente, líquido casi transparente (opaco), poco sedimento, lodos flotantes en la superficie en gran cantidad. 55

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Muestra # 2 Sin agitación: 11:57 Nuevamente en dos muestras tomadas simultáneamente existen variaciones notorias. Flóculos grandes en suspensión Lodos en la superficie en poca cantidad Sedimento en buena cantidad Liquido transparente algo turbio Buena clarificación

Flóculos pequeños en suspensión No hay lodos en la superficie ½ parte de sedimento de la otra mues. Igual pero más turbio Buena clarificación

Con agitación: Líquido claro muy transparente, buena clarificación, flóculos en suspensión, buena cantidad de sedimento

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ELECTROCOAGULACIÓN - ELECTROFLOCULACIÓN FECHA: NOVIEMBRE 4 /2002 CORRIDA: # 4 CONCENTRACIÓN: 5000ppm TIEMPO DE INICIO: 11:29:19 CAUDAL: 4.36 lt. / min. VOLTAJE TOTAL: # DE CELDAS: 6*4 TIPO DE ELECTRODO: Aluminio

EFLUENTE: Agua + arcilla SALINIDAD: 400ppm T. DE FIINALIZACION: 11:44 T. DE RESIDENCIA: AMPERAJE: VOLTAJE POR CELDA:

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ANEXO 2 EQUIPOS PARA PRUEBAS DE JARRAS EQUIPO PILOTO PARA PRUEBAS EN FLUJO CONTINUO A 1 – 2 lts/min, DOS CELDAS DE ELECTROCOAGULACIÒN

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MUESTRA ELECTROCOAGULADA EN PROCESO DE SEDIMENTACIÓN

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MUESTRAS: IZQUIERDA (RECIEN SALIDA DE ELECTROCOAGULACION) DERECHA (3 MINUTOS DE SEDIMENTACIÒN)

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