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Sistema para el tratamiento de efluentes por electrocoagulacion. Download PDF

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Abstract

Sistema para el tratamiento de efluentes por electrocoagulación.
Este sistema que comprende: un cátodo (6), un ánodo tubular (4) asociado un posicionador regulable (1) que permite desplazarlo axialmente para ajustar la separación entre el ánodo (4) y el cátodo (6), un rascador (5) de altura variable que actúa sobre el ánodo (4) impidiendo la acumulación de residuos sobre dicho ánodo, una bomba (11) de velocidad regulable asociada un conducto (10) de entrada de efluentes que proporciona un caudal continuo y regulable de los efluentes a tratar hacia una zona de paso y tratamiento definida por el conducto (10) tubular del ánodo y por el espacio existente entre el ánodo (4) y el cátodo (6), un depósito (12) de acumulación y decantación del efluente tratado y una unidad de control (16) que mantiene constante la intensidad de corriente durante el proceso continuo de electrocoagulación.

Description

Sistema para el tratamiento de efluentes por electrocoagulación.
Objeto de la invención
El objeto de la presente invención se refiere a un sistema para el tratamiento de efluentes por electrocoagulación, siendo dicho sistema del tipo de los que comprenden un ánodo de sacrificio y un cátodo a los que se aplica una diferencia de potencial eléctrica para someter el efluente a un proceso electroquímico y conseguir una agrupación de material coloidal y su separación por flotación y/o decantación.
Antecedentes de la invención
Actualmente se conocen diferentes sistemas que utilizan un proceso de electrocoagulación o electroquímico para el tratamiento de efluentes procedentes de usos domésticos o industriales.
Este proceso de electrocoagulación se produce al aplicar una diferencia de potencial entre un ánodo y cátodo que se encuentran sumergidos o en contacto con el efluente a tratar, comenzando la reducción en el cátodo y oxidación en el ánodo.
La generación de oxígeno por la oxidación del agua, en las proximidades del ánodo, genera la formación de iones H^{+}, que por su carga positiva son atraídos por el cátodo.
En el cátodo, la reducción del agua para formar hidrógeno, genera la producción de iones OH^{-}, que al contrario de los anteriores, son atraídos hacia el ánodo.
El incremento del pH, generado en el cátodo, favorece la precipitación de los iones metálicos contenidos en el efluente.
En los sistemas que utilizan este proceso de electrocoagulación se plantean de forma generalizada diversos inconvenientes; siendo de destacar, de una parte, que el ánodo, como consecuencia de su disolución, se desgasta, por lo que se denomina habitualmente "ánodo de sacrificio", siendo preciso proceder con cierta frecuencia a su sustitución, lo que no resulta especialmente sencillo y, de otra parte, que la aglomeración de los productos de reacción y de los hidróxidos insolubles sobre la superficie del ánodo, forma un recubrimiento que merma, y finalmente impide, la continuidad del proceso de electrocoagulación.
Estos sistemas de tratamiento se aplican en diferentes sectores y con distintas finalidades, tales como: la industria metalúrgica (oxidación y precipitación de metales pesados), alimentaria (desinfección y reutilización de aguas, tratamiento de alpechines en la elaboración de aceites, tratamiento y eliminación de grasas, tratamiento de efluentes con sangre), ganadera (tratamiento de purines), farmacéutica (eliminación de ecotoxicidad en vertidos, disminución y eliminación de moléculas orgánicas), del medioambiente (descontaminación de aguas subterráneas, eliminación de metales, hidrocarburos, pesticidas y fitosanitarios, tratamiento de lixiviados -reduce y elimina metales pesados, materia orgánica, compuestos nitrogenados, sales y demás contaminantes dando una calidad apta para su reutilización en riego o limpieza y vertido), cosmética (reducción de carga orgánica, eliminación de colores y grasas), papelera (eliminación de fibras, sólidos y carga orgánica), textil (eliminación de color y carga orgánica), química (eliminación de metales, sales, materia orgánica, olor, color), galvánica (eliminación de metales pesados) y petrolera (eliminación de hidrocarburos, metales, etc).
Son conocidos diversos antecedentes registrales relacionados con este campo, como por ejemplo, las patentes de invención con numero de publicación: ES510490 de Westinghouse Electric Corporation, ES2018951 de Ignacio Llatas Escrig, ES2148680 de Ming Shing Lee, ES2199557 Scott Wade Powell,
número publicación patente ES2080694 de Ladis-
lao Acuña Arranz, número publicación patente ES2211804 de Ecopsi y el modelo de utilidad con numero de publicación ES1024675 de Ladislao Acuña Arranz.
La mayoría de estas patentes tratan sobre sistemas de tratamiento de efluentes de forma discreta, que consiste en verter una determinada cantidad de efluente en una cuba o tanque para someterlo a un proceso de electrocoagulación, siendo preciso extraer posteriormente del tanque efluente tratado y repetir las operaciones de llenado, tratamiento y vaciado. Por tanto, estos sistemas no permiten la aplicación del tratamiento de electrocoagulación en continuo sobre un caudal de efluente, y son excesivamente lentos; además tienen el inconveniente de que no permiten un control del funcionamiento adaptado, en cada momento, a la producción continua de efluentes a tratar.
En la patente ES2148680 de Ming Shing Lee se hace referencia a un sistema que resuelve, al menos parcialmente, los problemas mencionados mediante una construcción que contempla la división del ánodo y el cátodo en múltiples planchas intercaladas, lo que permite un proceso continuo porque el flujo de efluentes discurre lentamente entre sucesivas las placas, alargando el tiempo de paso de efluente, para simular una cuba estanca con un flujo continuo. Sin embargo esta construcción es compleja y costosa, sobre todo teniendo en cuenta que el ánodo se desgasta y se debe reponer periódicamente, desmontando la instalación, lo que supone un trabajo complejo y elevados costes de mantenimiento.
Descripción de la invención
El sistema para el tratamiento de efluentes por electrocoagulación de esta invención comprende una serie de particularidades técnicas que permiten obtener: un rendimiento óptimo de dicho tratamiento, la realización en continuo del tratamiento de un caudal ajustable de efluentes a tratar, una regulación de la distancia o separación existente entre el ánodo y el cátodo, el mantenimiento de la intensidad de la corriente de electrocoagulación a un valor constante y predeterminado, y una gran simplicidad constructiva que permite sustituir el ánodo de forma fácil y sencilla.
El sistema preconizado es adecuado para la eliminación de contaminantes en efluentes diversos, que justifican su aplicación industrial. Es adecuado para el tratamiento de: materia orgánica, aceites y grasas, metales pesados, sólidos en suspensión y coloides. Además permite la corrección de la dureza del agua y la desinfección de bacterias, virus y parásitos, por efecto de descarga eléctrica o electrólisis.
De acuerdo con la invención, el sistema comprende un ánodo tubular desplazable en dirección axial y que se encuentra enfrentado verticalmente a un cátodo preferentemente discoidal. Dicho ánodo tubular se encuentra asociado a un posicionador regulable que lo desplaza axialmente de forma controlada y que permite ajustar la separación existente entre el ánodo y el cátodo con el fin de optimizar el funcionamiento del sistema en función del efluente a tratar.
El sistema comprende además un rascador de altura variable dispuesto entre el ánodo y el cátodo y que actúa sobre el ánodo impidiendo la acumulación de residuos sobre dicho ánodo. Este rascador, al impedir la acumulación de residuos sobre el ánodo garantiza que el ánodo se mantenga en unas condiciones optimas durante el funcionamiento del sistema y que el proceso de electrocoagulación no se vea mermado o interrumpido por la acumulación de residuos sobre el ánodo.
Según la invención este sistema comprende además una bomba, accionada por un motor de velocidad variable y asociada un conducto de entrada de efluentes; siendo dicha bomba la encargada de proporciona un caudal continuo y regulable de los efluentes a tratar hacia una zona de paso y tratamiento definida por el conducto tubular del ánodo y por el espacio existente entre el ánodo y el cátodo.
De esta forma el caudal continuo de efluentes proporcionado por la bomba es sometido a su paso por el espacio existente entre el ánodo y el cátodo a un proceso de electrocoagulación, pasando finalmente el efluente tratado a un depósito inferior de acumulación y decantación.
La constitución física del conjunto de ánodo y cátodo permite que el tratamiento de los efluentes sea continuo, ya que el flujo es direccional y no estacionario. Además, la acción del rascador, es fundamental para la limpieza de las aglomeraciones de insolubles que se acumulan habitualmente sobre el ánodo, permitiendo que el proceso de electrocoagulación sea el optimo en todo momento.
El suministro de potencia eléctrica al conjunto de ánodo y cátodo para llevar a cabo la electrocoagulación comprende una unidad de control con un variador de tensión (por ejemplo un convertidor AC/DC) y un controlador de la intensidad de corriente que circula entre el ánodo y el cátodo, con el fin de mantener constante dicha intensidad en un valor predeterminado durante el proceso de electrocoagulación mediante la acción sobre la tensión o diferencial de voltaje aplicado de forma continua.
Según las características del efluente a tratar, se determina una intensidad de comente eléctrica de trabajo óptima y una distancia adecuada entre ánodo y cátodo para el paso de esta corriente según la conductividad del efluente, permitiendo así controlar, dentro de unos márgenes, parámetros tales como el caudal de efluente, la velocidad de rascado del ánodo y retirada de las aglomeraciones de insolubles, el consumo eléctrico por unidad de efluentes tratados y las protecciones eléctricas.
Una característica importante de la invención es que la unidad de control maneja de forma continua el variador de tensión, al que están conectados el ánodo y el cátodo, con el fin de mantener constante la intensidad de corriente que circula entre ambos. En caso de que se cortocircuitaran el ánodo y el cátodo, dicha monitorización de la intensidad de corriente constante evita que sean necesarias protecciones exteriores al sistema al desconectarse el variador de tensión y evitarse así corrientes excesivas. De otra parte, dicho variador de tensión evita que se produzca entre el ánodo y el cátodo el salto de un arco voltaico, lo que resulta especialmente peligroso para los operarios y es frecuente en los sistemas conocidos de tratamiento de efluentes por electrocoagulación.
El rascador dispuesto entre el ánodo y el cátodo está constituido por una o varias palas unidas a un eje sensiblemente vertical dispuesto de forma pasante por el conducto tubular del ánodo y a través del cátodo. Dicho eje está relacionado por su extremo superior con un motor de accionamiento, de velocidad variable, que es controlado desde la unidad de control.
Las palas del rascador son desmontables e intercambiables por otras de altura predeterminada según los parámetros de trabajo con el efluente a tratar. De esta manera es fácil adecuar los parámetros de trabajo cuando se cambian las características contaminantes del efluente, bastando para ello con ajustar la intensidad de corriente, la separación entre el ánodo y el cátodo y las palas del rascador por unas de altura acorde a la separación entre el ánodo y el cátodo.
El posicionador que permite desplazar axialmente el ánodo es accionado a través de la unidad de control y puede estar compuesto por un cilindro hidráulico o neumático o por otro elemento equivalente que permita dicho desplazamiento del ánodo. Este posicionador permite ajustar la posición del ánodo de forma esté siempre en contacto con el rascador, pero sin presionarlo y a una distancia predeterminada del cátodo, con independencia del desgaste del ánodo. Cuando el ánodo se ha desgastado hasta un punto que aconseja su recambio por otro nuevo, el posicionador permite un rápido intercambio.
Los efluentes tratados por el proceso de electrocoagulación son recogidos a la salida del conjunto ánodo-cátodo por un colector que los descarga en un depósito de acumulación y decantación.
En este depósito se realiza la separación del agua depurada a través de una salida adecuada, ya sea para su reutilización o paso a otro tratamiento. También existe un sensor de nivel que evite un vertido no deseado por sobrellenado.
Este depósito esta provisto de un agitador conectado al eje del rascador y que gira conjuntamente con aquél, y de una salida superior para la evacuación por rebosamiento, hacia un depósito de acumulación, de los barros en flotación que son desplazados hacia la superficie del efluente tratado por las microburbujas de gas formadas en la electrocoagulación. Este depósito también dispone de una salida inferior para la extracción de los barros acumulados por decantación o precipitación.
Descripción de las figuras
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 muestra una vista esquemática en alzado de un ejemplo de realización del sistema para el tratamiento de efluentes por electrocoagulación
La figura 2 muestra un detalle explosionado en perspectiva del ánodo parcialmente seccionado, del cátodo y del rascador.
La figura 3 muestra un diagrama de bloques de los elementos eléctricos del sistema relacionados con la unidad de control.
Realización preferente de la invención
Como se puede observar en las figuras referenciadas, el sistema comprende un ánodo tubular (4), enfrentado a un cátodo (6), preferentemente discoidal, dispuesto en posición inferior, existiendo entre ambos un rascador (5) en contacto con ambos y cuyas palas desmontables (20) determinan la separación entre ánodo (4) y cátodo (6).
El ánodo (4) se encuentra soportado por un posicionador superior (1) mediante un cilindro hidráulico o neumático que le confiere un movimiento axial durante el funcionamiento del sistema para compensar el desgaste del ánodo y mantener a un valor predeterminado la distancia entre ánodo (4) y cátodo (6). Este posicionador (1) permite el desmontaje y sustitución rápida del ánodo (4) cuando éste se haya desgastado.
El sistema comprende un conducto (10) de entrada de efluentes que alimenta el sistema por el conducto tubular del ánodo (4), estando el caudal de efluentes determinado por una bomba (11) de velocidad variable.
A su vez, el extremo superior del eje del rascador (5) se encuentra asociado, mediante un acoplamiento rápido, tipo bayoneta, con un motor (2) de accionamiento que se encuentra fijado a un chasis (3). Cuando se necesita desmontar el ánodo (4) se extrae dicho motor (2) para facilitar la operación simplemente quitando unos tornillos de anclaje del citado chasis (3) y desacoplando el eje del motor (2) del eje del rascador (5).
El eje del rascador (5) se prolonga inferiormente a través del cátodo (6) hasta un agitador inferior (13) alojado en el depósito (12) de almacenaje y decantación del efluente tratado.
Por debajo del cátodo (6) se encuentra situado un colector (18) que conduce los efluentes tratados hacia el interior del depósito (12).
El ánodo (4) y el cátodo (6) están relacionados con una unidad de control (16) del sistema que comprende un controlador (19) de la intensidad de corriente que circula entre ánodo (4) y cátodo (6) y un variador de tensión (17) de alimentación, tal como un convertidor AC/DC. En esta unidad de control (16) dispone de una pantalla táctil, para el control y manejo de la instalación, realizándose mediante esta pantalla táctil el ajuste de los parámetros de funcionamiento del sistema, tales como: el valor de la intensidad de la corriente a aplicar en el tratamiento de electrocoagulación, la distancia o separación existente entre el ánodo (4) y el cátodo (6), el caudal entrante de efluente a tratar, el caudal saliente de efluente tratado, y la velocidad del motor (2) que provoca el giro del rascador (5) y del agitador (13). En esta pantalla también se visualizan las alarmas, el consumo eléctrico del sistema y la tensión del variador (17).
El depósito (12) comprende: una salida intermedia (14) de efluentes tratados que puede estar provista de una electroválvula o de una motobomba de velocidad variable controlable desde la pantalla táctil; una salida inferior (9) de barros precipitados para su tratamiento; y una salida superior (7) para la descarga por rebosamiento de los barros en flotación hacia un depósito (8) de almacenamiento de barros.
El mencionado depósito (12) también dispone de un sensor de nivel (15) para evitar el sobrellenado, estando los mencionados elementos conectados con la unidad de control (16) para un funcionamiento totalmente automático.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de la invención que se reivindican a continuación.

Claims (15)

1. Sistema para el tratamiento de efluentes por electrocoagulación, del tipo de los que comprenden al menos un ánodo (4) y un cátodo (6) relacionados con una unidad de control (16) y potencia que les aplica una diferencia de potencial eléctrica para someter el efluente a un proceso de electrocoagulación y conseguir una agrupación y separación de materias coloidales, caracterizado porque comprende:
- un ánodo tubular (4) desplazable en dirección axial y enfrentado verticalmente a un cátodo (6) preferentemente discoidal,
- un posicionador regulable (1) para el desplazamiento axial del ánodo (4) y el ajuste de la separación existente entre el ánodo (4) y el cátodo (6),
- al menos un rascador (5) de altura variable dispuesto entre el ánodo (4) y el cátodo (6) y que actúa sobre el ánodo (4) para impedir la acumulación de residuos sobre dicho ánodo (4),
- una bomba (11) de velocidad regulable asociada un conducto (10) de entrada de efluentes que proporciona un caudal continuo y regulable de los efluentes a tratar hacia una zona de paso y tratamiento definida por el conducto (10) tubular del ánodo (4) y por el espacio existente entre el ánodo (4) y el cátodo (6) y,
- un depósito (12) de acumulación y decantación.
2. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de control (16) comprende un variador de tensión (17) y un controlador de la intensidad (19) que circula entre el ánodo (4) y el cátodo (6); manteniendo constante, dicha unidad de control (16), la intensidad de comente en un valor predeterminado durante el proceso de electrocoagulación.
3. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un colector inferior (18) que conduce los efluentes desde la zona de tratamiento hasta el depósito (12) de acumulación y decantación de los efluentes tratados.
4. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el rascador (5) está conformado en un material eléctricamente aislante.
5. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el rascador (5) está constituido por una o varias palas (20) unidas a un eje central que pasa por el conducto interior del ánodo (4) y está relacionado con un motor de accionamiento (2).
6. Sistema, según la reivindicación 5, caracterizado porque las palas (20) son desmontables e intercambiables por otras de altura predeterminada y acorde con la separación entre el ánodo (4) y el cátodo (6).
7. Sistema, según la reivindicación 5, caracterizado porque el motor (2) es de velocidad variable.
8. Sistema, según la reivindicación 5, caracterizado porque el motor (2) es desmontable del eje del rascador (5) y del chasis (3) de apoyo para la extracción y/o reposición del ánodo (4).
9. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el posicionador (1) comprende un cilindro hidráulico o neumático de accionamiento.
10. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el depósito (12) comprende una salida intermedia (14) para la extracción de los efluentes tratados.
11. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el depósito (12) de comprende un sensor de nivel (15).
12. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el depósito (12) comprende una salida superior (7) para la salida por rebosamiento de los barros en flotación hacia un depósito (8) de acumulación de barros.
13. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el depósito (12) comprende una salida inferior (9) para la extracción de los barros precipitados o decantados.
14. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el depósito (12) está provisto de un agitador (13).
15. Sistema, según la reivindicación 14, caracterizado porque el agitador (13) está asociado al eje del rascador (5).
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