ES2402244B1

ES2402244B1 - Reactor combinado de electrocoagulación y electroflotación para tratamiento electroquímico de agua residual.

Info

Publication number: ES2402244B1
Application number: ES201130644A
Authority: ES
Inventors: Manuel Andrés RODRIGO RODRIGO; Pablo Cañizares Cañizares; Cristina SÁEZ JIMÉNEZ; Justo Lobato Bajo; Carlos JIMÉNEZ IZQUIERDO; Fabiola MARTÍNEZ NAVARRO
Original assignee: Universidad de Castilla La Mancha
Current assignee: Universidad de Castilla La Mancha
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2014-03-10
Anticipated expiration: 2031-04-25
Also published as: ES2402244A1

Abstract

Reactor combinado de electrocoagulación y electroflotación para tratamiento electroquímico de agua residual.#Permite la recolección separada de hidrógeno gaseoso liberado durante dicho tratamiento electroquímico. Comprende: una primera cámara (2) con un ánodo (5); una segunda cámara (3), con un cátodo (8), comunicada por la parte inferior con la primera cámara (2) y separada de dicha primera cámara (2) por la parte superior; una fuente de fuerza electromotriz, conectada al ánodo (5) y al cátodo (8); y unos medios de recolección (15), en la parte superior de la segunda cámara (3), para retirar hidrógeno formado en la segunda cámara (3) mediante oxidación de los protones del agua por parte del cátodo. Dichos medios de recolección comprenden preferentemente una tapa (16) en forma de cúpula, para retener el hidrógeno, y unos medios de conducción (17) para retirar el hidrógeno retenido.

Description

REACTOR COMBINADO DE ELECTROCOAGULACIÓN Y ELECTROFLOTACIÓN PARA TRATAMIENTO ELECTROQUÍMICO DE AGUA RESIDUAL

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OBJETO DE LA INVENCIÓN

10 La presente invención se puede incluir en el campo técnico del tratamiento de aguas residuales por medios electroquímicos, en particular, se refiere a un reactor combinado de electrocoagulación y electroflotación para tratamiento electroquímico de agua residual.

15 ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La coagulación asistida electroquímicamente, también denominada

electrocoagulación (EC), es un proceso electroquímico en el que a partir de

compuestos procedentes de la disolución de un ánodo (Cañizares, P.;

20 Carmona, M.; Lobato, J.; Martínez F.; Rodrigo M.A. Electrodissolutíon of Aluminium Electrodes in Electrocoagulatíon Processes. Industrial and Engineering Chemistry Research, 44, 4178-4185, 2005), se agrupa la materia coloidal existente en un agua residual, posibilitando su conversión en sólidos suspendidos, y su separación del agua mediante técnicas convencionales de

2 5 separación sólido/líquido tales como la decantación, flotación y/o filtración (Pouet, M.-F.; Grasmick A. Urban wastewater treatment by electrocoagulation and flotation. Water Science and Technology, 31(3-4), 275-283, 1995; Cañizares, P.; Martínez, F.; Jiménez, C.; Lobato, J.; Rodrigo, M.A. Coagulation and Electrocoagulatíon of wastes polluted with colloids. Sep.Sci& Technol., 42,

30 2157-2175, 2007).

El reactor electroquímico para llevar a cabo un proceso de electrocoagulación se compone básicamente de un depósito, en el que se posicionan los dos electrodos (el ánodo, que es el electrodo de trabajo, y el cátodo, que es un electrodo inerte), y de una fuente de alimentación a la que se conectan los electrodos. Al establecerse una diferencia de potencial entre los electrodos, comienzan los procesos de reducción en el cátodo (generalmente, conversión de los protones del agua en hidrógeno), y los de oxidación en el ánodo (generándose el ión Al3+ si el ánodo es de aluminio, o el Fe3+ si el ánodo es de hierro). A continuación, ocurren una serie de etapas interrelacionadas en las que se forman tanto hidróxidos insolubles del metal, sobre los que quedan retenidos los contaminantes, como hidroxocomplejos cargados, positiva o negativamente, que permiten la coagulación por neutralización de cargas.

En la bibliografía se describen diferentes equipos para llevar a cabo la eliminación de impurezas de las aguas residuales por medios electroquímicos. Así, Rojo (US Patent 4, 149,953) propone una celda electrolítica de una sola cámara para purificar aguas residuales mediante la aplicación de una corriente entre dos electrodos colocados uno junto al otro. Stephenson y col., proponen una celda electroquímica donde el flujo de agua residual entra por al parte inferior de la celda electroquímica y sale por la parte superior ( WO 01/55033 A3). En todos estos casos los electrodos están próximos entre sí con objeto de minimizar el coste energético. A veces estos procesos de electrocoagulación están asistidos por la adición de floculantes químicos ( WO 90/15025).

Los gases generados en los electrodos pueden adherirse a la superficie de los flóculos disminuyendo la densidad del conjunto, y posibilitando su separación por flotación. A este proceso se le conoce como electroflotación y es un proceso secundario en cualquier proceso de

electrocoagulación. Sin embargo, en determinadas ocasiones puede ser utilizado, independientemente de la electrocoagulación, para la separación por flotación de los sólidos contenidos en un agua ( US. Patent 3,969,203; US Patent 3,959, 131; US Patent 9,975,269).

Se conocen numerosos tipos de reactores que emplean el proceso de electrolisis del agua para separar los contaminantes por flotación. Este sistema presenta una serie de ventajas respecto de otros utilizados comúnmente, como el de flotación por aire disuelto, y es habitual su utilización, no sólo en combinación con un proceso de electrocoagulación, sino también en combinación con procesos de coagulación físico-química, si bien suelen tener el inconveniente de la generación conjunta de oxígeno e hidrógeno en el interior del reactor que impide la separación de ambos. Así, en la patente alemana DE 3641365 C2 se presenta un proceso de electroflotación mediante 02 formado en el ánodo que además oxida a los contaminantes presentes en el agua residual tratada. Algunos de los equipos que se proponen para el tratamiento de aguas residuales mediante procesos de electroflotación o clarificación vienen acompañados de la adición de un polielectrolito para favorecer la coagulación ( US Patent 3,975,269; US Patent 3,959, 131).

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve los inconvenientes mencionados, mediante un reactor combinado de electrocoagulación y electroflotación para tratamiento electroquímico de agua residual, que permite la recolección separada de hidrógeno gaseoso liberado durante dicho tratamiento electroquímico.

El reactor de la invención comprende una primera cámara y una

segunda cámara, y que están separadas en su parte superior y comunicadas en su parte inferior, y llenas al menos de parte de agua residual.

La primera cámara contiene un ánodo y la segunda cámara contiene un cátodo. El ánodo y el cátodo, sumergidos al menos parcialmente en agua residual, están conectados a una fuente de fuerza electromotriz. El ánodo está constituido preferentemente de aluminio o de hierro o de ambos.

Por acción de dicha fuerza electromotriz, el ánodo de la primera cámara se oxida, de modo que en la primera cámara se produce la electrocoagulación de la materia coloidal presente en un agua residual que accede a dicha primera cámara, formándose coágulos. Como consecuencia de la oxidación del ánodo, se produce la reducción del ión OH-a oxígeno gaseoso, que puede escapar ascendiendo.

Asimismo, por acción de dicha fuerza electromotriz, el cátodo de la segunda cámara se reduce oxidando los protones del agua a hidrógeno gaseoso, de modo que dicho hidrógeno produce la electroflotación de los coágulos que acceden desde la primera cámara.

La segunda cámara dispone en la parte superior de unos primeros medios de recolección para recoger el hidrógeno que asciende, pudiendo dicho hidrógeno ser almacenado y/o empleado subsiguientemente en una celda de combustible, etc.

De acuerdo con una realización preferente de la invención, los primeros medios de recolección comprenden una primera tapa en forma de cúpula, dispuesta en la parte superior de la segunda cámara, para retener el hidrógeno ascendente, y unos primeros medios de conducción para retirar el hidrógeno retenido, por ejemplo hacia un tanque de almacenamiento o hacia una celda de combustible.

El hecho de que las cámaras no estén comunicadas en su parte superior posibilita que el oxígeno producido en la primera cámara no se mezcle con el hidrógeno producido en la segunda cámara, lo cual permite la recolección del hidrógeno en la segunda cámara y, si se desea, la del oxígeno en la primera cámara, empleando unos segundos medios de recolección análogos a los primeros medios de recolección.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.-Muestra una vista en perspectiva del reactor objeto de la invención.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Seguidamente se describe, con ayuda de la figura 1 adjunta, una realización preferente de la invención.

En dicha figura 1 se aprecia que el reactor (1) combinado de electrocoagulación y electroflotación, para tratamiento electroquímico de agua residual, de acuerdo con la invención comprende una primera cámara (2) y una segunda cámara (3) dispuestas adyacentemente, donde dicha primera cámara (2) y dicha segunda cámara (3) están comunicadas por la parte inferior y separadas por la parte superior por medio de una pared (14) común.

La primera cámara (2) está dotada de una entrada (4) para introducir en dicha primera cámara (2) agua residual que se desea someter a tratamiento electroquímico, de forma que la primera cámara (2) se mantenga al menos parcialmente llena de agua residual. En la primera cámara (2) está dispuesto un ánodo (5) que comprende una pluralidad de placas (6) de aluminio interconectadas.

La segunda cámara (3) está dotada de una primera salida (7) para permitir el desalojo de agua tratada desde dicha segunda cámara (2). En la segunda cámara está dispuesto un cátodo (8).

El ánodo (5) está conectado al polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (no mostrada), mientras que el cátodo (8) está conectado al polo negativo de dicha fuente de fuerza electromotriz, produciéndose un circuito eléctrico entre la fuente, el ánodo (5), el cátodo (8) y el agua residual.

Como consecuencia del establecimiento de dicho circuito, se producen reacciones de reducción-oxidación en ambas primera cámara (2) y segunda cámara (3).

En concreto, en la primera cámara (2) los aniones OH-del agua se reducen a oxígeno que se libera al exterior de la cámara, mientras que el aluminio del ánodo se oxida a catión Al3 +. Como consecuencia de la presencia de Al3+, se produce en la primera cámara (2) la formación de flóculos de materia coloidal presente en el agua residual, que son impulsados por el propio flujo de agua residual hacia la segunda cámara (3).

Asimismo, en la segunda cámara (3), se produce la reducción del cátodo (8) y la oxidación de los cationes H+ del agua a hidrógeno liberado hacia el exterior de la segunda cámara (3). El hidrógeno formado en la segunda cámara (3) forma burbujas dentro del agua residual antes de liberarse hacia el exterior de la segunda cámara (3). Dichas burbujas se adhieren a los flóculos y los ayudan a flotar, produciéndose la electroflotación de los flóculos. Los flóculos flotados son retirados del reactor (1) a través de

5 unos medios de retirada (12) dispuestos en la segunda cámara (3).

El fondo de la primera cámara (2), así como el fondo de la segunda cámara (3) forman sendas pendientes hacia el interior del reactor (1 ). De este modo, se facilita una acumulación en dichos fondos de materia sólida

10 sedimentada, que puede ser evacuada del reactor (1) mediante una segunda salida (13) dispuesta en el fondo.

El reactor (1) de acuerdo con la invención comprende adicionalmente unos medios de recolección (15) para la retirada del hidrógeno liberado en la

15 segunda cámara (3). Dichos medios de recolección (15) comprenden una tapa (16) en forma de cúpula, dispuesta en la parte superior de la segunda cámara (3), para retener el hidrógeno, y unos medios de conducción (17) para retirar el hidrógeno retenido.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Reactor (1) combinado de electrocoagulación y electroflotación para tratamiento electroquímico de agua residual, que comprende: -una primera cámara (2), que comprende un ánodo (5) y una entrada

(4) de agua residual;

-

una segunda cámara (3), comunicada por la parte inferior con la primera cámara (2) y separada de dicha primera cámara (2) por la parte superior, y que comprende un cátodo (8) y una primera salida (7) de agua residual tratada; y

-

una fuente de fuerza electromotriz, conectada por su polo positivo al ánodo (5) y por su polo negativo al cátodo (8), para producir en la primera cámara (2) coágulos de materia coloidal presente en el agua residual, como consecuencia de la oxidación del ánodo (5) y la reducción de los aniones OH-del agua residual a oxígeno, así como la electroflotación de los coágulos, llegados de la primera cámara (2) a la segunda cámara (3), mediante hidrógeno gaseoso generado en la segunda cámara (3) como consecuencia de la oxidación de cationes H+ del agua residual por parte del cátodo (8); caracterizado porque comprende adicionalmente unos medios de recolección (15), dispuestos en la parte superior de la segunda cámara (3), para retirar el hidrógeno formado en dicha segunda cámara (3).
2.-Reactor (1) combinado de electrocoagulación y electroflotación, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de recolección (15) comprenden:

-

una tapa (16) en forma de cúpula, dispuesta en la parte superior de la segunda cámara (3), para retener el hidrógeno, y -unos medios de conducción (17) para retirar el hidrógeno retenido.
3.-Reactor (1) combinado de electrocoagulación y electroflotación, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera cámara (2) y la segunda cámara (3) están dispuestas adyacentemente.

5 4.-Reactor (1) combinado de electrocoagulación y electroflotación, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el ánodo (5) comprende una pluralidad de láminas (6) de aluminio y/o hierro conectadas entre sí.
5.-Reactor (1) combinado de electrocoagulación y electroflotación, de

10 acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el fondo de al menos una de la primera cámara (2) y la segunda cámara (3) forma una pendiente y comprende al menos una segunda salida (13) para facilitar la retirada de sólidos sedimentados.