ES2900851B2 - ELECTROCHEMICAL CELL FOR WASTEWATER TREATMENT AND ELECTROCHEMICAL PROCESS OF SURFACE MODIFICATION OF THE TEXTILE ELECTRODE CONTAINED IN SAID ELECTROCHEMICAL CELL - Google Patents

ELECTROCHEMICAL CELL FOR WASTEWATER TREATMENT AND ELECTROCHEMICAL PROCESS OF SURFACE MODIFICATION OF THE TEXTILE ELECTRODE CONTAINED IN SAID ELECTROCHEMICAL CELL Download PDF

Info

Publication number
ES2900851B2
ES2900851B2 ES202130950A ES202130950A ES2900851B2 ES 2900851 B2 ES2900851 B2 ES 2900851B2 ES 202130950 A ES202130950 A ES 202130950A ES 202130950 A ES202130950 A ES 202130950A ES 2900851 B2 ES2900851 B2 ES 2900851B2
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
electrochemical cell
textile
wastewater
electrochemical
wastewater treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES202130950A
Other languages
Spanish (es)
Other versions
ES2900851A1 (en
Inventor
Micó Ignacio Soler
Iborra Francisco Javier Cases
Maiques Francisco José Orts
Cano José Antonio Bonastre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universidad Politecnica de Valencia
Original Assignee
Universidad Politecnica de Valencia
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad Politecnica de Valencia filed Critical Universidad Politecnica de Valencia
Priority to ES202130950A priority Critical patent/ES2900851B2/en
Publication of ES2900851A1 publication Critical patent/ES2900851A1/en
Priority to PCT/ES2022/070621 priority patent/WO2023057669A1/en
Application granted granted Critical
Publication of ES2900851B2 publication Critical patent/ES2900851B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109Electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109Electrodes
    • C02F2001/46133Electrodes characterised by the material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109Electrodes
    • C02F2001/46133Electrodes characterised by the material
    • C02F2001/46138Electrodes comprising a substrate and a coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109Electrodes
    • C02F2001/46133Electrodes characterised by the material
    • C02F2001/46138Electrodes comprising a substrate and a coating
    • C02F2001/46142Catalytic coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109Electrodes
    • C02F2001/46152Electrodes characterised by the shape or form
    • C02F2001/46157Perforated or foraminous electrodes
    • C02F2001/46161Porous electrodes
    • C02F2001/46166Gas diffusion electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109Electrodes
    • C02F2001/46152Electrodes characterised by the shape or form
    • C02F2001/46171Cylindrical or tubular shaped
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • C02F2101/308Dyes; Colorants; Fluorescent agents

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

CELDA ELECTROQUÍMICA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESELECTROCHEMICAL CELL FOR WASTEWATER TREATMENT

OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION

La presente invención se refiere a una celda electroquímica para el tratamiento de aguas residuales, concretamente para la decoloración y reducción de carga orgánica contenida en las aguas residuales.The present invention refers to an electrochemical cell for the treatment of wastewater, specifically for the bleaching and reduction of organic load contained in the wastewater.

El sistema de la presente invención está provisto de electrodos textiles que actúan como ánodo y cátodo durante el proceso electroquímico empleado para el tratamiento de las aguas residuales. De los electrodos textiles, al menos uno de ellos está modificado superficialmente por un proceso electroquímico de forma que presenta una capa intermedia de óxido de grafeno reducido electroquímicamente y una capa externa de nanopartículas de metales reducidas electroquímicamente.The system of the present invention is provided with textile electrodes that act as anode and cathode during the electrochemical process used for the treatment of wastewater. Of the textile electrodes, at least one of them is superficially modified by an electrochemical process in such a way that it presents an intermediate layer of electrochemically reduced graphene oxide and an external layer of electrochemically reduced metal nanoparticles.

El objeto de la presente invención consiste en una celda electroquímica que incluye un electrodo textil modificado superficialmente, siendo también objeto de la presente invención el proceso electroquímico de modificación superficial del electrodo textil contenido en la celda electroquímica de la invención.The object of the present invention consists of an electrochemical cell that includes a surface-modified textile electrode, the electrochemical process of surface modification of the textile electrode contained in the electrochemical cell of the invention also being the object of the present invention.

ANTECENDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Las aguas residuales reciben diferentes procesos de tratamiento dependiendo de su procedencia, concentración y la clase de contaminantes que contengan.Wastewater receives different treatment processes depending on its origin, concentration and the class of pollutants it contains.

Entre otros contaminantes, uno de los componentes más complejos de retirar de las aguas residuales es el color.Among other contaminants, one of the most complex components to remove from wastewater is color.

En este sentido, cabe resaltar que en los procesos de tintura estándares se desecha alrededor del 70% del agua utilizada para el proceso de tintura. Esto supone que el proceso de tintura consuma cantidades muy importantes de agua, con una eficiencia realmente baja. De hecho, en la actualidad se consumen enormes cantidades de agua para lograr resultados favorables en los procesos de tintura. No solamente en el proceso de tinte como tal, sino en procesos posteriores de limpieza y acabado del textil tintado. In this sense, it should be noted that in standard dyeing processes, around 70% of the water used for the dyeing process is discarded. This means that the dyeing process consumes very large amounts of water, with a really low efficiency. In fact, enormous amounts of water are currently consumed to achieve favorable results in dyeing processes. Not only in the dyeing process as such, but also in subsequent cleaning and finishing processes of the dyed textile.

De hecho, son conocidos procesos de tintura en los que cerca del 50% del colorante sintético termina sin usar directamente en las aguas residuales, lo que conduce a una grave contaminación de las aguas superficiales y subterráneas cercanas a las industrias textiles. Motivo que obliga a su procesamiento para evitar daños irreparables al planeta.In fact, dyeing processes are known in which close to 50% of the synthetic dye ends up unused directly in wastewater, which leads to serious contamination of surface and groundwater near textile industries. Reason that forces its processing to avoid irreparable damage to the planet.

Tradicionalmente, los procesos de depuración del agua destinada al tinte han sido extremadamente costosos y completamente inviables. En este sentido, el procedimiento habitual es la subcontratación de empresas dedicadas al tratamiento de residuos peligrosos para el medio ambiente, con los elevados costes que estas operaciones implican.Traditionally, purification processes for water used for dyeing have been extremely expensive and completely unfeasible. In this sense, the usual procedure is the subcontracting of companies dedicated to the treatment of hazardous waste for the environment, with the high costs that these operations imply.

En una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) urbana, se estima que solamente se elimina entre el 20-30% del color del afluente.In an urban Wastewater Treatment Plant (WWTP), it is estimated that only between 20-30% of the color of the effluent is removed.

Los colorantes no solubles al agua, (dispersos, tina, sulfurosos, etc.) se eliminan en una etapa primaria de coagulación-decantación, mientras que los más solubles pasarán al tratamiento biológico. A pesar de no ser biodegradables (aeróbicamente), una parte de estos colorantes quedarán retenidos por un mecanismo de “bioeliminación”, que consiste en la adsorción del colorante a la biomasa y su posterior eliminación en la deposición del fango. Algunos colorantes son muy poco retenidos por la biomasa (10-30%). Una reducción importante del color después de un proceso biológico únicamente es posible si se aplican tratamientos terciarios muy costosos.Dyes that are not soluble in water (disperse, vat, sulphurous, etc.) are eliminated in a primary stage of coagulation-decantation, while the most soluble will undergo biological treatment. Despite not being biodegradable (aerobically), a part of these dyes will be retained by a “bioelimination” mechanism, which consists of the adsorption of the dye to the biomass and its subsequent elimination in the sludge deposition. Some dyes are very little retained by the biomass (10-30%). A significant color reduction after a biological process is only possible if very expensive tertiary treatments are applied.

Los tratamientos más utilizados para el tratamiento de aguas residuales son los siguientes:The most widely used treatments for wastewater treatment are the following:

- Coagulación-floculación:- Coagulation-flocculation:

Esta técnica depende de la concentración del colorante y del pH de trabajo. Genera un residuo que requiere un tratamiento posterior adicional para ser destruido mientras el exceso de sales inorgánicas utilizadas como coagulante incrementa la conductividad del agua.This technique depends on the concentration of the dye and the working pH. It generates a residue that requires additional post-treatment to be destroyed while the excess of inorganic salts used as coagulant increases the conductivity of the water.

- Adsorción con carbón activo:- Adsorption with activated carbon:

Esta técnica ofrece rendimientos cercanos al 95% de la decoloración total. Sin embargo, el carbón activo tiene un coste muy elevado y una vida útil limitada. La adsorción de moléculas voluminosas se realiza fácilmente pero su desorción resulta más complicada y se debe apoyar con procesos de pirólisis. Esta técnica es adecuada para pequeños volúmenes de afluente. This technique offers yields close to 95% of the total bleaching. However, activated carbon has a very high cost and a limited useful life. The adsorption of bulky molecules is easily carried out, but their desorption is more complicated and must be supported by pyrolysis processes. This technique is suitable for small volumes of influent.

- Tecnologías de membrana:- Membrane technologies:

Tanto la nanofiltración como la osmosis inversa son efectivas en la retención de colorantes y otros productos textiles. Estos procesos son capaces de separar todo tipo de colorantes solubles. En concreto existen procesos de nanofiltración en los que se consiguen decoloraciones cercanas al 99%. Sin embargo, es necesario un proceso de osmosis inversa para alcanzar una reducción significativa del contenido de sal en el permeado. Estas técnicas presentan un elevado consumo energético y la generación de un nuevo efluente fuertemente coloreado (de menor volumen, pero mayor concentración) que debe ser tratado por pirolisis. Estos métodos resultan más útiles de manera combinada con otros procesos de depuración.Both nanofiltration and reverse osmosis are effective in retaining dyes and other textile products. These processes are capable of separating all kinds of soluble dyes. Specifically, there are nanofiltration processes in which discolorations close to 99% are achieved. However, a reverse osmosis process is necessary to achieve a significant reduction of the salt content in the permeate. These techniques present a high energy consumption and the generation of a new strongly colored effluent (of smaller volume, but higher concentration) that must be treated by pyrolysis. These methods are most useful in combination with other debugging processes.

- Tratamiento con ozono:- Treatment with ozone:

Esta técnica se basa en la excelente capacidad de oxidación del ozono (O3), que es capaz de oxidar las moléculas de colorante, fragmentando sus enlaces y produciendo especies incoloras, debido a la formación de radicales hidroxilo (-OH). Esta técnica consigue decoloraciones elevadas en un rango bastante amplio de pH (entre 4 y 12), pero requiere de tiempos de proceso mucho mayores para la eliminación de la DQO (Demanda Química de Oxígeno), lo que implica unos consumos energéticos muy elevados.This technique is based on the excellent oxidation capacity of ozone (O 3 ), which is capable of oxidizing dye molecules, breaking their bonds and producing colorless species, due to the formation of hydroxyl radicals (-OH). This technique achieves high bleaching in a fairly wide range of pH (between 4 and 12), but requires much longer process times to eliminate COD (Chemical Oxygen Demand), which implies very high energy consumption.

Por otro lado, actualmente se está experimentando con diferentes procesos que se encuentran en estudio, siendo los principales métodos los siguientes:On the other hand, it is currently experimenting with different processes that are under study, the main methods being the following:

- Coagulantes naturales- Natural coagulants

El uso de coagulantes naturales tiene como objetivo sustituir los procesos basados en coagulantes químicos tradicionales por coagulantes de bajo coste obtenidos a partir residuo agrícola. El principal inconveniente de este proceso es que puede aumentar de manera considerable la carga orgánica del efluente.The use of natural coagulants aims to replace processes based on traditional chemical coagulants with low-cost coagulants obtained from agricultural waste. The main drawback of this process is that it can considerably increase the organic load of the effluent.

- Nuevos adsorbentes:- New adsorbents:

El proceso basado en nuevos adsorbentes de origen biológico se plantea como sustituto al actual carbono activo.The process based on new adsorbents of biological origin is proposed as a substitute for the current active carbon.

- Tratamientos enzimáticos: - Enzymatic treatments:

La selección de microorganismos específicos para la degradación de colorantes es una alternativa al tratamiento biológico convencional.The selection of specific microorganisms for dye degradation is an alternative to conventional biological treatment.

En términos generales, no resulta muy eficiente para la eliminación del color.Generally speaking, it is not very efficient for color removal.

- Reactores anaerobios:- Anaerobic reactors:

Algunos de los colorantes azoicos, pueden ser también degradados en biorreactores anaerobios, por la acción de baterías metanogénicas. El principal inconveniente de estos procesos son las aminas que se generan, que poseen una elevada toxicidad.Some of the azo dyes can also be degraded in anaerobic bioreactors, by the action of methanogenic batteries. The main drawback of these processes are the amines that are generated, which have high toxicity.

- Procesos de oxidación avanzada:- Advanced oxidation processes:

Los Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) están diseñados para la remoción específica de compuestos orgánicos persistentes que son resistentes a tratamientos convencionales químicos o biológicos. Consiste en una oxidación química en condiciones de presión y temperatura ambiente, con la cual se puede llegar hasta la mineralización completa de los contaminantes. El objetivo principal de las POAs es la degradación de los compuestos recalcitrantes por medio de la generación de un agente oxidante, de entre los que destaca el radical denominado hidroxilo (·OH) que posee una elevadísima capacidad oxidante, no es selectivo y presenta tiempos de reacción muy cortos, por lo que convierte a los POAs en uno de los métodos más efectivos en materia de tratamientos de aguas residuales cargadas de compuestos orgánicos.Advanced Oxidation Processes (POAs) are designed for the specific removal of persistent organic compounds that are resistant to conventional chemical or biological treatments. It consists of a chemical oxidation under conditions of pressure and ambient temperature, with which it is possible to reach the complete mineralization of the contaminants. The main objective of POAs is the degradation of recalcitrant compounds through the generation of an oxidizing agent, among which the radical called hydroxyl (·OH) stands out, which has a very high oxidizing capacity, is not selective and has very short reaction times, which makes POAs one of the most effective methods for treating wastewater laden with organic compounds.

Estas técnicas utilizan diversos agentes oxidantes como: ozono (O3), 03/peróxido de hidrógeno (H2O2), 03/catalizador, radiación ultravioleta (UV), UV/O3, UV/H2O2 y además Hierro Fe2+/H202 y fotocatálisis (heterogénea o homogénea).These techniques use various oxidizing agents such as: ozone (O 3 ), 03/hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), 03/catalyst, ultraviolet radiation (UV), UV/O 3 , UV/H 2 O2 and also Iron Fe2+ /H202 and photocatalysis (heterogeneous or homogeneous).

Los procesos con fotocatálisis (UV/H2O2/TiO2) y fotólisis (UV/H2O2) presentan una gran efectividad, posicionándose como los métodos que provocan mayores efectos en las aguas residuales textiles, resultando procesos óptimos al involucrar un fotocatalizador. Estos procesos se caracterizan por su elevado coste tanto en reactivos como en energía.Processes with photocatalysis (UV/H 2 O 2 /TiO 2 ) and photolysis (UV/H 2 O2) are highly effective, positioning themselves as the methods that cause the greatest effects in textile wastewater, resulting in optimal processes by involving a photocatalyst . These processes are characterized by their high cost in both reagents and energy.

- Técnicas electroquímicas:- Electrochemical techniques:

Son procesos de oxidación avanzada basados en la electrólisis del efluente. Las moléculas son, normalmente, parcialmente oxidadas, ya que su mineralización total implica un excesivo consumo eléctrico. Estos procesos son limpios y operan a condiciones ambientales. En general, la destrucción de compuestos orgánicos del agua tiene lugar por oxidación, que puede ser directa en el ánodo y/o indirecta por especies generadas en el ánodo.They are advanced oxidation processes based on the electrolysis of the effluent. The molecules are normally partially oxidized, since their total mineralization implies an excessive electrical consumption. These processes are clean and operate at ambient conditions. In general, the destruction of organic compounds in water takes place by oxidation, which can be direct at the anode and/or indirect by species generated at the anode.

La decoloración electroquímica ofrece grandes ventajas en el tratamiento de aguas residuales textiles fuertemente coloreadas, más aún cuando proceden de la tintura con colorantes reactivos que requieren la adición de productos químicos (orgánicos e inorgánicos) y que no genera residuos o fangos.Electrochemical bleaching offers great advantages in the treatment of strongly colored textile wastewater, even more so when it comes from dyeing with reactive dyes that require the addition of chemical products (organic and inorganic) and does not generate waste or sludge.

Por el contrario, debe comprobarse que los productos oxidantes generados en el proceso electroquímico no hacen disminuir la biodegrabilidad del efluente, ni dan lugar a fenómenos de inhibición que causarían problemas operacionales en la planta de tratamiento biológico posterior. El inconveniente fundamental de estos procesos se basa en la eficiencia de los sistemas.On the contrary, it must be verified that the oxidizing products generated in the electrochemical process do not reduce the biodegradability of the effluent, nor do they give rise to inhibition phenomena that would cause operational problems in the subsequent biological treatment plant. The fundamental drawback of these processes is based on the efficiency of the systems.

Actualmente, se requieren tamaños muy grandes de los electrodos textiles conocidos para tratar volúmenes de agua de agua residual pequeños.Currently, very large sizes of the known textile electrodes are required to treat small volumes of waste water.

Por todo lo anterior, el solicitante de la presente patente detecta la necesidad de proponer un sistema que ofrezca mayor eficiencia en cuanto a tamaño/superficie de los electrodos en los procesos de electrólisis para el tratamiento de aguas residuales el cual posibilitaría un relevante avance en la capacidad de depuración de aguas residuales que permita resolver los problemas anteriormente descritos, aportando una solución efectiva.For all of the above, the applicant for this patent detects the need to propose a system that offers greater efficiency in terms of size/surface of the electrodes in electrolysis processes for wastewater treatment, which would enable a significant advance in the wastewater treatment capacity that allows solving the problems described above, providing an effective solution.

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION

La celda electroquímica que se preconiza ha sido concebida para resolver la problemática anteriormente expuesta de forma que permite el tratamiento de decoloración y reducción de carga orgánica de aguas residuales.The electrochemical cell that is recommended has been conceived to solve the previously exposed problem in such a way that it allows the treatment of discoloration and reduction of the organic load of wastewater.

En este sentido, la invención propone una celda electroquímica que permite el tratamiento de un volumen elevado de aguas residuales en un tiempo asumible para este tipo de procesos.In this sense, the invention proposes an electrochemical cell that allows the treatment of a high volume of wastewater in an acceptable time for this type of process.

Con la presente invención se consigue que el proceso de depuración mediante electrólisis pueda ejecutarse, tanto para agua residual industrial como urbana, posibilitando la reutilización del agua tratada con la celda electroquímica de la invención, con el consiguiente ahorro económico y beneficio medioambiental que supone. Los electrodos textiles permiten una mejor relación área/masa y área/volumen, por lo que los sistemas son más compactos.With the present invention it is achieved that the purification process through electrolysis can be carried out, both for industrial and urban wastewater, making it possible to reuse the water treated with the electrochemical cell of the invention, with the consequent economic savings and environmental benefits that it entails. Textile electrodes allow for a better area/mass and area/volume ratio, making systems more compact.

Adicionalmente, la configuración de la celda electroquímica propuesta en la presente invención permite emplear cargas eléctricas y tiempos de tratamiento menores. Por lo tanto, los consumos energéticos asociados al sistema de la presente invención son menores que los de otros sistemas conocidos que utilizan procesos de electrolisis para el tratamiento de las aguas.Additionally, the configuration of the electrochemical cell proposed in the present invention allows the use of electrical charges and shorter treatment times. Therefore, the energy consumption associated with the system of the present invention is lower than those of other known systems that use electrolysis processes for water treatment.

Concretamente, en la configuración de la celda electroquímica de la presente invención participan, al menos, los siguientes elementos:Specifically, in the configuration of the electrochemical cell of the present invention, at least the following elements participate:

- un tanque estanco donde se realiza el proceso de electrólisis y a través del cual se hace circular un caudal constante de las aguas residuales a tratar, donde dicho tanque estanco se integra por un material inerte al proceso electroquímico,- a sealed tank where the electrolysis process is carried out and through which a constant flow of wastewater to be treated is circulated, where said sealed tank is made up of an inert material to the electrochemical process,

- al menos, una entrada por la que fluye un flujo constante forzado de aguas residuales, - al menos, una salida por la que fluye un flujo constante forzado de aguas residuales, - una bomba de impulsión que genera el flujo constante forzado de aguas residuales, - al menos, dos mallas independientes constituidas por un material conductor de electricidad el cual es inerte a reacciones electroquímicas, las cuales están instaladas en el interior del tanque estanco. Cada malla está provista de dos contactos eléctricos,- at least one inlet through which a constant forced flow of wastewater flows, - at least one outlet through which a constant forced flow of wastewater flows, - a booster pump that generates the constant forced flow of wastewater , - At least two independent meshes made of an electrically conductive material which is inert to electrochemical reactions, which are installed inside the sealed tank. Each mesh is provided with two electrical contacts,

- una fuente de alimentación,- a power supply,

- al menos, dos electrodos textiles conformados por tejidos conductores de electricidad y caídas óhmicas pequeñas. Así, los electrodos textiles están dispuestos en el interior de tanque estanco de forma enfrentada entre sí para generar una homogeneidad en el campo eléctrico,- At least two textile electrodes made up of electrically conductive fabrics and small ohmic drops. Thus, the textile electrodes are arranged inside the sealed tank facing each other to generate homogeneity in the electric field,

De esta forma, cada malla soporta a un electrodo textil, estando los contactos eléctricos de las mallas conectados a la fuente de alimentación.In this way, each mesh supports a textile electrode, the electrical contacts of the meshes being connected to the power supply.

La fuente de alimentación alimenta a las mallas eléctricamente con un potencial eléctrico constante y uniforme que es conducido hasta los electrodos textiles para su conducción sobre toda su superficie. Los electrodos textiles están conectados a una fuente de alimentación que genera entre ellos la diferencia de potencial necesaria para que tengan lugar las reacciones electroquímicas dentro del tanque estanco. The power supply feeds the meshes electrically with a constant and uniform electrical potential that is conducted to the textile electrodes for conduction over its entire surface. The textile electrodes are connected to a power source that generates between them the necessary potential difference for the electrochemical reactions to take place inside the sealed tank.

Durante el tratamiento de las aguas residuales, los electrodos textiles actúan uno como ánodo y otro como cátodo.During wastewater treatment, the textile electrodes act one as an anode and the other as a cathode.

Una de las diferencias reseñables que generan un efecto técnico sorprendente de la presente invención está relacionada con la necesidad de que, al menos, un electrodo textil de los que participan en la celda electroquímica está modificado superficialmente por un proceso electroquímico de forma que dicho electrodo textil presenta una capa intermedia de óxido de grafeno reducido electroquímicamente y una capa externa de nanopartículas de metales reducidas electroquímicamente.One of the notable differences that generate a surprising technical effect of the present invention is related to the need for at least one textile electrode of those that participate in the electrochemical cell to be superficially modified by an electrochemical process so that said textile electrode It features an intermediate layer of electrochemically reduced graphene oxide and an outer layer of electrochemically reduced metal nanoparticles.

Cabe señalar que los electrodos textiles son conocidos por presentar una elevada relación área/volumen y área/masa. La ventaja que presenta la celda electroquímica de la presente invención reside en que la modificación superficial realizada en, al menos, uno de los electrodos textiles permite mejorar sus capacidades y aumentar el rendimiento para la decoloración y reducción de la carga orgánica de las aguas residuales.It should be noted that textile electrodes are known to have a high area/volume and area/mass ratio. The advantage presented by the electrochemical cell of the present invention resides in the fact that the surface modification carried out in at least one of the textile electrodes makes it possible to improve their capacities and increase the performance for discoloration and reduction of the organic load of wastewater.

Así, la presencia del electrodo textil modificado superficialmente por un proceso electroquímico ofrece una alta versatilidad dimensional, pudiendo optimizar los volúmenes de tratamiento de agua residual, sin ser necesarios costosos métodos de fabricación.Thus, the presence of the textile electrode modified on the surface by an electrochemical process offers high dimensional versatility, being able to optimize the volumes of wastewater treatment, without the need for expensive manufacturing methods.

Es decir, la modificación superficial del electrodo textil aumenta la superficie de contacto con el agua residual a tratar y aumenta de manera significativa la eficiencia de la celda electroquímica. De este modo, la celda electroquímica permite tratar volúmenes mucho mayores con un tamaño de celda mucho menor que cualquier sistema sin electrodos textiles.That is, the surface modification of the textile electrode increases the contact surface with the wastewater to be treated and significantly increases the efficiency of the electrochemical cell. In this way, the electrochemical cell makes it possible to treat much larger volumes with a much smaller cell size than any system without textile electrodes.

Por todo ello, y dada la importancia de la tipología de los electrodos textiles utilizados en la celda electroquímica, es objeto de la presente invención el proceso electroquímico de modificación superficial del mencionado electrodo textil contenido en la celda electroquímica, el cual detallaremos más adelante.For all these reasons, and given the importance of the type of textile electrodes used in the electrochemical cell, the object of the present invention is the electrochemical process of surface modification of the aforementioned textile electrode contained in the electrochemical cell, which we will detail later.

Por otro lado, cabe señalar que el material que integra la malla es conductor de electricidad e inerte a reacciones electroquímicas con el fin de garantizar un potencial constante en toda la superficie del electrodo textil.On the other hand, it should be noted that the material that makes up the mesh is an electrical conductor and inert to electrochemical reactions in order to guarantee a constant potential on the entire surface of the textile electrode.

En este sentido, es esencial para la eficiencia del proceso electroquímico tanto durante el tratamiento de aguas residuales como durante el proceso electroquímico de modificación superficial del electrodo textil que el potencial sea constante entre los electrodos textiles que trabajan como ánodo y cátodo.In this sense, it is essential for the efficiency of the electrochemical process both during wastewater treatment and during the electrochemical modification process. surface of the textile electrode that the potential is constant between the textile electrodes that work as anode and cathode.

Es conocido, que los electrodos textiles, pese a ser conductores, tiene una caída óhmica más elevada que otros materiales. Este problema, desemboca en que cuando se alimenta eléctricamente directamente un electrodo textil, este no mantiene homogéneamente el potencial en toda su superficie, porque a pesar de ser conductor presenta una caída de este potencial a medida que nos alejamos del punto de conexión. Por este motivo, se proponen preferentemente dos contactos eléctricos por malla que soporta a cada electrodo textil.It is known that textile electrodes, despite being conductive, have a higher ohmic drop than other materials. This problem leads to the fact that when a textile electrode is directly powered electrically, it does not maintain the potential homogeneously over its entire surface, because despite being a conductor, it presents a drop in this potential as we move away from the connection point. For this reason, two electrical contacts per mesh that supports each textile electrode are preferably proposed.

Por otro lado, la naturaleza no rígida asociada al electrodo textil requiere de la presencia de una malla, tal como se ha detallado anteriormente, que actúa a modo de esqueleto o soporte sobre el que descansa cada electrodo textil.On the other hand, the non-rigid nature associated with the textile electrode requires the presence of a mesh, as previously detailed, which acts as a skeleton or support on which each textile electrode rests.

Evidentemente, las mallas se integran de un material conductor de electricidad para generar una distribución homogénea del potencial en los electrodos textiles y corrientes dentro del tanque estanco o reactor. Así, es necesario mantener cada electrodo textil fijado a una malla que permita el flujo a su través del electrolito, y mantenga el electrodo textil en una posición de trabajo adecuada.Obviously, the meshes are made of an electrically conductive material to generate a homogeneous distribution of the potential in the textile electrodes and currents inside the sealed tank or reactor. Thus, it is necessary to keep each textile electrode fixed to a mesh that allows the electrolyte to flow through it, and to keep the textile electrode in a suitable working position.

Tal como se mencionaba anteriormente, los electrodos textiles están soportados en las mallas y dispuestos de forma enfrentada entre sí, estando preferentemente dispuestos separados entre sí con una distancia de entre 1 mm y 5 cm. Así, para una separación entre electrodos textiles mayor de 5 cm, los electrodos textiles dejarán de interactuar entre ellos, y no existirán reacciones electroquímicas entre ellos.As mentioned above, the textile electrodes are supported on the meshes and arranged opposite each other, preferably being arranged 1 mm to 5 cm apart from each other. Thus, for a separation between textile electrodes greater than 5 cm, the textile electrodes will stop interacting with each other, and there will be no electrochemical reactions between them.

Otro factor relevante para garantizar el correcto funcionamiento de la celda electroquímica reside en el hecho de que preferentemente la superficie de cada malla (5) está parcialmente cubierta por el electrodo textil, con el fin de generar turbulencias de las aguas residuales a tratar.Another relevant factor to guarantee the correct functioning of the electrochemical cell lies in the fact that preferably the surface of each mesh (5) is partially covered by the textile electrode, in order to generate turbulence in the wastewater to be treated.

Por todo lo anterior, la celda electroquímica de la presente invención se utiliza para el tratamiento de aguas residuales, concretamente para la decoloración y reducción de la carga orgánica, e incluso es utilizable en el tratamiento de aguas industriales derivadas de procesos de tintura industrial. Para ello la celda electroquímica está provista de, al menos un electrodo textil modificado superficialmente mediante un proceso electroquímico que permite dotarlo de mayor poder electrocatalítico y que permite generar una protección superficial que conduce a una mayor vida útil de dicho electrodo textil.Due to all of the above, the electrochemical cell of the present invention is used for the treatment of wastewater, specifically for the bleaching and reduction of the organic load, and it can even be used in the treatment of industrial water derived from industrial dyeing processes. For this, the electrochemical cell is provided with at least one textile electrode modified on the surface through an electrochemical process that allows it to be provided with greater electrocatalytic power and that allows generating a surface protection that leads to a longer useful life of said textile electrode.

Seguidamente se procede a detallar las etapas que integran el proceso electroquímico de modificación superficial del electrodo textil contenido en la celda electroquímica de la presente invención:Next, we proceed to detail the stages that make up the electrochemical process of surface modification of the textile electrode contained in the electrochemical cell of the present invention:

- Disposición de los electrodos textiles soportados en mallas y dispuestos de forma enfrentada entre sí.- Arrangement of the textile electrodes supported on meshes and arranged facing each other.

- Llenado del tanque estanco con una dispersión de óxido de grafeno (GO).- Filling of the sealed tank with a dispersion of graphene oxide (GO).

- Conexión de los contactos eléctricos de las mallas a la fuente de alimentación.- Connection of the electrical contacts of the meshes to the power supply.

- T ransferencia de carga desde la fuente de alimentación a los electrodos textiles donde un electrodo textil actúa como ánodo y otro como cátodo.- Transfer of charge from the power source to the textile electrodes where one textile electrode acts as anode and another as cathode.

- Reducción electroquímica del óxido de grafeno a óxido de grafeno reducido (RGO), mediante un proceso potenciodinámico,- Electrochemical reduction of graphene oxide to reduced graphene oxide (RGO), through a potentiodynamic process,

- Depósito del RGO sobre la superficie del electrodo textil que actúa como cátodo. - Vaciado del tanque estanco.- Deposit of the RGO on the surface of the textile electrode that acts as cathode. - Emptying of the sealed tank.

- Limpieza del tanque estanco y los electrodos textiles con agua pura.- Cleaning of the sealed tank and the textile electrodes with pure water.

- Llenado del tanque estanco con una disolución que contiene cationes de metales, siendo preferentemente cationes de platino.- Filling of the sealed tank with a solution containing metal cations, preferably platinum cations.

- Transferencia de carga desde la fuente de alimentación a los electrodos textiles. - Reducción electroquímica de los cationes de metales mediante un proceso potenciodinámico, obteniendo nanopartículas de metales.- Transfer of charge from the power source to the textile electrodes. - Electrochemical reduction of metal cations through a potentiodynamic process, obtaining metal nanoparticles.

- Depósito de las nanopartículas de metales sobre la superficie del electrodo textil, que actúa como cátodo durante el proceso electroquímico de modificación superficial. - Vaciado del tanque estanco.- Deposit of metal nanoparticles on the surface of the textile electrode, which acts as a cathode during the electrochemical process of surface modification. - Emptying of the sealed tank.

- Lavado del tanque estanco con agua pura.- Washing of the sealed tank with pure water.

Ventajosamente, la dispersión de óxido de grafeno y la disolución que contiene cationes de metales recuperadas tras las reducciones electroquímicas se pueden conservar para usos posteriores. Además, al usar la misma celda electroquímica para la regeneración de los recubrimientos y para, el posterior, tratamiento de aguas, se incrementa la viabilidad técnica y económica de estos procesos. Es habitual en otras celdas electroquímicas, que la etapa de sustitución de los electrodos sea muy costosa técnica y económicamente. Advantageously, the graphene oxide dispersion and the metal cation-containing solution recovered after the electrochemical reductions can be preserved for later uses. In addition, by using the same electrochemical cell for the regeneration of the coatings and for the subsequent water treatment, the technical and economic feasibility of these processes is increased. It is common in other electrochemical cells that the electrode replacement stage is very technically and economically expensive.

Por otro lado, resulta relevante indicar que el electrodo textil modificado superficialmente mediante el proceso electroquímico detallado actúa como ánodo en la celda electroquímica cuando está teniendo lugar el tratamiento de las aguas residuales. Sin embargo, durante el proceso electroquímico de modificación superficial, el electrodo modificado superficialmente actúa como cátodo.On the other hand, it is relevant to indicate that the textile electrode superficially modified by the detailed electrochemical process acts as an anode in the electrochemical cell when the wastewater treatment is taking place. However, during the electrochemical surface modification process, the surface modified electrode acts as the cathode.

La invención que aquí se expone representa un avance en el estado de la técnica de las celdas electroquímicas para el tratamiento de aguas residuales y una ventaja respecto a las conocidas, pues aporta una solución a los problemas técnicos que presentan los tratamientos para la decoloración y reducción de la carga orgánica de las aguas residuales descritos anteriormente, ofreciendo así un tratamiento efectivo para la eliminación de colorantes contenidos en el agua residual, minimizando el impacto ambiental que estos generan en su tratamiento.The invention presented here represents an advance in the state of the art of electrochemical cells for wastewater treatment and an advantage over the known ones, since it provides a solution to the technical problems presented by treatments for discoloration and reduction. of the organic load of the wastewater described above, thus offering an effective treatment for the elimination of dyes contained in the wastewater, minimizing the environmental impact that these generate in their treatment.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSDESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is going to be made below and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of its practical embodiment, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where, with an illustrative and non-limiting nature, the following has been represented:

FIG 1.- Muestra una representación esquemática en sección de una disposición de la celda electroquímica de la invención conforme una primera realización preferente donde los electrodos textiles están dispuestos formando dos anillos concéntricos de forma que el agua residual a tratar atraviesa radialmente los anillos concéntricos.FIG 1.- Shows a schematic representation in section of an arrangement of the electrochemical cell of the invention according to a first preferred embodiment where the textile electrodes are arranged to form two concentric rings so that the wastewater to be treated radially crosses the concentric rings.

FIG 2.- Muestra una representación esquemática en sección de algunos elementos representados en la figura anterior conforme a la primera realización preferente de la invención.FIG 2.- Shows a schematic representation in section of some elements represented in the previous figure according to the first preferred embodiment of the invention.

FIG 3.- Muestra una vista en perspectiva y en explosión de algunos elementos que integran la celda electroquímica conforme a una primera realización preferente representada en las figuras anteriores.FIG 3.- Shows a perspective and exploded view of some elements that make up the electrochemical cell according to a first preferred embodiment represented in the previous figures.

FIG 4.- Muestra una vista en perspectiva de los elementos representados en la figura 3 ensamblados. FIG 4.- Shows a perspective view of the assembled elements represented in figure 3.

FIG 5.- Muestra una vista en perspectiva de una malla que soporta a un electrodo textil conforme a la configuración representada en la primera realización preferente de la invención representada en las figuras anteriores.FIG 5.- Shows a perspective view of a mesh that supports a textile electrode according to the configuration represented in the first preferred embodiment of the invention represented in the previous figures.

FIG 6.- Muestra una vista en perspectiva de algunos elementos que integran la celda electroquímica conforme a una segunda realización preferente en la que los electrodos textiles están dispuestos formando planos paralelos entre los que fluye el agua residual a tratar.FIG 6.- Shows a perspective view of some elements that make up the electrochemical cell according to a second preferred embodiment in which the textile electrodes are arranged to form parallel planes between which the wastewater to be treated flows.

FIG 7.- Muestra una representación lateral de la realización preferente representada en la figura 6.FIG 7.- Shows a lateral representation of the preferred embodiment represented in figure 6.

FIG 8.- Muestra una representación frontal de la realización preferente representada en la figura 6.FIG 8.- Shows a front representation of the preferred embodiment represented in figure 6.

LISTA DE REFERENCIASREFERENCE LIST

1. Tanque estanco.1. Watertight tank.

2. Entrada del tanque estanco.2. Inlet of the sealed tank.

3. Salida del tanque estanco.3. Outlet of the sealed tank.

4. Bomba de impulsión.4. Drive pump.

5. Malla.5. Mesh.

6. Electrodo textil.6. Textile electrode.

7. Contacto eléctrico.7. Electrical contact.

8. Fuente de alimentación.8. Power supply.

DESCRIPCIÓN DE LA REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

Conforme a las figuras reseñadas, diferenciamos dos realizaciones preferentes, pero no limitativas, de la celda electroquímica de la presente invención.According to the outlined figures, we differentiate between two preferred, but not limiting, embodiments of the electrochemical cell of the present invention.

En este sentido, las figuras 1, 2, 3, 4 y 5 corresponden a una primera realización preferente de la invención, donde las mallas, y por tanto los electrodos textiles, están dispuestas formando, preferentemente, dos anillos concéntricos de forma que el agua residual a tratar atraviesa radialmente los anillos concéntricos. In this sense, figures 1, 2, 3, 4 and 5 correspond to a first preferred embodiment of the invention, where the meshes, and therefore the textile electrodes, are arranged to preferably form two concentric rings so that the water residual to be treated radially crosses the concentric rings.

Por otro lado, las figuras 6, 7 y 8 corresponden a la representación de una segunda realización preferente de la invención donde las mallas, y por tanto los electrodos textiles, están dispuestas formando planos paralelos entre los que fluye el agua residual a tratar.On the other hand, figures 6, 7 and 8 correspond to the representation of a second preferred embodiment of the invention where the meshes, and therefore the textile electrodes, are arranged forming parallel planes between which the wastewater to be treated flows.

La figura 1 muestra una celda electroquímica conforme a la primera realización preferente de la invención donde quedan representados al completo los elementos que forman parte de dicha celda electroquímica, mientras que la figura 2 se representa el tanque estanco (1) donde se diferencia la entrada (2) y la salida (3) por la que fluye el agua residual, las mallas (5) que presentan dos contactos eléctricos (7) por malla (5), quedando los contactos eléctricos (7) dispuestos por el exterior del tanque estanco (1) para facilitar la conexión a la fuente de alimentación (8) representada en la figura 1. Tal como se puede observar en las figuras 1 y 2, la celda electroquímica queda formada por los siguientes elementos:Figure 1 shows an electrochemical cell in accordance with the first preferred embodiment of the invention where the elements that are part of said electrochemical cell are fully represented, while Figure 2 represents the sealed tank (1) where the input ( 2) and the outlet (3) through which the residual water flows, the meshes (5) that have two electrical contacts (7) per mesh (5), leaving the electrical contacts (7) arranged on the outside of the sealed tank ( 1) to facilitate the connection to the power supply (8) represented in figure 1. As can be seen in figures 1 and 2, the electrochemical cell is made up of the following elements:

- Un tanque estanco (1).- A watertight tank (1).

- Una entrada (2) por la que fluye un flujo constante forzado de aguas residuales.- An inlet (2) through which a constant forced flow of wastewater flows.

- Una salida (3) por la que fluye un flujo constante forzado de aguas residuales.- An outlet (3) through which a forced constant flow of wastewater flows.

- Una bomba de impulsión (4) que genera el flujo constante forzado de aguas residuales. - Una fuente de alimentación (8).- An impulsion pump (4) that generates the forced constant flow of wastewater. - A power supply (8).

- Dos mallas (5) independientes constituidas por un material conductor de electricidad el cual es inerte a reacciones electroquímicas y donde cada malla (5) está provista de dos contactos eléctricos (7). Las mallas (5) son las encargadas de transmitir la corriente eléctrica a los electrodos textiles (6) y preferentemente se constituyen por titanio.- Two independent meshes (5) made up of an electrically conductive material which is inert to electrochemical reactions and where each mesh (5) is provided with two electrical contacts (7). The meshes (5) are in charge of transmitting the electrical current to the textile electrodes (6) and are preferably made of titanium.

- Dos electrodos textiles (6) conformados por tejidos conductores de electricidad, estando estos últimos integrados preferentemente por tejidos de carbón activo. Los electrodos textiles (6) están dispuestos de forma enfrentada entre sí para generar una homogeneidad en el campo eléctrico. Necesariamente, al menos, un electrodo textil (6) está modificado superficialmente por un proceso electroquímico y presenta una capa intermedia de óxido de grafeno reducido electroquímicamente y una capa externa de nanopartículas de metales reducidas electroquímicamente. Preferentemente, el metal de la capa externa de nanopartículas de metales reducidas electroquímicamente es platino.- Two textile electrodes (6) made up of electrically conductive fabrics, the latter being preferably made up of activated carbon fabrics. The textile electrodes (6) are arranged facing each other to generate homogeneity in the electric field. Necessarily, at least one textile electrode (6) is superficially modified by an electrochemical process and presents an intermediate layer of electrochemically reduced graphene oxide and an external layer of electrochemically reduced metal nanoparticles. Preferably, the metal of the outer layer of electrochemically reduced metal nanoparticles is platinum.

Los elementos anteriormente detallados están presentes tanto en la primera como en la segunda realización preferente de la invención, donde los contactos eléctricos (7) de las mallas (5) están conectados a la fuente de alimentación (8). De esta forma, la fuente de alimentación alimenta a las mallas (5) eléctricamente con un potencial eléctrico constante y uniforme que es conducido hasta los electrodos textiles (6), actuando un electrodo textil (6) como ánodo y otro como cátodo.The previously detailed elements are present both in the first and in the second preferred embodiment of the invention, where the electrical contacts (7) of the meshes (5) are connected to the power supply (8). In this way, the power source feeds the meshes (5) electrically with a constant electrical potential and uniform that is conducted to the textile electrodes (6), one textile electrode (6) acting as anode and another as cathode.

Tal como se observa en las figuras 3, 4 y 5, en una primera realización de la invención, cada malla (5) soporta a un electrodo textil (6) de forma que las mallas (5) se disponen formando dos anillos concéntricos. O lo que es lo mismo, cada electrodo textil (6) descansa sobre una malla (5) que permite definir una geometría cilíndrica. Así, el agua residual a tratar atraviesa radialmente los anillos concéntricos.As can be seen in figures 3, 4 and 5, in a first embodiment of the invention, each mesh (5) supports a textile electrode (6) so that the meshes (5) are arranged to form two concentric rings. Or what is the same, each textile electrode (6) rests on a mesh (5) that allows defining a cylindrical geometry. Thus, the wastewater to be treated radially crosses the concentric rings.

Ventajosamente, la disposición cilíndrica de los electrodos textiles (6) en anillos concéntricos permite obtener una relación elevada entre el volumen del tanque estanco (1), y la cantidad de área de electrodo textil (6) que se puede lograr dentro del mismo. Para este fin, en una realización no representada en las figuras que acompañan a la presente memoria pero que también son objeto de la invención, la celda electroquímica está provista de más de un electrodo textil que actúa como ánodo y más de un electrodo textil que actúa como cátodo, siempre manteniendo las áreas totales de ánodo y cátodo aproximadamente equivalentes.Advantageously, the cylindrical arrangement of the textile electrodes (6) in concentric rings makes it possible to obtain a high ratio between the volume of the sealed tank (1) and the amount of textile electrode area (6) that can be achieved within it. For this purpose, in an embodiment not shown in the figures that accompany this report but which are also the object of the invention, the electrochemical cell is provided with more than one textile electrode that acts as anode and more than one textile electrode that acts as cathode, always keeping the total areas of anode and cathode approximately equal.

También en las figuras 3, 4 y 5 observamos que, en la primera realización preferente de la invención, la superficie de cada malla (5) está parcialmente cubierta por el electrodo textil (6) de forma que esta disposición genera turbulencias en su interior, garantizando que no produzca la decantación por gravedad de las partículas en suspensión.Also in figures 3, 4 and 5 we observe that, in the first preferred embodiment of the invention, the surface of each mesh (5) is partially covered by the textile electrode (6) so that this arrangement generates turbulence inside it, guaranteeing that it does not produce the decantation by gravity of the particles in suspension.

En la segunda realización preferente de la invención representada en las figuras 6, 7 y 8, las mallas (5) que soportan los electrodos textiles (6) forman, preferentemente, dos planos paralelos. O lo que es lo mismo, cada electrodo textil (6) descansa sobre una malla (5) que permite definir una geometría plana.In the second preferred embodiment of the invention represented in figures 6, 7 and 8, the meshes (5) that support the textile electrodes (6) preferably form two parallel planes. In other words, each textile electrode (6) rests on a mesh (5) that makes it possible to define a flat geometry.

Si bien es cierto que la disposición de los electrodos textiles (6) en la segunda realización preferente de la invención ofrece una relación máxima de área por unidad de volumen inferior a la disposición de la primera realización preferente de la invención.Although it is true that the arrangement of the textile electrodes (6) in the second preferred embodiment of the invention offers a lower maximum ratio of area per unit volume than the arrangement of the first preferred embodiment of the invention.

Tal como se observa en la figura 1 y 5, correspondientes a la primera y segunda realización preferente de la invención respectivamente, la entrada (2) y salida (3) en el tanque estanco (1) se disponen de forma que la entrada (2) se realiza en un punto de menor altura que la salida (3) para generar turbulencias. Esta disposición también evita decantación por gravedad anteriormente mencionada, es decir impedimos la generación de diferentes densidades de fluido y por tanto evitamos un comportamiento irregular de los electrodos.As can be seen in Figures 1 and 5, corresponding to the first and second preferred embodiments of the invention respectively, the inlet (2) and outlet (3) in the sealed tank (1) are arranged so that the inlet (2 ) is carried out at a point of lower height than the outlet (3) to generate turbulence. This arrangement also avoids settling by gravity previously mentioned, that is, we prevent the generation of different fluid densities and therefore we avoid an irregular behavior of the electrodes.

Por otro lado, también en la figura 1 y 5 se observa que cada malla (5) está provista de dos contactos eléctricos (7), hecho que permite una seguridad adicional de control de potencial durante el funcionamiento de la celda electroquímica. Así, en caso de que uno de los contactos eléctricos (7) no se encuentre adecuadamente conectado a la fuente de alimentación (8) será posible identificarlo inmediatamente gracias a la medida obtenida por el otro contacto eléctrico (7) que presenta la malla (5).On the other hand, also in Figures 1 and 5 it can be seen that each mesh (5) is provided with two electrical contacts (7), a fact that allows an additional security of potential control during the operation of the electrochemical cell. Thus, in the event that one of the electrical contacts (7) is not properly connected to the power supply (8), it will be possible to identify it immediately thanks to the measurement obtained by the other electrical contact (7) that presents the mesh (5 ).

Tal y como se distingue en cualquiera de las realizaciones preferentes representadas en las figuras que acompañan a la presente memoria, la celda electroquímica de la invención se compone de un tanque estanco (1) o hermético dónde se producen las reacciones electroquímicas. El tanque estanco (1) está dotado de dos orificios por los que tiene lugar la entrada (2) y la salida (3) del flujo del agua residual a tratar.As distinguished in any of the preferred embodiments represented in the figures that accompany this report, the electrochemical cell of the invention is made up of a sealed (1) or hermetic tank where the electrochemical reactions take place. The sealed tank (1) is equipped with two holes through which the inlet (2) and the outlet (3) of the flow of wastewater to be treated take place.

Se garantiza la correcta alimentación eléctrica de las mallas (5) las cuales alimentan de corriente los electrodos textiles (6). Las conexiones entre los elementos que forman la celda electroquímica deben realizarse de forma hermética y con la seguridad de que el agua residual no entra en contacto con ningún otro elemento excepto con las paredes del tanque estanco (1) - integrado por un material inerte al proceso electroquímico -, las mallas (5) y los propios electrodos textiles (6).The correct electrical supply of the meshes (5) is guaranteed, which feed the textile electrodes (6) with current. The connections between the elements that make up the electrochemical cell must be made hermetic and with the assurance that the residual water does not come into contact with any other element except the walls of the sealed tank (1) - made up of an inert material to the process electrochemical -, the meshes (5) and the textile electrodes themselves (6).

Como se indicaba anteriormente, se requiere de la aplicación de una fuente de alimentación (8) que proporcione la corriente eléctrica a la celda electroquímica para que tenga lugar el tratamiento efectivo del agua residual. Concretamente, la fuente de alimentación (8) se conectará a las mallas (5) para generar la diferencia de potencial entre ellos que requiere el proceso de electrólisis.As previously indicated, the application of a power supply (8) that provides electrical current to the electrochemical cell is required for the effective treatment of wastewater to take place. Specifically, the power supply (8) will be connected to the meshes (5) to generate the potential difference between them that the electrolysis process requires.

Dentro del tanque estanco (1) se debe garantizar que no se puede producir un cortocircuito (un contacto de los electrodos) y se debe tener constantemente confirmación de que el contacto entre la alimentación de la fuente de alimentación (8) y las mallas (5) es correcto.Inside the sealed tank (1) it must be guaranteed that a short circuit cannot occur (contact of the electrodes) and there must be constant confirmation that the contact between the power supply (8) and the meshes (5 ) it's right.

Se estabiliza el potencial necesario para que se produzcan las reacciones electroquímicas y se mantiene constante durante el proceso de tratamiento del agua residual. Así, el agua residual a tratar debe estar en contacto con los electrodos textiles para provocar su decoloración y reducción de carga orgánica.The potential necessary for the electrochemical reactions to occur is stabilized and is kept constant during the wastewater treatment process. so the water The residual to be treated must be in contact with the textile electrodes to cause their discoloration and reduction of organic load.

En función del grado de coloración, carga orgánica y tipo de colorante del agua residual a tratar, se deberá mantener un tiempo determinado en tratamiento. Es importante distinguir que el proceso se puede cuantificar en cuanto a “carga equivalente” que sería la cantidad de energía total consumida durante el tratamiento electroquímico que se ha proporcionado al sistema para realizar cada uno de los procesos.Depending on the degree of coloration, organic load and type of colorant of the wastewater to be treated, a certain time must be maintained in treatment. It is important to distinguish that the process can be quantified in terms of "equivalent charge" which would be the amount of total energy consumed during the electrochemical treatment that has been provided to the system to carry out each of the processes.

Se detalla a continuación un ensayo realizado empleando la celda electroquímica de la invención que pone de manifiesto su efectividad para el tratamiento de aguas residuales.A test carried out using the electrochemical cell of the invention is detailed below, which demonstrates its effectiveness for the treatment of wastewater.

Concretamente el agua residual a tratar contiene un colorante denominado Amaranto, con un electrolito de sulfato de sodio (SO4Na2) con una concentración de 45 g/L.Specifically, the wastewater to be treated contains a dye called Amaranth, with an electrolyte of sodium sulfate (SO 4 Na2) with a concentration of 45 g/L.

En este ensayo se han tratado 900 ml de aguas residuales, en una celda electroquímica con un volumen interior total de 628 ml. En el interior de esta celda electroquímica se dispone un ánodo textil de una superficie de 157 cm2 (contemplando ambas caras del tejido conductor de electricidad que integra el electrodo textil que actúa como ánodo) y un cátodo de una superficie de 251 cm2 (contemplando ambas caras del tejido conductor de electricidad que integra el electrodo textil que actúa como cátodo).In this test, 900 ml of wastewater have been treated in an electrochemical cell with a total internal volume of 628 ml. Inside this electrochemical cell there is a textile anode with a surface area of 157 cm2 (contemplating both sides of the electrically conductive fabric that integrates the textile electrode that acts as anode) and a cathode with a surface area of 251 cm2 (contemplating both sides of the electrically conductive fabric that integrates the textile electrode that acts as cathode).

La disposición de los electrodos textiles utilizada en el presente ensayo corresponde a una geometría cilíndrica formando dos anillos concéntricos, siendo el ánodo un cilindro abierto por los extremos de diámetro 50 mm y el cátodo un cilindro abierto por los extremos de 80 mm de diámetro. Ambos con una altura de 50 mm.The arrangement of the textile electrodes used in this test corresponds to a cylindrical geometry forming two concentric rings, the anode being a cylinder open at the ends with a diameter of 50 mm and the cathode a cylinder open at the ends with a diameter of 80 mm. Both with a height of 50 mm.

Se dispone la celda electroquímica correctamente conectada y hermetizada para empezar con la circulación del agua residual a tratar. Se conecta a la fuente de alimentación a los contactos eléctricos de las mallas con el fin de mantener el potencial constante en los electrodos textiles en el interior del tanque estanco.The electrochemical cell is correctly connected and sealed to begin with the circulation of the wastewater to be treated. It is connected to the power supply to the electrical contacts of the meshes in order to maintain the constant potential in the textile electrodes inside the sealed tank.

Se alimentan los electrodos textiles con potencial constante, concretamente en el ensayo realizado se aplicar un potencial de 3,9 V, lo que genera una intensidad de 0,9 A y se procede a la circulación forzada de la solución a tratar a través del sistema mediante una bomba hidráulica. The textile electrodes are fed with constant potential, specifically in the test carried out, a potential of 3.9 V is applied, which generates an intensity of 0.9 A and proceeds to the forced circulation of the solution to be treated through the system. by means of a hydraulic pump.

Con este proceso, y en un tiempo de tratamiento de 120 minutos, se obtuvieron los siguientes resultados:With this process, and in a treatment time of 120 minutes, the following results were obtained:

- La concentración inicial del Carbono Orgánico Total (COT) (expresado en mg/L) se sitúa en 29,14 mg/L, y la final en 4,72 mg/L. Esto supone una reducción del 83,82 % del Carbono Orgánico Total.- The initial concentration of Total Organic Carbon (TOC) (expressed in mg/L) is 29.14 mg/L, and the final one is 4.72 mg/L. This represents a reduction of 83.82% of the Total Organic Carbon.

- La concentración inicial de la Demanda Química de Oxígeno (DQO) (expresada en mg/L) se sitúa en 215,67 mg/L, y la final en 92 mg/L. Esto supone una reducción del 57,34 % de la Demanda Química de Oxígeno.- The initial concentration of the Chemical Oxygen Demand (COD) (expressed in mg/L) is 215.67 mg/L, and the final one is 92 mg/L. This represents a 57.34% reduction in the Chemical Oxygen Demand.

- Como criterio de decoloración completa se ha considerado que esta tiene lugar cuando en la disolución de agua residual tratada solo queda un 1% de colorante con su grupo cromóforo sin degradar. Para el caso que se presenta se ha requerido una carga eléctrica de 1,183 Ah/L.- As a criterion for complete discoloration, it has been considered that this occurs when only 1% of dye remains in the treated wastewater solution with its chromophore group without degrading. For the case presented, an electrical charge of 1,183 Ah/L has been required.

Para obtener un análisis más directo de la eficiencia de la celda electroquímica de la invención, se presentan los valores en función del área de ánodo utilizado:To obtain a more direct analysis of the efficiency of the electrochemical cell of the invention, the values are presented based on the area of the anode used:

La celda electroquímica de la presente invención presenta un ánodo con una superficie de 157 cm2. Con esta área, se ha conseguido tratar un volumen de agua residual de 900 ml en un tiempo de 120 minutos.The electrochemical cell of the present invention has an anode with a surface area of 157 cm2. With this area, it has been possible to treat a volume of residual water of 900 ml in a time of 120 minutes.

A partir de estos valores, se obtiene una relación entre el área del ánodo y el volumen del agua residual tratada de 2,86 mL-h/cm2. Esta relación puede servir de orientación a la hora de aumentar el volumen de tratamiento de la celda electroquímica. Estimando que para tratar un volumen de agua residual de 1m3 en una hora se requeriría un tanque estanco que contuviera electrodos textiles de alrededor 2.860.000 cm2.From these values, a relationship between the anode area and the volume of treated wastewater of 2.86 mL-h/cm2 is obtained. This relationship can serve as a guide when increasing the treatment volume of the electrochemical cell. Estimating that to treat a volume of wastewater of 1m3 in one hour, a sealed tank containing textile electrodes of around 2,860,000 cm2 would be required.

En caso de que el tiempo de tratamiento aumentara, por ejemplo, hasta las 6 horas, el tamaño del electrodo textil se reduciría a 476.666 cm2. Tal como se ha mencionado anteriormente, la configuración de la celda electroquímica de la invención permite colocar diferentes electrodos textiles de manera concéntrica, optimizando la superficie del electrodo textil en función del volumen total en el interior del tanque estanco. Should the treatment time increase, for example, up to 6 hours, the size of the textile electrode would be reduced to 476,666 cm2. As previously mentioned, the configuration of the electrochemical cell of the invention allows different textile electrodes to be placed concentrically, optimizing the surface of the textile electrode based on the total volume inside the sealed tank.

Claims (8)

REIVINDICACIONES 1. - Celda electroquímica para el tratamiento de aguas residuales caracterizada por que comprende:1. - Electrochemical cell for wastewater treatment characterized by comprising: - un tanque estanco (1),- a watertight tank (1), - al menos, una entrada (2) por la que fluye un flujo constante forzado de aguas residuales, - al menos, una salida (3) por la que fluye un flujo constante forzado de aguas residuales,- at least one inlet (2) through which a constant forced flow of wastewater flows, - at least one outlet (3) through which a constant forced flow of wastewater flows, - una bomba de impulsión (4) que genera el flujo constante forzado de aguas residuales,- a drive pump (4) that generates the forced constant flow of wastewater, - al menos, dos mallas (5) independientes constituidas por un material conductor de electricidad el cual es inerte a reacciones electroquímicas, donde cada malla (5) está provista de dos contactos eléctricos (7),- at least two independent meshes (5) made of an electrically conductive material which is inert to electrochemical reactions, where each mesh (5) is provided with two electrical contacts (7), - una fuente de alimentación (8),- a power supply (8), - al menos, dos electrodos textiles (6) conformados por tejidos conductores de electricidad, estando los electrodos textiles (6) dispuestos de forma enfrentada entre sí para generar una homogeneidad en el campo eléctrico,- At least two textile electrodes (6) made up of electrically conductive fabrics, the textile electrodes (6) being arranged facing each other to generate a homogeneous electric field, donde cada malla (5) soporta a un electrodo textil (6), de forma que la superficie de cada malla (5) está parcialmente cubierta por el electrodo textil (6) y cada malla (5) presenta dos contactos eléctricos (7); estando los contactos eléctricos (7) de las mallas (5) conectados a la fuente de alimentación (8) de forma que alimenta a las mallas (5) eléctricamente con un potencial eléctrico constante y uniforme que es conducido hasta los electrodos textiles (6), actuando un electrodo textil (6) como ánodo y otro como cátodo, y donde, al menos, un electrodo textil (6) está modificado superficialmente por un proceso electroquímico y presenta una capa intermedia de óxido de grafeno reducido electroquímicamente y una capa externa de nanopartículas de metales reducidas electroquímicamente.where each mesh (5) supports a textile electrode (6), such that the surface of each mesh (5) is partially covered by the textile electrode (6) and each mesh (5) has two electrical contacts (7); the electrical contacts (7) of the meshes (5) being connected to the power source (8) in such a way that it feeds the meshes (5) electrically with a constant and uniform electrical potential that is conducted to the textile electrodes (6) , where a textile electrode (6) acts as anode and another as cathode, and where at least one textile electrode (6) is superficially modified by an electrochemical process and has an intermediate layer of electrochemically reduced graphene oxide and an outer layer of electrochemically reduced metal nanoparticles. 2. - Celda electroquímica para el tratamiento de aguas residuales, según la reivindicación 1, caracterizada por que las mallas (5) se disponen formando dos anillos concéntricos, de forma que el agua residual a tratar atraviesa radialmente los anillos concéntricos.32. - Electrochemical cell for wastewater treatment, according to claim 1, characterized in that the meshes (5) are arranged to form two concentric rings, so that the wastewater to be treated radially crosses the concentric rings.3 3. - Celda electroquímica para el tratamiento de aguas residuales, según la reivindicación 1, caracterizada por que las mallas (5) se disponen formando planos paralelos entre los que fluye el agua residual a tratar. 3. - Electrochemical cell for wastewater treatment, according to claim 1, characterized in that the meshes (5) are arranged forming parallel planes between which the wastewater to be treated flows. 4- Celda electroquímica para el tratamiento de aguas residuales, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la malla (5) se constituye por titanio.4- Electrochemical cell for wastewater treatment, according to any of the preceding claims, characterized in that the mesh (5) is made of titanium. 5. Celda electroquímica para el tratamiento de aguas residuales, según la reivindicación 1, caracterizado por que los electrodos textiles (6) que están soportados en las mallas (5) y dispuestos de forma enfrentada entre sí, se encuentran separados entre sí con una distancia de entre 1 mm y 5 cm.5. Electrochemical cell for wastewater treatment, according to claim 1, characterized in that the textile electrodes (6) that are supported on the meshes (5) and arranged opposite each other, are separated from each other with a distance between 1 mm and 5 cm. 6. - Celda electroquímica para el tratamiento de aguas residuales, según la reivindicación 1, caracterizado por que los tejidos conductores de electricidad de los electrodos textiles (6) se integran por tejidos de carbón activo.6. - Electrochemical cell for wastewater treatment, according to claim 1, characterized in that the electrically conductive fabrics of the textile electrodes (6) are made up of activated carbon fabrics. 7. - Celda electroquímica para el tratamiento de aguas residuales, según la reivindicación 1 o 6, caracterizado por que el metal de la capa externa de nanopartículas de metales reducidas electroquímicamente es platino.7. - Electrochemical cell for wastewater treatment, according to claim 1 or 6, characterized in that the metal of the outer layer of electrochemically reduced metal nanoparticles is platinum. 8. - Celda electroquímica para el tratamiento de aguas residuales, según la reivindicación 1, caracterizado por que la entrada (2) se realiza en un punto de menor altura que la salida (3) para generar turbulencias. 8. - Electrochemical cell for wastewater treatment, according to claim 1, characterized in that the inlet (2) is made at a point of lower height than the outlet (3) to generate turbulence.
ES202130950A 2021-10-08 2021-10-08 ELECTROCHEMICAL CELL FOR WASTEWATER TREATMENT AND ELECTROCHEMICAL PROCESS OF SURFACE MODIFICATION OF THE TEXTILE ELECTRODE CONTAINED IN SAID ELECTROCHEMICAL CELL Active ES2900851B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES202130950A ES2900851B2 (en) 2021-10-08 2021-10-08 ELECTROCHEMICAL CELL FOR WASTEWATER TREATMENT AND ELECTROCHEMICAL PROCESS OF SURFACE MODIFICATION OF THE TEXTILE ELECTRODE CONTAINED IN SAID ELECTROCHEMICAL CELL
PCT/ES2022/070621 WO2023057669A1 (en) 2021-10-08 2022-09-29 Electrochemical cell for treating wastewater and electrochemical process for surface modification of the textile electrode contained in said electrochemical cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES202130950A ES2900851B2 (en) 2021-10-08 2021-10-08 ELECTROCHEMICAL CELL FOR WASTEWATER TREATMENT AND ELECTROCHEMICAL PROCESS OF SURFACE MODIFICATION OF THE TEXTILE ELECTRODE CONTAINED IN SAID ELECTROCHEMICAL CELL

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2900851A1 ES2900851A1 (en) 2022-03-18
ES2900851B2 true ES2900851B2 (en) 2023-07-11

Family

ID=80777937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES202130950A Active ES2900851B2 (en) 2021-10-08 2021-10-08 ELECTROCHEMICAL CELL FOR WASTEWATER TREATMENT AND ELECTROCHEMICAL PROCESS OF SURFACE MODIFICATION OF THE TEXTILE ELECTRODE CONTAINED IN SAID ELECTROCHEMICAL CELL

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2900851B2 (en)
WO (1) WO2023057669A1 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2632788A1 (en) * 2008-05-30 2009-11-30 Institut National De La Recherche Scientifique (Inrs) Degradation of organic toxics by electro-oxidation
CN103596883B (en) * 2011-06-06 2015-06-10 安克信水技术公司 Efficient treatment of wastewater using electrochemical cell

Also Published As

Publication number Publication date
ES2900851A1 (en) 2022-03-18
WO2023057669A1 (en) 2023-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Novel bio-electro-Fenton technology for azo dye wastewater treatment using microbial reverse-electrodialysis electrolysis cell
Jiang et al. Progress and prospect in electro-Fenton process for wastewater treatment
ES2655969T3 (en) Coal bed electrolyzer for the treatment of liquid effluents and a process thereof
US6224744B1 (en) Electrolytic purification of contaminated waters by using oxygen diffusion cathodes
Ni et al. Comparison of carbonized and graphitized carbon fiber electrodes under flow-through electrode system (FES) for high-efficiency bacterial inactivation
Yang et al. Degradation of metoprolol from wastewater in a bio-electro-Fenton system
US10550021B2 (en) System and method to control H2O2 level in advanced oxidation processes
Liang et al. Improved decolorization of dye wastewater in an electrochemical system powered by microbial fuel cells and intensified by micro-electrolysis
US20230129237A1 (en) Water-processing electrochemical reactor
CN103130307A (en) Ozone and photo-electrochemical coupled oxidation water-treatment device and method
CN108358363A (en) A kind of deep treatment method of organic sewage with high salt
CN101913693B (en) Device and method for activating molecular oxygen by electrocatalysis to treat persistent organic wastewater
CN111689571A (en) Microbial electrochemical system and method for controlling hydrogen peroxide generation and elimination
WO2013156003A1 (en) New nano catalyst electrolysis device
ES2900851B2 (en) ELECTROCHEMICAL CELL FOR WASTEWATER TREATMENT AND ELECTROCHEMICAL PROCESS OF SURFACE MODIFICATION OF THE TEXTILE ELECTRODE CONTAINED IN SAID ELECTROCHEMICAL CELL
WO2022132662A1 (en) "super bubble" electro-photo hybrid catalytic system for advanced treatment of organic wastewater
CN102815768A (en) Electrolytic method of self-cleaning stainless steel electrode and device thereof
CN102718290A (en) Electricity-saving method for electrolysis waste water treatment according to catalytic oxidation
Zou et al. Synergistic effect for efficient oxidization of refractory organics with high chroma by an innovative persulfate assisted microbial electrolysis ultraviolet cell
You et al. Hybrid microbial electrolytic/UV system for highly efficient organic pollutants removal
CN102807268A (en) Electrolysis method and device for self-cleaning carbon electrode
KR101036834B1 (en) Electrolytic Cell for purifying water
CN102815767A (en) Self-cleaning composite active carbon electrode electrolytic oxidation-reduction method and device thereof
JP2015002070A (en) Fuel cell system and module for the same
CN113023972A (en) High-salt organic wastewater treatment method based on electrochemical coupling hydrogen peroxide

Legal Events

Date Code Title Description
BA2A Patent application published

Ref document number: 2900851

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: A1

Effective date: 20220318

FG2A Definitive protection

Ref document number: 2900851

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B2

Effective date: 20230711