Desarrollo de procesos de electrocoagulación para su aplicación en el tratamiento de efluentes

Abstract

En numerosas industrias químicas y petroquímicas de Argentina, así como ocurre en muchas partes del mundo, el agua de pozo es ampliamente utilizada tanto en refrigeración, en producción de vapor o como agua de proceso. Generalmente, el agua de pozo contiene altas concentraciones de sílice entre otros compuestos, por lo que se deben realizar con cierta frecuencia purgas para evitar altas concentraciones de éstos en el sistema, y su posterior incrustación por precipitación. Estas incrustaciones se adhieren a las superficies de los equipos o en las tuberías, afectando la transferencia de energía y de materia, ocasionando importantes pérdidas económicas generadas por la disminución de la eficiencia de los procesos y los gastos involucrados a las paradas de planta, limpieza de equipos y su posterior puesta en marcha. Por estas razones, es importante la remoción de sílice y demás compuestos, ya que disminuye el consumo de grandes cantidades de agua, pues permite recircular en el sistema ese caudal de purga que de otra manera se descartaría como desecho, favoreciendo el uso sustentable de los recursos hídricos y logrando una disminución en los costos operativos de la planta En la bibliografía se describen diferentes métodos para esta remoción: coagulación química y floculación, ósmosis inversa, métodos de ablandamiento cal-carbonato y de ultra-alta cal, etc. La electrocoagulación se presenta como una alternativa interesante respecto de los métodos mencionados anteriormente. Esta técnica involucra la aplicación de un potencial eléctrico a electrodos metálicos, contenidos en una celda electroquímica, de manera de generar la disolución de uno de ellos, originando productos de hidrólisis (hidróxidos y/o polihidróxidos) que desestabilizan contaminantes formando flóculos con los mismos, los que posteriormente son eliminados por flotación o decantación. Tanto la coagulación y la floculación química como la electrocoagulación remueven las partículas del agua neutralizando/desestabilizando las fuerzas de repulsión que mantienen las partículas suspendidas en el agua. Cuando estas fuerzas son neutralizadas, las partículas suspendidas se aglomeran aumentando su tamaño, lo que provoca que decanten. La unidad básica de electrocoagulación típicamente consiste en una celda electrolítica con ánodos y cátodos metálicos conectados externamente a una fuente de corriente, e inmersos en la solución a ser tratada. El objetivo de este trabajo de investigación fue el de aplicar la electrocoagulación como tratamiento de aguas residuales que surgen de los procesos industriales, o como pretratamiento de reducción de la concentración de sílice y contaminantes en aguas de pozo previo al ingreso a otros procesos, como puede ser el caso de una ósmosis inversa en la cual es recomendable un tratamiento previo para aumentar la vida útil de las membranas de esos equipos. Determinar las condiciones operativas óptimas en laboratorio, analizando las diferentes variables involucradas en el proceso de electrocoagulación, tales como: corriente y voltaje a aplicar, pH, temperatura, material de electrodo y condiciones hidrodinámicas; empleando muestras de procesos industriales reales. También se decidió investigar, en el caso del material de los electrodos, la influencia de modificaciones metalográficas en la estructura cristalina de los mismos, y cómo afectan al consumo específico de energía y la reacción de electrocoagulación. Caracterizar química y fisicoquímicamente los productos que se obtienen en el proceso de coagulación/floculación con este tratamiento electroquímico. Por último, se logró diseñar y construir plantas pilotos, analizando la operación en flujo continuo o discontinuo y su posterior empleo en la industria a diferentes escalas. Los resultados muestran que los tratamientos electroquímicos de electrocoagulación para el tratamiento de efluentes industriales son factibles de realizar con buenos resultados. Se producen flóculos que permiten determinar que hay formación de gibbsitas en solución en la etapa de coagulación-floculación que favorecen la mejor efectividad del método comparándolo con las técnicas convencionales de coagulación y floculación química. Con el tratamiento térmico en las diferentes aleaciones empleadas para la construcción de los electrodos se consiguió un ahorro energético de hasta el 30%, al modificar los tamaños de grano, propiciando una capacidad más rápida para efectos de corrosión que favorecen su disolución. Estos desarrollos de nuevos electrodos se encuentran patentados con el título: “Electrode for electrocoagulation, method to obtain the electrode and electrocoagulation method using the electrode” United States application 17/822,977, presentada en 2022 y aceptada en 2024. Por último, se realizaron diferentes diseños de plantas pilotos, para escalar el proceso a una capacidad de tratamiento de hasta 3 m3/h. Junto con WET Argentina S.A. se diseñó un modelo de planta de tratamientos electroquímicos que actualmente se encuentra en etapa de construcción e implementación en la industria.