Seccions
- Què és l’electrocoagulació?
- Aplicació en el tractament d’aigües residuals
- Comparació amb el tractament fisicoquímic de coagulació / floculació
- Conclusions
- Bibliografia i consultes
Què és l’electrocoagulació?
L’electrocoagulació és una tècnica de tractament d’aigua eficaç i versàtil, ja que permet eliminar una àmplia gamma de contaminants de diferents tipus d’aigua, incloent-hi aigües residuals industrials, aigües de superfície i aigües subterrànies.
El procés consisteix en la desestabilització dels contaminants presents a l’aigua, tant en suspensió com emulsionats o dissolts, mitjançant l’acció de corrent elèctric directe de baix voltatge i per l’acció d’elèctrodes metàl·lics, normalment alumini/ferro.
Els equips d’electrocoagulació són compactes i operen en continu, utilitzant un reactor en el qual s’hi disposen els elèctrodes metàl·lics per facilitar el trànsit de corrent elèctric.
En aquest procés es genera una elevada concentració de cations que neutralitzen les càrregues elèctriques dels col·loides presents a l’aigua, cosa que dóna lloc a la formació d’hidròxids metàl·lics complexos. Aquests compostos actuen com a agents coagulants, formant flòculs que incorporen els contaminants gràcies a la seva capacitat d’adsorció. Els flòculs pugen a la superfície a causa de les turbulències i a la disminució de la seva densitat aparent provocada pels gasos generats durant la reacció.
Les reaccions químiques que es desenvolupen en el procés d’electrocoagulació són les següents:
- Ànode: M⁺ + e⁻
- Càtode: H₂O + e⁻
- Hidròxid: M(OH)ₙ ↓ + OH⁻
Es allibera H2 gas que puja pel càtode.
Per al cas de l’elèctrode de Fe, seria:
- Ànode: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻
- Càtode: 2H₂O + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻
- Hidròxid: Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)₂ ↓
En l’esquema següent s’observen les reaccions que intervenen en el procés:
Un tractament d’aigües residuals mitjançant electrocoagulació consta de les següents etapes:
- Neutralització de les càrregues elèctriques dels col·loides, facilitada pels cations metàl·lics generats a l’ànode.
- Adsorció de contaminants sobre els flòculs d’hidròxids metàl·lics formats *in situ*, que actuen com a agents coagulants.
- Precipitació dels contaminants juntament amb els productes de corrosió dels elèctrodes, principalment ferro o alumini, segons el material de l’ànode.
- Separació per flotació, promoguda per l’arrossegament dels flòculs mitjançant les microbombolles d’hidrogen i oxigen generades al càtode i l’ànode, respectivament.
- Oxidació i/o reducció de substàncies dissoltes, gràcies a les reaccions redox que ocorren a l’entorn electroquímic.
D’altra banda, es produeix l’oxidació química que permet transformar els metalls i contaminants en espècies no tòxiques i degradar la DQO/DBO de forma sensible.
Un dels principals beneficis de l’electrocoagulació és la seva capacitat per eliminar contaminants que són difícils de tractar amb altres mètodes. Per exemple, pot ser molt eficaç en l’eliminació de col·loides, emulsions, metalls pesants i microorganismes. A més, és una tecnologia que té un rendiment constant al llarg del temps.
A l’hora de dissenyar una instal·lació d’electrocoagulació, és imprescindible tenir en compte els següents factors bàsics:
- Tipus d’elèctrode: alumini, ferro o aliatges.
- Configuració d’elèctrodes: monopolar, bipolar, en sèrie o paral·lel.
- Distància entre elèctrodes: influeix en la resistència elèctrica.
- Densitat de corrent: Oscil·la entre 5 i 50 mA/cm².
- pH inicial: Afecta la formació d’espècies metàl·liques actives.
- Conductivitat de l’aigua: pot requerir addició d’electròlits (NaCl, Na₂SO₄).
- El temps de retenció és un altre factor que és variable en cada cas.
Un altre benefici notable de l’electrocoagulació és la seva capacitat per descompondre els compostos orgànics complexos que estan presents a l’aigua, cosa que és difícil d’aconseguir amb els mètodes convencionals de tractament d’aigua.
Els components d’un sistema d’electrocoagulació bàsic són:
- Reactor electroquímic amb elèctrodes submergits.
- Font d’alimentació de corrent continu, amb control de voltatge i intensitat.
- Sistema d’agitació per mantenir homogènia la solució.
- Separador sòlid-líquid, que pot ser un sedimentador, filtre o flotador per eliminar els flòculs.
L’electrocoagulació és una tecnologia en constant evolució, que està incorporant avenços significatius en les següents àrees:
- Ús d’elèctrodes inerts recoberts per prolongar la vida útil.
- Sistemes híbrids: EC + flotació per aire dissolt (DAF), EC + oxidació avançada.
- Automatització amb sensors de pH, turbidesa i conductivitat.
- Integració en sistemes de tractament descentralitzats o modulars.
Aplicació de l’electrocoagulació en el tractament d’aigües residuals
Com hem indicat a l’apartat anterior, l’electrocoagulació és un procés eficaç per al tractament d’aigües residuals que contenen contaminació col·loïdal i/o biològica.
L’electrocoagulació utilitza l’electricitat per eliminar contaminants. Aquest procés implica la introducció d’elèctrodes a l’aigua residual, els quals alliberen ions positius en aplicar-se un corrent elèctric. Aquests ions s’uneixen als contaminants presents a l’aigua, formant conglomerats més grans que poden ser fàcilment separats de l’aigua.
El principal avantatge de l’electrocoagulació és la seva eficàcia en l’eliminació d’una àmplia gamma de contaminants, incloent-hi bacteris, virus, metalls pesants i compostos orgànics.
Un altre benefici important és el seu baix cost operatiu especialment si es compara amb altres mètodes de tractament d’aigua. Això s’aconsegueix gràcies al seu baix consum energètic, a l’absència de reactius coagulants i floculants, i a que no es produeixen fangs secundaris tòxics.
A mode de resum, els principals avantatges de l’electrocoagulació per a la gestió d’aigües residuals són:
- No requereix addició externa de coagulants i floculants.
- Generació de flòculs eficients.
- Baix volum de fangs produïts.
- Capacitat de tractament d’efluents complexos.
- Procés modular, automatitzable i energèticament eficient.
Com a limitacions podem destacar:
- Corrosió i desgast d’elèctrodes (es requereix reposició periòdica).
- Eficàcia dependent de pH i conductivitat.
- Passivació dels elèctrodes
L’electrocoagulació s’aplica amb èxit en diversos sectors com:
| Sector | Contaminants eliminats |
|---|---|
| Indústria tèxtil | Colorants, tensioactius, DQO, sòlids en suspensió |
| Adoberia | Crom, sulfats, sòlids, matèria orgànica |
| Indústria alimentària | Greixos, olis, sòlids, càrrega orgànica |
| Aigües residuals urbanes | Fosfats, nitrogen, microorganismes |
| Electroplating | Metalls pesants (Cu, Zn, Ni, Cr), cianurs |
| Indústria del paper | Matèria orgànica, sòlids, color |
Comparació amb el tractament fisicoquímic de coagulació / floculació
L’electrocoagulació destaca per ser un procés eficient, econòmic i sostenible, ja que no requereix l’addició de productes químics coagulants ni floculants externs, minimitzant així l’impacte ambiental i disminuint els costos de tractament. A més, el fang resultant és menys voluminós i més estable i fàcil de manejar que en altres processos de coagulació.
Aquest procés és especialment útil per eliminar substàncies com olis, greixos, metalls pesants, colorants i microorganismes, convertint l’electrocoagulació en una tecnologia de referència per a la depuració d’aigües residuals.
A la taula següent es presenta un comparatiu amb el procés convencional de coagulació / floculació química:
| Tècnica | Consum energia | Consum reactius | Prod. fangs | Espai ocupat | Tipus fangs | Mantenim. |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Electrocoagulació | Moderat | Cap | Baix | Baix | Estable | Complex |
| Coagulació/floculació | Baix | Alt | Alt | Mitjà | Inestable | Senzill |
Malgrat els seus avantatges, l’electrocoagulació no està lliure de reptes. En particular, el consum d’energia i la gestió de l’elèctrode poden ser qüestions que requereixin atenció especial.
Tanmateix, els avenços tecnològics estan ajudant a superar aquests inconvenients, convertint l’electrocoagulació en una opció cada cop més viable i atractiva per al tractament de les aigües residuals.
Conclusions
L’electrocoagulació és un procés senzill que requereix equips relativament simples. Els flòculs generats contenen poca aigua superficial, són resistents a medis àcids i presenten bona estabilitat, cosa que facilita la seva separació mitjançant filtració.
A més, es tracta d’una tecnologia de baix cost que demanda una inversió inicial moderada.
És una alternativa prometedora per al tractament d’aigües residuals amb contaminants difícils d’eliminar mitjançant mètodes convencionals. La seva eficàcia, versatilitat i sostenibilitat la converteixen en una opció atractiva per a múltiples aplicacions industrials i urbanes.
No obstant això, per aconseguir una implementació òptima, és fonamental realitzar una adequada selecció dels paràmetres operatius i assegurar el manteniment periòdic del sistema.
En resum, l’electrocoagulació és un mètode de tractament d’aigües versàtil i eficaç, capaç d’abordar una àmplia gamma de contaminants i millorar significativament la qualitat de l’aigua tractada.
Bibliografia i consultes
1- Electrocoagulació d’Aigües Residuals: Solució Innovadora per a un Món més Netejat | Institut de l’Aigua
2- Techno-Economic Analysis of Electrocoagulation on Water Reclamation and Bacterial/Viral Indicator Reductions of a High-Strength Organic Wastewater—Anaerobic Digestion Effluent