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Cos’è l’elettrocoagulazione?

L’elettrocoagulazione è una tecnica di trattamento dell’acqua efficace e versatile, poiché consente di eliminare un’ampia gamma di contaminanti da diversi tipi di acqua, comprese le acque reflue industriali, le acque superficiali e le acque sotterranee.

Il processo consiste nella destabilizzazione dei contaminanti presenti nell’acqua, sia in sospensione che emulsionati o disciolti, mediante l’azione di corrente elettrica continua a basso voltaggio e tramite l’azione di elettrodi metallici, normalmente alluminio/ferro.

Le apparecchiature di elettrocoagulazione sono compatte e operano in continuo, utilizzando un reattore all’interno del quale sono disposti gli elettrodi metallici per facilitare il passaggio della corrente elettrica.

In questo processo si genera un’elevata concentrazione di cationi che neutralizzano le cariche elettriche dei colloidi presenti nell’acqua, dando luogo alla formazione di idrossidi metallici complessi. Questi composti agiscono come agenti coagulanti, formando fiocchi che incorporano i contaminanti grazie alla loro capacità di adsorbimento. I fiocchi risalgono in superficie a causa delle turbolenze e della diminuzione della loro densità apparente provocata dai gas generati durante la reazione.

Le reazioni chimiche che si sviluppano nel processo di elettrocoagulazione sono le seguenti:

  • Anodo: M⁺ + e⁻
  • Catodo: H₂O + e⁻
  • Idrossido: M(OH)ₙ ↓ + OH⁻

Si libera gas H2 che risale dal catodo.

Nel caso dell’elettrodo di Fe, sarebbe:

  • Anodo: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻
  • Catodo: 2H₂O + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻
  • Idrossido: Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)₂ ↓

Nello schema seguente si osservano le reazioni che intervengono nel processo:

Un trattamento delle acque reflue mediante elettrocoagulazione consta delle seguenti fasi:

  1. Neutralizzazione delle cariche elettriche dei colloidi, facilitata dai cationi metallici generati all’anodo.
  2. Adsorbimento dei contaminanti sui fiocchi di idrossidi metallici formati *in situ*, che agiscono come agenti coagulanti.
  3. Precipitazione dei contaminanti insieme ai prodotti di corrosione degli elettrodi, principalmente ferro o alluminio, a seconda del materiale dell’anodo.
  4. Separazione per flottazione, promossa dal trascinamento dei fiocchi mediante le microbolle di idrogeno e ossigeno generate rispettivamente al catodo e all’anodo.
  5. Ossidazione e/o riduzione delle sostanze disciolte, grazie alle reazioni redox che avvengono nell’ambiente elettrochimico.

D’altra parte, si produce l’ossidazione chimica che permette di trasformare i metalli e i contaminanti in specie non tossiche e di degradare sensibilmente il COD/BOD.

Uno dei principali benefici dell’elettrocoagulazione è la sua capacità di eliminare contaminanti difficili da trattare con altri metodi. Ad esempio, può essere molto efficace nell’eliminazione di colloidi, emulsioni, metalli pesanti e microrganismi. Inoltre, è una tecnologia che mantiene una prestazione costante nel tempo.

Nel progettare un impianto di elettrocoagulazione, è indispensabile considerare i seguenti fattori di base:

  • Tipo di elettrodo: alluminio, ferro o leghe.
  • Configurazione degli elettrodi: monopolare, bipolare, in serie o parallelo.
  • Distanza tra gli elettrodi: influisce sulla resistenza elettrica.
  • Densità di corrente: varia tra 5 e 50 mA/cm².
  • pH iniziale: influenza la formazione di specie metalliche attive.
  • Conduttività dell’acqua: può richiedere l’aggiunta di elettroliti (NaCl, Na₂SO₄).
  • Il tempo di ritenzione è un altro fattore variabile in ogni caso.

Un altro beneficio notevole dell’elettrocoagulazione è la sua capacità di decomporre composti organici complessi presenti nell’acqua, cosa difficile da ottenere con i metodi convenzionali di trattamento delle acque.

I componenti di un sistema base di elettrocoagulazione sono:

  • Reattore elettrochimico con elettrodi sommersi.
  • Alimentatore di corrente continua, con controllo di tensione e intensità.
  • Sistema di agitazione per mantenere omogenea la soluzione.
  • Separatore solido-liquido, che può essere un sedimentatore, filtro o flottatore per eliminare i fiocchi.

L’elettrocoagulazione è una tecnologia in continua evoluzione, che sta incorporando progressi significativi nelle seguenti aree:

  • Impiego di elettrodi inerti rivestiti per prolungare la vita utile.
  • Sistemi ibridi: EC + flottazione ad aria disciolta (DAF), EC + ossidazione avanzata.
  • Automazione con sensori di pH, torbidità e conduttività.
  • Integrazione in sistemi di trattamento decentralizzati o modulari.

Applicazione dell’elettrocoagulazione nel trattamento delle acque reflue

Come indicato nella sezione precedente, l’elettrocoagulazione è un processo efficace per il trattamento delle acque reflue che contengono contaminazione colloidale e/o biologica.

L’elettrocoagulazione utilizza l’elettricità per eliminare i contaminanti. Questo processo implica l’introduzione di elettrodi nell’acqua reflua, i quali rilasciano ioni positivi quando viene applicata una corrente elettrica. Questi ioni si legano ai contaminanti presenti nell’acqua, formando aggregati più grandi che possono essere facilmente separati dall’acqua.

Il principale vantaggio dell’elettrocoagulazione è la sua efficacia nell’eliminazione di un’ampia gamma di contaminanti, inclusi batteri, virus, metalli pesanti e composti organici.

Un altro beneficio importante è il suo basso costo operativo, specialmente se confrontato con altri metodi di trattamento delle acque. Ciò si ottiene grazie al basso consumo energetico, all’assenza di reagenti coagulanti e flocculanti, e al fatto che non si producono fanghi secondari tossici.

In sintesi, i principali vantaggi dell’elettrocoagulazione per la gestione delle acque reflue sono:

  • Non richiede aggiunta esterna di coagulanti e flocculanti.
  • Generazione di fiocchi efficienti.
  • Basso volume di fanghi prodotti.
  • Capacità di trattamento di effluenti complessi.
  • Processo modulare, automatizzabile ed energeticamente efficiente.

Come limitazioni si possono evidenziare:

  • Corrosione e usura degli elettrodi (richiede sostituzione periodica).
  • Efficienza dipendente da pH e conduttività.
  • Passivazione degli elettrodi.

L’elettrocoagulazione si applica con successo in diversi settori come:

Settore Contaminanti eliminati
Industria tessile Coloranti, tensioattivi, COD, solidi sospesi
Conceria Cromo, solfati, solidi, materia organica
Industria alimentare Grassi, oli, solidi, carica organica
Acque reflue urbane Fosfati, azoto, microrganismi
Elettrodeposizione Metalli pesanti (Cu, Zn, Ni, Cr), cianuri
Industria della carta Materia organica, solidi, colore

Confronto con il trattamento fisico-chimico di coagulazione / flocculazione

L’elettrocoagulazione si distingue per essere un processo efficiente, economico e sostenibile, poiché non richiede l’aggiunta di prodotti chimici coagulanti né flocculanti esterni, minimizzando così l’impatto ambientale e riducendo i costi di trattamento. Inoltre, il fango risultante è meno voluminoso, più stabile e più facile da gestire rispetto ad altri processi di coagulazione.

Questo processo è particolarmente utile per eliminare sostanze come oli, grassi, metalli pesanti, coloranti e microrganismi, rendendo l’elettrocoagulazione una tecnologia di riferimento per la depurazione delle acque reflue.

Nella tabella seguente è presentato un confronto con il processo convenzionale di coagulazione / flocculazione chimica:

Tecnica Consumo energia Consumo reagenti Produzione fanghi Spazio occupato Tipo fanghi Manutenzione
Elettrocoagulazione Moderato Nullo Basso Basso Stabile Complesso
Coagulazione/flocculazione Basso Alto Alto Medio Instabile Semplice

Nonostante i suoi vantaggi, l’elettrocoagulazione non è priva di sfide. In particolare, il consumo energetico e la gestione degli elettrodi possono richiedere attenzione speciale.

Tuttavia, i progressi tecnologici stanno aiutando a superare questi inconvenienti, rendendo l’elettrocoagulazione un’opzione sempre più valida e attraente per il trattamento delle acque reflue.

Conclusioni

L’elettrocoagulazione è un processo semplice che richiede apparecchiature relativamente semplici. I fiocchi generati contengono poca acqua superficiale, sono resistenti a mezzi acidi e presentano buona stabilità, facilitandone la separazione mediante filtrazione.

Inoltre, si tratta di una tecnologia a basso costo che richiede un investimento iniziale moderato.

È un’alternativa promettente per il trattamento delle acque reflue con contaminanti difficili da eliminare con metodi convenzionali. La sua efficacia, versatilità e sostenibilità la rendono un’opzione attraente per molteplici applicazioni industriali e urbane.

Tuttavia, per ottenere un’implementazione ottimale, è fondamentale effettuare una corretta selezione dei parametri operativi e garantire la manutenzione periodica del sistema.

In sintesi, l’elettrocoagulazione è un metodo di trattamento delle acque versatile ed efficace, capace di affrontare un’ampia gamma di contaminanti e migliorare significativamente la qualità dell’acqua trattata.

Bibliografia e consultazioni

1- Elettrocoagulazione delle Acque Reflue: Soluzione Innovativa per un Mondo più Pulito | Instituto del Agua

2- Techno-Economic Analysis of Electrocoagulation on Water Reclamation and Bacterial/Viral Indicator Reductions of a High-Strength Organic Wastewater—Anaerobic Digestion Effluent

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