Eliminación de compuestos orgánicos en aguas residuales por electrocoagulación
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OTRI – Área de Relaciones con la Empresa
Universidad de Alicante
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ABSTRACT

El Departamento de Química Física (Grupo de Electroquímica aplicada y electrocatálisis) de la Universidad de Alicante tiene el know-how y una larga experiencia en el tratamiento y eliminación de contaminantes en aguas residuales mediante electrocoagulación (EC).

Se dispone de una planta piloto totalmente equipada con la infraestructura necesaria y capacidad suficiente para tratar 100L/h de aguas residuales, de modo que resulta factible desarrollar la fase pre-industrial y el escalado de estos procesos.

Esta tecnología podría ser interesante para varias industrias: química, curtidos, textil, etc

TECHNICAL DESCRIPTION

La Electroquímica aplicada incluye el uso de procesos electroquímicos en cualquier tipo de aplicación industrial: síntesis de productos farmacéuticos, baterías, tratamiento de aguas residuales, electrodeposición de metales, etc. El Departamento de Química Física de la Universidad de Alicante se ha centrado en los últimos años en la búsqueda de nuevos procesos electroquímicos y en la transferencia de conocimiento y tecnología a la industria.

El tratamiento de aguas residuales mediante electrocoagulación se ha venido practicando durante todo el siglo XX, pero con éxito limitado y una escasa aceptación popular. Sin embargo, en la última década, esta tecnología ha aumentado en Europa a la hora de tratar diferentes tipos de residuos industriales: residuos de la industria agroalimentaria, aceites, pigmentos, partículas en suspensión, residuos químicos y mecánicos de la industria pétrea, materia orgánica, agua tratada con agentes fluorantes, efluentes con detergentes sintéticos, disoluciones que contienen metales pesados y residuos de minería, etc.

La coagulación es un fenómeno en el que las partículas cargadas en la suspensión coloidal se neutralizan mediante colisiones con otros iones, produciendo un aglomerado seguido de sedimentación. El coagulante se añade como una sustancia química

adecuada. Por ejemplo, se ha usado ampliamente durante años el compuesto [Al2(SO4)3.18H2O] como un agente coagulante para el tratamiento de aguas residuales. El mecanismo de coagulación ha sido una asignatura sujeta a continua revisión. Está generalmente aceptado que la coagualación empieza primero mediante una reducción neta de la superficie de carga donde las partículas coloidales, previamente estabilizadas mediante repulsiones electrostáticas, pueden acercarse lo suficiente como para que las fuerzas de Van der Waals actúen y permitan su agregación. La reducción de la carga superficial es consecuencia de la disminución del potencial de repulsión de la doble capa eléctrica por la presencia de electrolitos que tienen carga opuesta.

En el proceso de electrocoagulación, el coagulante se genera in situ mediante oxidación electrolítica de un ánodo de un material adecuado. En este proceso, las especies iónicas cargadas se eliminan de las aguas residuales al producir la reacción de floculación y generar hidróxidos metálicos fuera del efluente.

La última etapa de los proyectos de I+D se desarrolla en una planta piloto de 120 m2 que el grupo posee en la Universidad de Alicante. Esta planta está equipada con vapor, refrigeración, filtros de agua, sistemas de vacío, gases (aire, nitrógeno, CO2, argón). La planta posee un reactor químico de 50 L y un sistema de coagulación por electrofloculación. Todos estos sistemas están automatizados y se pueden usar para desarrollar y optimizar varios tipos de procesos electroquímicos: electrosíntesis de productos orgánicos e inorgánicos, electrodiálisis, tratamiento de aguas residuales mediante electrooxidación directa o indirecta, electrocoagulación. La máxima capacidad de producción en todos los casos es de 1 m3 de disolución/día.




TECHNOLOGY ADVANTAGES AND INNOVATIVE ASPECTS

PRINCIPALES VENTAJAS
1. La electrocoagulación requiere un equipamiento sencillo y es muy fáci de usar.

2. La electrocoagulación genera poca cantidad de lodo. Además, éste es muy fácil de tratar.

3. Los lodos formados por electrocoagulación son similares a los obtenidos mediante procesos químicos. No obstante, los lodos obtenidos mediante EC retienen menos agua y son más estables, por lo tanto, se pueden separar más rápidamente mediante filtración.

4. El proceso de EC tiene la ventaja de eliminar las partículas coloidales más pequeñas, ya que la aplicación de un campo eléctrico provoca un rápido movimiento en éstas, de modo que facilita su coagulación.

5. Las burbujas de gas generadas en el cátodo durante la electrólisis, llevan los contaminantes a la superficie de la disolución, donde se pueden eliminar fácilmente.

ASPECTOS INNOVADORES DE LA TECNOLOGÍA

- El reactivo empleado es la electricidad, de bajo coste y disponibilidad inmediata.

- El equipamiento requerido es sencillo, automatizable y fácil de operar. Asimismo, no tiene partes móviles, lo que minimiza el coste de mantenimiento.

- La electrocoagulación trabaja sin adición de reactivos químicos, lo que evita el problema de tener que neutralizar el exceso de reactivo químico. También se evitan los problemas de stock y almacenamiento.

- Con la EC se generan menos lodos que con la coagulación química, lo que disminuye el posterior coste de tratamiento de éstos.

- El tratamiento puede ser interrumpido y continuado a voluntad por el simple corte de la corriente eléctrica suministrada a los electrodos.

- Las aguas tratadas son incoloras e inodoras.

CURRENT STATE OF DEVELOPMENT
Ensayado en escala planta piloto
MARKET APPLICATIONS

La electrocoagulación puede ser interesante para industrias que generen diferentes tipos de residuos: residuos de la industria agroalimentaria, aceites, pigmentos, partículas en suspensión, residuos químicos y mecánicos de la industria pétrea, materia orgánica, agua tratada con agentes fluorantes, efluentes con detergentes sintéticos, disoluciones que contienen metales pesados o residuos de minería, etc.

COLLABORATION SOUGHT

El Departamento de Química Física busca:

· Socios dispuestos a introducir el sistema de electrocoagulación en sus instalaciones.

· Departamentos de I+D de cualquier compañía interesados en llevar a cabo estudios de viabilidad en el uso, industrial o no, de esta tecnología.

INTELLECTUAL PROPERTY RIGHTS
Secreto protegido bajo know-how
RESEARCH GROUP PROFILE

El Grupo de Electroquímica Aplicada y Electrocatálisis fue creado en 1983 y actualmente forma parte del Instituto de Electroquímica de la Universidad de Alicante. Desde su creación uno de sus principales objetivos ha sido potenciar la investigación y cooperación con la Industria en todos los ámbitos de la Electroquímica Aplicada. En este tiempo se han desarrollado 15 patentes y se ha participado en más de cien proyectos de investigación con financiación pública y privada. Así, entre las líneas de investigación más relevantes del Grupo podemos citar:

- Síntesis Electroquímica, con una amplia experiencia en el desarrollo de procesos desde escala laboratorio hasta implantación industrial. Destacan aplicaciones en el campo de la síntesis de productos farmacéuticos y de la Química Fina, que abarca desde la síntesis en las instalaciones de la Universidad de Alicante de 14 tm de N-Acetil-Cisteína en un proyecto de investigación, hasta la implantación industrial de diversos procesos.

- Tratamiento de aguas residuales por métodos electroquímicos, fundamentalmente Electrocoagulación, Electro-oxidación anódica directa e indirecta y Electrodeposición de metales pesados. Destaca la transferencia a la industria del know-how relacionado con el diseño, desarrollo y fabricación de un sistema automatizado de Electrocoagulación. Estas plantas de tratamiento han sido testadas en numerosos sectores industriales y se han comercializado con capacidades de tratamiento de hasta 8m3/h.

- Desalinización de aguas y purificación de productos orgánicos mediante Electrodialisis. Destacan los trabajos de purificación de la N-Acetil-Cisteína sintetizada, así como el desarrollo desde escala laboratorio hasta su implantación industrial del proceso de purificación de ácido láctico en una Planta Industrial de obtención de este producto a partir de residuos de suero lácteo procedentes de la fabricación de quesos.

- Aplicación de la energía solar fotovoltaica en procesos electroquímicos, como la Electrodiálisis o el tratamiento de efluentes mediante Electro-oxidación o Electrocoagulación.

- Sistemas electroquímicos de acumulación de energía: Batería de flujo Redox. En este apartado se ha trabajado con varias Industrias en el diseño, desarrollo y fabricación de un acumulador Fe/Cr de 2kW-20kWh y el desarrollo de un acumulador Fe/Fe(II)/Fe(III).

- Síntesis, caracterización y comportamiento electroquímico de nanopartículas. La investigación se centra en el estudio de la relación existente entre composición y estructura superficiales de nanopartículas de metales simples y aleaciones y su actividad electrocatalítica. Se ha desarrollado un proceso de síntesis de nanopartículas de platino sobre negro de carbón a escala piloto industrial para su uso como electrocatalizador en pilas de combustible.

Estas décadas de trabajo nos han proporcionado un profundo conocimiento en Electroquímica fundamental y aplicada. Sin embargo, y en cierto sentido más importante ha sido el desarrollar la capacidad de adaptación a la forma de trabajo, mecanismos y a necesidades del Sector Industrial, imprescindibles para una Transferencia de Conocimiento exitosa.

MARKET APPLICATION (5)
Biodiversidad y Paisaje
Calzado y Textil
Piedra y Mármol
Recursos Hídricos
Tecnología Química

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