Investigación sobre procesos avanzados de tratamiento y depuración de las aguas mediante electrocoagulación

Resumen

"El objetivo definitivo de esta investigación es la de buscar un sistema, que siendo sencillo y ocupando poco espacio, pueda aplicarse a las aguas de salida de una depuradora o aguas normales circulando por corrientes fluviales alcanzando calidad para distintos usos. Así se investiga sobre la posibilidad de utilizar el proceso de electrocoagulación sobre distintos parámetros considerados en la normativa sobre reutilización de las aguas “Real Decreto 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas (BOE nº 294, 08/12/2007)”. Se establecen tres fases de investigación. En la primera trabajando en sistema discontinuo, sistema batch, la segunda con una planta de laboratorio en discontinuo, para investigar sobre los parámetros que intervienen en el proyecto, utilizando los resultados en el diseño y construcción de una planta real, 144 l/h, ensayando en la tercera parte sobre la eficacia del proceso de electrocoagulación en el cumplimiento las normativas actuales de reutilización, en relación con la reducción de parámetros físico?químicos de las aguas (SS, turbidez, nitrógeno y fósforo), así como la reducción de la contaminación biológica de las aguas (E. coli, legionella, presencia de parásitos como nematodos y tenia), analizando el consumo energético del proceso. Se ha deducido la falta de coincidencia entre las experiencias en sistemas discontinuos y continuos del proceso, y se han establecido los parámetros fundamentales para el diseño de la planta piloto, teniendo en cuenta la influencia de la escala. Se han establecido como parámetros fundamentales: Uno de los parámetros básicos de diseño a escala piloto, que se ha considerado, es la relación de superficie electrolítica sobre el volumen de la disolución o del reactor, a escala laboratorio (A/V), que es una medida del potencial para la liberación de coagulante y burbujas a un sistema (sobre una base volumétrica). La densidad de corriente, definida como la corriente por un área activa de electrodo, es otro parámetro de diseño de escala utilizado. Considerando todo lo anterior se diseñó la planta piloto, en la que el agua a tratar pasa secuencialmente a través de un depósito de pretratamiento, un depósito de procesamiento electroquímico, un depósito de post?tratamiento, que puede pasar a un decantador o a un depósito de flotación. El electrocoagulador se construyó en metacrilato con unas dimensiones internas de 27,5 x 49,5 x 49,5 cm. En una primera serie de experimentos se establecerían 4 placas de electrodo, 2 cátodos y 2 ánodos de aluminio, y 3 placas intermedias de acero. De la misma forma se trabajó en la segunda línea, pero con placas de hierro. Las dimensiones de las placas de aluminio fueron de 250 x 500 x 1,5 mm, las placas de hierro de 250 x 500 x 1,0 mm. , y el espacio entre electrodos de 4,75 cm. Los electrodos se conectaron a una fuente de alimentación, que tiene una salida variable entre 300 V y 10 A. La experimentación realizada concluye sobre los buenos resultados de la aplicación del sistema de electrocoagulación, en relación con el grado de cumplimiento respecto a las normativas actuales de reutilización. Los resultados garantizan las posibilidades del proceso en la eliminación de: la turbidez, sólidos suspendidos totales (SST), DQO y fosfatos en fósforo total, así como en la eliminación de microorganismos. Estos resultados justifican que la electrocoagulación puede constituirse en un sistema de tratamiento y depuración de las aguas tanto en la lucha contra la eutrofización de las aguas, eliminando fosfatos, como en la mejora de las aguas de forma previa al empleo de membranas, como en la mejora de la calidad de las aguas de salida de las depuradoras o circulante por los ríos. Su sencillez, facilidad de montaje y bajo consumo energético lo avalan. DOCTORAL THESIS ABSTRACT The ultimate goal of this research is to find a system that remains simple and occupying little space, that can be applied to wastewater output or to water from fluvials flows achieving quality for different uses. This work investigates the possibility of using the electrocoagulation process on various parameters used in the regulations on reuse of water ""Real Decreto 1620/2007 of December 7, which establishes the legal framework for water reuse treatment (BOE n º 294, 12/08/2007)."" Three stages of research are established. In the first work on discontinuous, batch system, the second with a continuous laboratory plant, to investigate the parameters involved in the project, using the results in the design and construction of a real, 140 l/h, tested in the third part on the effectiveness of the electrocoagulation process in compliance with current regulations for reuse, in relation to the reduction of physical and chemical parameters of water (SS, turbidity, nitrogen and phosphorus) and reducing biological contamination of water (E. coli, Legionella, parasites such as roundworms and tapeworm), analyzing the energy consumption of the process. The mismatch between the experiences in discontinuous and continuous systems of the process has been deduced, and the basic parameters for the design of the plant have been established, taking into account the influence of the scale. They have been established as key parameters: One of the basic design parameters at pilot scale, which has been considered is the ratio of surface electrolyte on the volume of the solution or the reactor at laboratory scale (A / V), which is a measure of the potential for release of coagulant and bubbles to a system (on a volumetric basis). The current density, defined as current through an active area of electrode, is another design parameter scale used. Considering all the above, the pilot plant was designed, in which the wastewater passes sequentially through a pre?treatment tank, an electrochemical processing tank, a reservoir of post?treatment, which can pass to a decanter or a tank flotation. The electrocoagulator was built in methacrylate with internal dimensions of 27.5 x 49.5 x 49.5 cm. In a first series of experiments 4 electrodes plates, 2 cathodes and 2 aluminum anodes, and 3 steel sandwich plates will be established. In the same way we have benn worked on the second line, but with iron plates. The dimensions of the aluminum plates were 250 x 500 x 1.5 mm, the iron plates of 250 x 500 x 1.0 mm and the space between electrodes of 4.75 cm. The electrodes were connected to a power source, which has a variable output between 300 V and 10 A. All experiments done end with the successful conclusion of the application of electrocoagulation system in relation to the degree of compliance with respect to the current policy of reuse. The results guarantee the possibility of the removal process, turbidity, total suspended solids (TSS), COD, total phosphorus and phosphates, as well as the elimination of microorganisms. These results justify the electrocoagulation can become a treatment system and water purification both in the fight against eutrophication by removing phosphates, such as improving water pre?employment form of membranes, as in improving water quality output or circulating water treatment plants along the rivers. Its simplicity, easy installation and low power consumption speaks for itself. "