Procedee Electrice de Depoluare

Producerea de energie si în special a energiei electrice s-a dovedit a fi o sursa majora de poluare a biosferei. In acest sens, considerarea unor procedee electrice de depoluare reprezinta o revansa importanta a « electricitatii » asupra mediului ambiant si a calitatii vietii.

Procedeele electrice de depoluare au la baza efecte si fenomene proprii curentului sau câmpului electric si se pot utiliza pentru toate mediile suport în care intervine poluarea : aer, apa, sol.

In alta ordine de idei procedeele electrice de depoluare se pot clasifica în :

- procedee electrice clasice ;

- procedee electrice inovante.

Dintre procedeele electrice clasice care se pot aplica pentru depoluarea mediului amintim :

- electrocoagularea-electroflocularea ;

- electroliza ;

- electroosmoza ;

- tehnicile electrice membranare cu membrane schimbatoare de ioni ;

- tehnicile electrice de filtrare a gazelor.

Daca se compara lista de mai sus cu lista procedeelor de tratare a solutiilor poluate data mai jos, se constata ca procedeele electrice au o pondere importanta. Aceste procedee de tratare a solutiilor sunt :

- precipitare fizico-chimica ;

- schimbatoare de ioni ;

- filtrare cu carbon activ ;

- evaporare (PC sau CMV) ;

- ultrafiltrare ;

- electroliza, electrodializa ;

- electroosmoza ;

- electrocoagulare-floculare ;

- stoarcerea în prese a namolurilor ;

- uscare termica.

Pentru tratarea apelor reziduale semnalam urmatoarele tehnici uzuale:

- sedimentarea asigura separarea materiei insolubile din solutii;

- precipitarea, cu adaugarea de reactivi specifici si formarea de hidroxizi metalici;

- decantarea permite separarea suspensiilor si coloizilor, formati dupa o coagulare-floculare;

- flotarea se aplica pentru separarea lichid-solid sau lichid-lichid atunci când densitatea lor este inferioara aceleia a lichidului care le contine, opusul decantarii de fapt;

- filtrarea separa un solid dintrun amestec cu un lichid prin trecerea printr-un mediu poros (filtru);

- electroliza, procedeu definitoriu pentru electrochimia solutiilor, asigura oxidarea respectiv reducerea unor specii chimice prezente în apele de tratat, prin actiunea unui câmp electric;

- electroflotatia ce produce microbule foarte fine (50 µm) necesare flotatiei particulelor solide în suspensie, prin electroliza apei, cu colectarea acestora la suprafata solutiei;

- electroflocularea care creaza coloizi ce includ suspensiile solide din solutii, acestia cresc ca dimensiuni si se depun la baza incintei în care se gaseste solutia, fara adaos de reactivi chimici numiti coagulanti .

Aceste procedee se pot aplica :

- in situ;

- in situ cu reciclare interna si reziduu lichid zero;

- cu colectare-stocare urmata de trimiterea la un centru de tratare.

Procedeele electrice inovante utilizate pentru depoluare au la baza descarcari electrice de tip plasma rece care genereaza specii active si creaza apoi radicali metastabili foarte reactivi capabili sa întretina reactii electrochimice de oxido-reducere fara interventia unor catalizatori.

Ca procedeu electric avansat de tratare a poluantilor din solutii putem anunta si « sonochimia », deoarece sursa de ultrasunete este un vibrator electric.

ELECTROLIZA

Electroliza este deplasarea ordonata a ionilor care provin prin disocierea unui electrolit în solutie apoasa, deci în mediu lichid, catre doi electrozi conectati la o sursa de tensiune continua, sub actiunea câmpului electric. Fenomenul este descris cantitativ de legea lui Faraday :

m = (1/F) (A/n) I t ,

unde F = 96500 [C] este constanta lui Faraday, A-numarul de masa al materialului depus la catod, n-valenta acestui material.

Este posibil desigur sa se întretina fenomene inverse, de transformare a energiei chimice în energie electrica, ceea ce se întâmpla în pilele electrice (electrochimice), ce sunt surse de electricitate.

Energia electrica a sursei de alimentare, de curent continuu, produce transformari chimice care se concretizeaza în fenomene de oxidare la anod (cu pierdere de electroni) si respectiv fenomene de reducere la catod (câstig de electroni). Transformarile de materie sunt localizate deci la interfata dintre electrozii metalici si electrolitul în care acestia sunt imersati. Reactivul este chiar electronul. Trecerea curentului electric implica circulatia electronilor, conductia electrica realizându-se pe cale electronica si pe cale ionica (în electrolit).

Reactiile de oxidare la anod si respectiv de reducere la catod sunt guvernate de formula lui Nerst ce defineste potentialul de electrod:

E = E0 + 2,3 ,

cu considerarea reactiilor posibile de forma:

a Ox + ne- b Red .

Cu cât valorile acestuia sunt mai mici cu atât reactia electrochimica va avea loc mai usor, devenins chiar selectiva prin controlul acestui parametru. Mentionam ca E0 este valoarea potentialului electrochimic normal, ce caracterizeaza sistemul electrochimic atunci când:

[Ox]a = [Red]b .

Toate fenomenele au loc într-un electrolizor care poate avea unul, doua sau mai multe compartimente si 2 electrozi imersati într-un electrolit care poate fi lichid, gel sau chiar solid, dar conductor.

Functionarea electrolizorului presupune deplasarea materiei între electrozi, care poate avea loc prin difuzie, migrare sau convectie.

Difuzia se refera la speciile aflate lânga electrod, a caror concentratie e diminuata pe seama transformarilor electrochimice, creindu-se un gradient de concentratie între electrod si solutie într-o zona numita zona de difuzie (pelicula de difuzie). Reactia electrochimica continua daca concentratia de materie a speciei electrolizate este nenula, iar difuzia asigura aceasta conditie.

Migrarea se refera la ansamblul de purtatori de sarcina dintre electrozi, cu trecerea curentului prin conductie ionica si electronica sub actiunea câmpului electric.

Convectia se realizeaza prin agitarea solutiei pentru circulatia electrolitului (sau prin rotirea electrodului) si are ca efect sa limiteze efectul difuziei pure si deci de a aduce suficient de repede materie la electrozi (pentru a nu limita valorile curentului).