Procedee Electrochimice de Epurare a Apelor Uzate

1. Introducere:

Producerea de energie si in 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 campului electric si se pot utiliza pentru toate mediile suport in care intervine poluarea : aer, apa, sol.

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

- 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.

Dezvoltarea industriei in special a industriei chimice reclama masuri deosebite privind protectia mediului inconjurator ; in acest context o problema majora o constituie epurarea apelor reziduale industriale.

Elaborarea si aplicarea unor tehnologii de epurare la nivel tehnic contemporan impun abordarea unor procedee moderne , care sa asigure eliminarea cat mai avansata a impurificatorilor la un cost cat mai scazut.

Printre procedeele aplicate in prezent pentru epurarea apelor reziduale, un loc deosebit il ocupa metodele electrochimice, datorita posibilitatilor pe care le ofera :

- arie larga de aplicabilitate ;

- distrugerea avansata a impurificatorilor nebiodegradabili ;

- recuperarea sau regenerarea unor produse valoroase.

In functie de modul cum se realizeaza indepartarea impurificatorilor, metodele electrochimice pot fi clasificate in trei procedee principale : electroliza, electrodializa si electroflotatie.

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 cand 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 in apele de tratat, prin actiunea unui camp electric;

- electroflotatia ce produce microbule foarte fine (50 um) necesare flotatiei particulelor solide in 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 in care se gaseste solutia, fara adaos de reactivi chimici numiti coagulanti .

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 intretina 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.

Prima idee privitoare la tratarea electrochimica a apei apartine lui Webster (1889) si

s-a aplicat pentru apa marii cu folosirea unor electrozi din fier si cu obtinerea finala de acid hipocloros folosit pentgru dezinfectii. O statie de epurare a apelor din Londra construita in 1889 a folosit acest procedeu timp de 10 ani.

In 1909 Harries a depus un Brevet american cu privire la o metoda de purificare a apelor uzate prin electroliza folosind electrozi din Fe sau din Al. Apoi in 1963 Fyon a descris un procedeu de tratare si de dezinfectie a apelor uzate prin electrocoagulare folosind electrozi din Mg si adaugand apa de mare in efluentii de tratat, obtinandu-se acid hipocloros prin oxidarea clorurilor. Particulele in suspensie si coloizii erau absorbite pe un precipitat de Mg(OH)2 si apoi flotate gratie bulelor de H2 formate prin reducerea apei. Electrocoagularea a fost utilizata apoi pentru tratarea efluentilor lichizi din industria alimentara (1974). Tratarea apelor uzate prin electrocoagulare a fost introdusa in SUA de Stuart (1946).

Pentru un timp de electroliza ?, masa de metal dizolvat, m, este data de legea lui Faraday :

I fiind intensitatea curentului, A-masa atomica a ionului de metal, F=96500 C - numarul lui Faraday, N-numarul de electroni ce intervin in reactiile de oxido-reducere.

Daca modulul contine p electrozi si este alimentat cu un debit Q, atunci concentratia de metal dizolvat este data de relatia :

Daca se produc si alte reactii electrochimice in acelasi timp, atunci nu tot curentul de electroliza, I, nu este utilizat in totalitate pentru oxidarea metalului, putandu-se defini randamentul Faraday, RF, ca raport dintre cantitatea de electricitate necesara pentru a produce np moli de produs si cantitatea de electricitate consumata efectiv in electrolizor.