Tratarea apelor uzate prin oxidare anodică

1.Introducere

Scopul oxidării în tratarea apelor uzate este de a converti compuşii chimici nedoriţi în alţii care nu sunt, sau sunt mai puţin supărători. În acest scop nu este necesară oxidarea completă, de exemplu, în cazul substanţelor organice, nu este necesară transformarea lor până la bioxid de carbon, apa şi alţi oxizi. Oxidarea se aplică atât substanţelor anorganice (de exemplu Mn2+, S2- , CN-, SO32- etc) cât şi celor organice (de exemplu fenoli, amâne, acizi humici, diverse combinaţii cu însuşiri toxice, bacterii etc).

Oxidarea anodică este o metodă capabilă să suplinească în anumite cazuri incinerarea clasică, având o eficienţă energetică mult mai ridicată.

După modul în care se realizează oxidarea electrochimică a poluanţilor, metoda poate fi împărţită în oxidare anodică directă şi oxidare anodică indirectă. Oxidarea anodică directă se aplică în special apelor reziduale cu un conţinut ridicat de fenoli, crezoli, cianuri,cianaţi, tiocianaţi. Mecanismul şi natura proceselor de electrod care au loc în cazul oxidării directe sunt dependente de o serie de factori precum: natura speciei chimice supuse oxidării, tipul de electrod folosit, proprietăţile electrocatalitice ale anodului, natura electrolitului, pH-ul soluţiei. Oxidarea indirectă se bazează pe generarea unui agent oxidant la anod direct în electrolitul ce conţine poluantul respectiv.

2.Oxidarea anodică a cianurilor

Principiul metodei se bazează fie pe oxidare anodică directă a ionului CN- la azot şi dioxid de carbon, fie pe oxidarea cianurilor cu hipoclorit şi regenerarea continuă a hipocoritului pe cale electrochimică, din ionul Cl- rezultat din reacţia chimică de denocivizare.

2.1.Oxidarea directă a cianurilor

Aceasta metodă de denocivizare se utilizează la tratarea efluenţilor rezultaţi din băile de metalizare electrochimică pe bază de cianuri. Mecanismul de oxidare are la baza oxidarea anodică a ionilor CN- şi a compuşilor metalici cianurici până la faza de cianat, conform reacţiilor:

CN- + 2OH- - 2e- → CNO- + H2O (1)

[Cu(CN)3]2- + 6HO - 6e- → Cu2 + 3CNO- + 3 H2O (2)

[Zn(CN)4]2- + 8 HO- - 8e- → Zn2+ + 4CNO- + 4H2O (3)

Etapa următoare consă într-o reacţie cu viteza lentă a ionului de cianat format anterior cu ionii OH-

2CNO- + 4OH- - 6e- → N2 + 2CO2 + H2O (4)

Concomitet cu această reacţie are loc o reacţie secundară de hidroliza a ionului cianat:

CNO- + 2H2O → NH4+ + CO32- (5)

Este posibilă de asemenea şi reacţia competitivă de formare a oxalatului de amoniu ca urmare a formării şi hidrolizei dicianatului:

(CN)2 + 4H2O → C2O42- + 2NH4+ (6)

Valorile de pH la care are loc oxidarea sunt importante pentru menţinerea în parametrii optimi de operare. Valorile acestuia se situează între 9.5-13.5.

Randamentul procesului creşte odată cu creşterea, concentraţiei cianurilor din apele supuse decianurarii electrochimice. Acesta implică fie evitarea diluării efluenţilor la punctul de descărcare, fie o etapă preliminară de concentrare a acestora. Din cauza volatilităţii şi toxicităţii ridicate a HCN, este de preferat prima variantă.

Un efect benefic asupra vitezei de decianurare îl au şi ionii de cationi metalici, cum ar fi: Cu2+ şi Ni2+, sau de anioni de halogeni, viteza reacţiei anodice crescând sensibil în prezenţa ionilor Cu2+.

În ceea ce priveşte anionii, ex. Cl-, efectul benefic al acestora se datorează participării competitive a acestuia în procesul anodic, având loc, simultan cu oxidarea CN-, şi oxidarea ionilor Cl-:

2Cl- - 2e- → Cl2 (7)

Temperatura are un efect redus asupra reacţiei electrochimice propiu-zise, dar o contribuţie însemnată asupra vitezei de oxidare anodică a ionilor CN-. Acesta influenţează o serie de etape şi procese intermediare cum ar fi: difuzia, adsorbţia, desorbţia, conductibilitatea electrică.

Catodul celulei de electroliză este confecţionat din oţel inoxidabil, iar anodul poate fi alcătuit dintr-o serie variată de materiale, cum ar fi: cupru, dioxid de plumb, grafit, grafit vitros, titanul,nichelul, oţelul inoxidabil, etc.

1) Văireanu Dănuţ Ionel, Metode electrochimice aplicate în protecţia mediului, Bucureşti,Ed.Printech, 2007.

2) Shuang Song, Liyong Zhan, Zhiqiao He , Lili Lin, Jinjun Tu, Zhehao Zhang, Jianmeng Chen, Lejin Xu, Mechanism of the anodic oxidation of 4-chloro-3-methyl phenol in aqueous solution using Ti/SnO2–Sb/PbO2 electrodes,Journal of Hazardous Materials, Hangzhou and Beijing, Volume 175, Issues 1–3, 15 March 2010, Pages 614–621.

3) Jong Young Choi, You-Jin Lee, Jina Shin, Ji-Won Yang, Anodic oxidation of 1,4-dioxane on boron-doped diamond electrodes for wastewater treatment, Journal of Hazardous Materials, Daejeon, Volume 179, Issues 1–3, 15 July 2010, Pages 762–768.

4) Boulbaba Louhichi, Nasr Bensalah, and Abdellatif Gadri, Electrochemical oxidation of glycols on boron-doped diamond anodes, J. Environ. Eng. Manage., Gabes, 2008, 18(3), Pages 231-237.

5) Comninellis Ch. and Nerini A., Anodic oxidation of phenol in the presence of NaCI for wastewater treatment, Journal of Applied Electrochemistry, Lausanne, 25 (1995), Pages 23-28.

UNIVERSITATEA POLTEHNICA DIN BUCUREŞTI

FACULTATEA DE CHIMIE APLICATĂ ŞI ŞTIINŢA MATERIALELOR