REACTOR COMBINADO DE ELECTROCOAGULACIÓN Y ELECTROFLOTACIÓN PARA TRATAMIENTO ELECTROQUÍMICO DE AGUA RESIDUAL.

Reactor combinado de electrocoagulación y electroflotación para tratamiento electroquímico de agua residual.

Permite la recolección separada de hidrógeno gaseoso liberado durante dicho tratamiento electroquímico. Comprende: una primera cámara

(2) con un ánodo (5); una segunda cámara (3), con un cátodo (8), comunicada por la parte inferior con la primera cámara (2) y separada de dicha primera cámara (2) por la parte superior; una fuente de fuerza electromotriz, conectada al ánodo (5) y al cátodo (8); y unos medios de recolección (15), en la parte superior de la segunda cámara (3), para retirar hidrógeno formado en la segunda cámara (3) mediante oxidación de los protones del agua por parte del cátodo. Dichos medios de recolección comprenden preferentemente una tapa (16) en forma de cúpula, para retener el hidrógeno, y unos medios de conducción (17) para retirar el hidrógeno retenido.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201130644.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: .

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > SEPARACION DE SOLIDOS POR UTILIZACION DE LIQUIDOS... > FLOTACION; SEDIMENTACION DIFERENCIAL (en combinación... > Flotación > B03D1/14 (Máquinas de flotación (dispositivos para suministrar cantidades de reactivo bien definidas B01J 4/02))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla... > C02F1/465 (por electroflotación)
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REACTOR COMBINADO DE ELECTROCOAGULACIÓN Y ELECTROFLOTACIÓN PARA TRATAMIENTO ELECTROQUÍMICO DE AGUA RESIDUAL.

Fragmento de la descripción:

REACTOR COMBINADO DE ELECTROCOAGULACIÓN Y ELECTROFLOTACIÓN PARA TRATAMIENTO ELECTROQUÍMICO DE AGUA RESIDUAL

DESCRIPCIÓN

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se puede incluir en el campo técnico del tratamiento de aguas residuales por medios electroquímicos, en particular, se refiere a un reactor combinado de electrocoagulación y electroflotación para tratamiento electroquímico de agua residual.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La coagulación asistida electroquímicamente, también denominada electrocoagulación (EC) , es un proceso electroquímico en el que a partir de compuestos procedentes de la disolución de un ánodo (Cañizares, P.;

Carmona, M.; Lobato, J.; Martínez F.; Rodrigo M.A. Electrodissolutíon of Aluminium Electrodes in Electrocoagulatíon Processes. Industrial and Engineering Chemistr y Research, 44, 4178-4185, 2005) , se agrupa la materia coloidal existente en un agua residual, posibilitando su conversión en sólidos suspendidos, y su separación del agua mediante técnicas convencionales de 2 5 separación sólido/líquido tales como la decantación, flotación y/o filtración (Pouet, M. F.; Grasmick A. Urban wastewater treatment by electrocoagulation and flotation. Water Science and Technology, 31 (3-4) , 275-283, 1995; Cañizares, P.; Martínez, F.; Jiménez, C.; Lobato, J.; Rodrigo, M.A. Coagulation and Electrocoagulatíon of wastes polluted with colloids. Sep.Sci& Technol., 42,

2157-2175, 2007) .

El reactor electroquímico para llevar a cabo un proceso de electrocoagulación se compone básicamente de un depósito, en el que se posicionan los dos electrodos (el ánodo, que es el electrodo de trabajo, y el cátodo, que es un electrodo inerte) , y de una fuente de alimentación a la que se conectan los electrodos. Al establecerse una diferencia de potencial entre los electrodos, comienzan los procesos de reducción en el cátodo (generalmente, conversión de los protones del agua en hidrógeno) , y los de oxidación en el ánodo (generándose el ión Al3+ si el ánodo es de aluminio, o el Fe3+ si el ánodo es de hierro) . A continuación, ocurren una serie de etapas interrelacionadas en las que se forman tanto hidróxidos insolubles del metal, sobre los que quedan retenidos los contaminantes, como hidroxocomplejos cargados, positiva o negativamente, que permiten la coagulación por neutralización de cargas.

En la bibliografía se describen diferentes equipos para llevar a cabo la eliminación de impurezas de las aguas residuales por medios electroquímicos. Así, Rojo (US Patent 4, 149, 953) propone una celda electrolítica de una sola cámara para purificar aguas residuales mediante la aplicación de una corriente entre dos electrodos colocados uno junto al otro. Stephenson y col., proponen una celda electroquímica donde el flujo de agua residual entra por al parte inferior de la celda electroquímica y sale por la parte superior ( WO 01/55033 A3) . En todos estos casos los electrodos están próximos entre sí con objeto de minimizar el coste energético. A veces estos procesos de electrocoagulación están asistidos por la adición de floculantes químicos ( WO 90/15025) .

Los gases generados en los electrodos pueden adherirse a la superficie de los flóculos disminuyendo la densidad del conjunto, y posibilitando su separación por flotación. A este proceso se le conoce como electroflotación y es un proceso secundario en cualquier proceso de electrocoagulación. Sin embargo, en determinadas ocasiones puede ser utilizado, independientemente de la electrocoagulación, para la separación por flotación de los sólidos contenidos en un agua ( US. Patent 3, 969, 203; US Patent 3, 959, 131; US Patent 9, 975, 269) .

Se conocen numerosos tipos de reactores que emplean el proceso de electrolisis del agua para separar los contaminantes por flotación. Este sistema presenta una serie de ventajas respecto de otros utilizados comúnmente, como el de flotación por aire disuelto, y es habitual su utilización, no sólo en combinación con un proceso de electrocoagulación, sino también en combinación con procesos de coagulación físico-química, si bien suelen tener el inconveniente de la generación conjunta de oxígeno e hidrógeno en el interior del reactor que impide la separación de ambos. Así, en la patente alemana DE 3641365 C2 se presenta un proceso de electroflotación mediante 02 formado en el ánodo que además oxida a los contaminantes presentes en el agua residual tratada. Algunos de los equipos que se proponen para el tratamiento de aguas residuales mediante procesos de electroflotación o clarificación vienen acompañados de la adición de un polielectrolito para favorecer la coagulación ( US Patent 3, 975, 269; US Patent 3, 959, 131) .

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve los inconvenientes mencionados, mediante un reactor combinado de electrocoagulación y electroflotación para tratamiento electroquímico de agua residual, que permite la recolección separada de hidrógeno gaseoso liberado durante dicho tratamiento electroquímico.

El reactor de la invención comprende una primera cámara y una segunda cámara, y que están separadas en su parte superior y comunicadas en su parte inferior, y llenas al menos de parte de agua residual.

La primera cámara contiene un ánodo y la segunda cámara contiene un cátodo. El ánodo y el cátodo, sumergidos al menos parcialmente en agua residual, están conectados a una fuente de fuerza electromotriz. El ánodo está constituido preferentemente de aluminio o de hierro o de ambos.

Por acción de dicha fuerza electromotriz, el ánodo de la primera cámara se oxida, de modo que en la primera cámara se produce la electrocoagulación de la materia coloidal presente en un agua residual que accede a dicha primera cámara, formándose coágulos. Como consecuencia de la oxidación del ánodo, se produce la reducción del ión OH-a oxígeno gaseoso, que puede escapar ascendiendo.

Asimismo, por acción de dicha fuerza electromotriz, el cátodo de la segunda cámara se reduce oxidando los protones del agua a hidrógeno gaseoso, de modo que dicho hidrógeno produce la electroflotación de los coágulos que acceden desde la primera cámara.

La segunda cámara dispone en la parte superior de unos primeros medios de recolección para recoger el hidrógeno que asciende, pudiendo dicho hidrógeno ser almacenado y/o empleado subsiguientemente en una celda de combustible, etc.

De acuerdo con una realización preferente de la invención, los primeros medios de recolección comprenden una primera tapa en forma de cúpula, dispuesta en la parte superior de la segunda cámara, para retener el hidrógeno ascendente, y unos primeros medios de conducción para retirar el hidrógeno retenido, por ejemplo hacia un tanque de almacenamiento o hacia una celda de combustible.

El hecho de que las cámaras no estén comunicadas en su parte superior posibilita que el oxígeno producido en la primera cámara no se mezcle con el hidrógeno producido en la segunda cámara, lo cual permite la recolección del hidrógeno en la segunda cámara y, si se desea, la del oxígeno en la primera cámara, empleando unos segundos medios de recolección análogos a los primeros medios de recolección.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1. Muestra una vista en perspectiva...

 


Reivindicaciones:

1. Reactor (1) combinado de electrocoagulación y electroflotación para tratamiento electroquímico de agua residual, que comprende: -una primera cámara (2) , que comprende un ánodo (5) y una entrada (4) de agua residual;

-una segunda cámara (3) , comunicada por la parte inferior con la primera cámara (2) y separada de dicha primera cámara (2) por la parte superior, y que comprende un cátodo (8) y una primera salida (7) de agua residual tratada; y

-una fuente de fuerza electromotriz, conectada por su polo positivo al ánodo (5) y por su polo negativo al cátodo (8) , para producir en la primera cámara (2) coágulos de materia coloidal presente en el agua residual, como consecuencia de la oxidación del ánodo (5) y la reducción de los aniones OH-del agua residual a oxígeno, así como la electroflotación de los coágulos, llegados de la primera cámara (2) a la segunda cámara (3) , mediante hidrógeno gaseoso generado en la segunda cámara (3) como consecuencia de la oxidación de cationes H+ del agua residual por parte del cátodo (8) ; caracterizado porque comprende adicionalmente unos medios de recolección (15) , dispuestos en la parte superior de la segunda cámara (3) , para retirar el hidrógeno formado en dicha segunda cámara (3) .

2. Reactor (1) combinado de electrocoagulación y electroflotación, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de recolección (15) comprenden:

-una tapa (16) en forma de cúpula, dispuesta en la parte superior de la segunda cámara (3) , para retener el hidrógeno, y -unos medios de conducción (17) para retirar el hidrógeno retenido.

3. Reactor (1) combinado de electrocoagulación y electroflotación, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera cámara (2) y la segunda cámara (3) están dispuestas adyacentemente.

4. Reactor (1) combinado de electrocoagulación y electroflotación, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el ánodo (5) comprende una pluralidad de láminas (6) de aluminio y/o hierro conectadas entre sí.

5. Reactor (1) combinado de electrocoagulación y electroflotación, de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el fondo de al menos una de la primera cámara (2) y la segunda cámara (3) forma una pendiente y comprende al menos una segunda salida (13) para facilitar la retirada de sólidos sedimentados.