Proceso sincrónico de electrodesnitrificacion de agua.

Un método para diseñar una célula electroquímica adecuada para reducir la concentración inicial de nitrato (C0) de una primera solución acuosa con una concentración de nitrato (C0) mayor que 5 ppm y una concentración de cloruro de 25 ppm a 1500 ppm,

para obtener una segunda solución acuosa con una concentración final (Cf) de nitrato menor que 100 ppm, una concentración de amonio [NH4 +]f menor que 50 ppm y una concentración de cloro combinado inferior a 2 ppm, seleccionando el volumen, el cátodo y el ánodo de dicha célula, así como la intensidad en amperios por unidad de volumen que debe ser aplicada durante la operación de dicha célula, comprendiendo dicho método las siguientes etapas:

a) calcular el parámetro Z usando la fórmula (1):**Fórmula**

donde la concentración inicial de nitrato (C0) de la primera solución acuosa, la concentración final de nitrato (Cf) y la concentración final de amonio [NH4 +]f de la segunda solución se expresan en mmol/litro;

b) fijar una producción (P) en litros/minuto para la célula electroquímica, definida como el volumen por minuto de la primera solución acuosa que se desea que la célula sea capaz de tratar;

c) calcular el volumen de la célula electroquímica (VR) en litros como desde 10 a 180 veces la producción (P);

d) calcular la constante teórica (Kt) de reducción de nitrato a amonio y/o nitrógeno utilizando la fórmula (2):**Fórmula**

donde la concentración inicial de nitrato (C0) y la concentración final de nitrato (Cf) se expresan en mmol/litro, el volumen 25 de la célula electroquímica (VR) se expresa en litros, y la producción (P) se expresa en litros/minuto;

e) calcular la intensidad en amperios por unidad de volumen en litros a aplicar entre el ánodo y el cátodo (I/V) de la célula electroquímica utilizando la fórmula (3):**Fórmula**

donde la concentración inicial (C0) y, la concentración final (Cf) se expresan en mmol/litro y Kt es la calculada en la etapa d);

f) seleccionar un cátodo con una superficie fractal (R) de 1 a 10;

g) tratar una muestra de la primera solución acuosa en una primera célula electrolítica equipada con el cátodo seleccionado en la etapa f), un ánodo que es un ánodo de titanio-óxido de rutenio con un 50% de superficie inerte y con una superficie geométrica igual a la superficie geométrica del cátodo seleccionado en la etapa f), con un volumen de célula (VR') en litros, igual o menor que VR, aplicándose una corriente eléctrica continua de una intensidad I/V tal como la obtenida en la etapa e);

h) medir la concentración de nitrato en función del tiempo durante el tratamiento de la etapa g) y determinar el valor de la constante experimental (Ke) de reducción de nitrato a amonio y/o nitrógeno usando los datos obtenidos;

i) bien, ajustar la superficie fractal del cátodo repitiendo las etapas de f) a h), donde en cada repetición se varia la superficie fractal (R) del cátodo seleccionado en la etapa f) hasta que el cátodo seleccionado rinde un valor experimental para la constante de reacción (Ke) de reducción de nitrato a amonio y/o nitrógeno que está entre 0,95 Kt y 1,05 Kt, donde Kt es la constante teórica de reacción calculada en la etapa d); o

seleccionar el cátodo de la etapa f) si el valor experimental de la constante de reacción (Ke) de reducción de nitrato a amonio y/o nitrógeno, medida en la etapa h) está entre 0,95 Kt y 1,05 Kt, donde Kt es la constante teórica de reacción calculada en la etapa d);

j) tratar otra muestra de la primera solución acuosa en la célula electroquímica de la etapa g) donde el cátodo es el seleccionado en la etapa i) a una intensidad por unidad de volumen (I/V) diferente a la aplicada en la etapa g);

k) medir la concentración de nitrato en función del tiempo de tratamiento en la etapa j) y determinar la constante experimental de reacción (Ke) de la reducción de nitrato a amonio y/o nitrógeno utilizando los datos adquiridos;

l) ajustar la intensidad por volumen (I/V), bien, repitiendo las etapas j) a k), donde en cada repetición la intensidad por volumen (I/V) se modifica hasta que la intensidad por volumen (I/V) seleccionada, proporcione un valor experimental para la constante de reacción (Ke) de reducción de nitrato a amonio y/o nitrógeno que está entre 0,99 Kt y 1,01 Kt, donde Kt es el valor de la constante teórica calculada en la etapa d); o

seleccionar la intensidad por volumen (I/V) de la etapa j) si el valor experimental de la constante de reducción (Ke) de nitrato a amonio y/o nitrógeno medida en la etapa h) está entre 0,99 Kt y 1,01 Kt, donde Kt es el valor de la constante teórica de reacción calculada en la etapa d);

m) calcular la constante teórica (KNt) de oxidación de amonio a nitrógeno usando la fórmula (4)**Fórmula**

donde Z es el valor obtenido en la etapa a) y Kt es el valor obtenido en la etapa d);

n) seleccionar un ánodo con una superficie inerte entre el 0 y el 50 %;

o) tratar otra muestra de la primera solución acuosa en la célula electroquímica usada en la etapa g) donde la intensidad por unidad de volumen (I/V) es la seleccionada en la etapa l), el cátodo es el seleccionado en la etapa i) y el ánodo es el seleccionado en la etapa n);

p) medir la concentración de nitrógeno en relación al tiempo durante el tratamiento de la etapa o) y determinar la constante experimental (KNe) de oxidación de amonio a nitrógeno utilizando los datos obtenidos, y

q) bien, ajustar el porcentaje de la superficie inerte del ánodo repitiendo las etapas n) a p) donde en cada repetición se varia el porcentaje de la superficie inerte del ánodo seleccionado en la etapa n) hasta que el ánodo seleccionado proporciona un valor experimental para la constante de reacción (KNe) de oxidación de amonio a nitrógeno que está entre 0,98 KNt y 1,02 KNt, donde KNt es la constante teórica de oxidación de amonio a nitrógeno calculada en la etapa m);o

seleccionar el ánodo de la etapa n) si el valor experimental de la constante de reacción (KNe) de oxidación de amonio a nitrógeno medido en la etapa p) está entre 0,98 KNt y 1,02 KNt, donde KNt es el valor de la constante teórica de reacción de oxidación de amonio a nitrógeno calculada en la etapa m);

donde el volumen (VR) de la célula electrolítica es el calculado en la etapa c), la intensidad por unidad de volumen (I/V) a aplicar entre el ánodo y el cátodo cuando la célula está en operación es la ajustada o seleccionada en la etapa l), el cátodo se ha elegido con un valor de superficie fractal (R) como el ajustado o seleccionado en la etapa i), el ánodo se ha seleccionado con un porcentaje de superficie inerte como el ajustado o seleccionado en la etapa q), y la relación de superficies geométricas entre dicho ánodo y dicho cátodo es la misma que la relación de superficies geométricas entre el ánodo de la etapa i) y el cátodo de la etapa n).

donde el término "superficie inerte" se refiere a la superficie del ánodo, o a la suma de las superficies de varios ánodos si hay varios ánodos, donde no ocurre de forma relevante la reacción de oxidación de cloruro a cloro; y

donde el término "superficie fractal" se refiere a la razón entre la superficie del cátodo en contacto con la solución acuosa y la superficie geométrica de dicho cátodo.