Tratamiento de aguas residuales

Introducción

Las actuales demandas industriales de aguas naturales dan lugar a una escasez de este valioso recurso el cual se encuentra cada vez más contaminado. Siendo este recurso indispensable para la vida es necesario un control obligatorio que además de ser aplicable debe disminuir con eficiencia el impacto ambiental y además debe ser sustentable. Una reciente alternativa para solucionar esta problemática es el tratamiento electroquímico el cual comparado con otros métodos convencionales no requiere de grandes áreas para su construcción, los costos son menores que en otros tratamientos y no necesita de mano de obra especializada para su operación. El tratamiento electroquímico consiste en hacer pasar una corriente directa a través de electrodos sumergidos en el agua residual, los cuales pueden ser de aluminio, cobre o hierro, dependiendo del agua a tratar. El presente trabajo tiene una breve introducción de lo que es la electroquímica y algunos procesos electroquímicos utilizados en el tratamiento de aguas, luego se tratara asuntos respecto a la desalinización y eliminación de metales pesados y por último el análisis a detalle de procesos los electroquímicos utilizados en el tratamiento de aguas.

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE TECNOLOGÍA ELECTROQUÍMICA

Descripción técnica

• ELECTROQUÍMICA

La Electroquímica es una rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química.1 En otras palabras, las reacciones químicas que se dan en la interface de un conductor eléctrico (llamado electrodo, que puede ser un metal o un semiconductor) y un conductor iónico (el electrolito) pudiendo ser una disolución y en algunos casos especiales, un sólido.2

Si una reacción química es conducida mediante una diferencia de potencial aplicada externamente, se hace referencia a una electrólisis. En cambio, si la caída de potencial eléctrico es creada como consecuencia de la reacción química , se conoce como un "acumulador de energía eléctrica", también llamado batería o celda galvánica.

Las reacciones químicas donde se produce una transferencia de electrones entre moléculas se conocen como reacciones redox, y su importancia en la electroquímica es vital, pues mediante este tipo de reacciones se llevan a cabo los procesos que generan electricidad o en caso contrario, son producidos como consecuencia de ella.

En general, la electroquímica se encarga de estudiar las situaciones donde se dan reacciones de oxidación y reducción encontrándose separadas, físicamente o temporalmente, se encuentran en un entorno conectado a un circuito eléctrico. Esto último es motivo de estudio de la química analítica, en una su disciplina conocida como análisis potencio métrico.

• DEGRADACIÓN ELECTROQUÍMICA / ELECTROCATÁLISIS / AGUAS RESIDUALES ALTAMENTE CONTAMINADAS

Una de las principales aplicaciones industriales de la tecnología electroquímica es el tratamiento efectivo de aguas residuales con una elevada concentración de compuestos orgánicos (PCBs, cianuros, fenoles, etc.).

Tradicionalmente, las aguas residuales con compuestos orgánicos que provienen de

la industria química se han tratado:

• Tratamiento biológico, con o sin tratamiento químico previo.

• Incineración (si los productos se pueden recoger en estado sólido).

• Entierro después de un pre-tratamiento químico y, algunas veces, almacenamiento. Las ventajas de los tratamientos biológicos son bien conocidas, pero también sus limitaciones para altos valores de DQO (Demanda Química de Oxígeno) o en presencia de compuestos altamente tóxicos. La posible presencia de compuestos inorgánicos, tales como metales pesados, puede provocar un descenso en el número de bacterias. Por otra parte, la incineración de compuestos orgánicos puede originar la formación de productos tóxicos que sean arrastrados al mismo tiempo por la combustión de los gases; también, la presencia de agentes corrosivos puede provocar problemas en la estabilidad de los materiales del incinerador.

La degradación electroquímica (oxidación electroquímica directa o indirecta) y la electrocatálisis de aguas residuales peligrosas tiene varias ventajas comparada con la incineración y el tratamiento biológico:

•El tratamiento electroquímico se puede utilizar en el tratamiento de residuos altamente tóxicos.

•El proceso puede funcionar a temperatura ambiente y presión ambiental.

•Es una tecnología respetuosa con el medioambiente porque solamente usa electricidad.

•El consumo energético depende de la DQO.

•El tratamiento electroquímico se puede parar simplemente apagando la fuente de energía.

•Bajo coste.

•Tecnología segura y eficiente. De acuerdo con las líneas de investigación y la experiencia, el Departamento de Química-Física es capaz de desarrollar nuevos y efectivos métodos de interés industrial para el tratamiento y la purificación, en función del tipo de carga tóxica:

•Cuando los compuestos peligrosos presentes en aguas residuales son degradados a otros productos menos contaminantes (parcialmente degradados), por ejemplo, en forma de dióxido de carbono.

•Cuando los efluentes contienen cantidades de compuestos altamente tóxicos

o materiales no biodegradables.

•Cuando los efluentes contienen sales, PCBs, cianuros, nitritos, fenoles o tensoactivos.

•Cuando los efluentes contienen compuestos tóxicos u orgánicos combinados con metales pesados que se han de eliminar

y/o recuperar. En este caso, los compuestos orgánicos se pueden degradar en el ánodo y los metales recuperar en el cátodo al mismo tiempo (en el mismo reactor electroquímico). De hecho, la tecnología electroquímica se usa actualmente para:

•La degradación de PCBs.

•Producción in-situ de cloro.

•Generación de ozono.

•Destrucción de cianuros y nitritos.

•Purificación de aguas residuales usandoagentes oxidantes y, en general, como un método para la reducción de la DQO de cualquier efluente.

•Eliminación de fenol.

•Eliminación de tensioactivos y tintes o colorantes.

El tratamiento electroquímico de aguas residuales es limpio y se lleva a cabo a presión atmosférica y temperatura por debajo de 60- 70ºC.

• DESALINIZACIÓN

Como se ha descrito arriba, otra aplicación industrial de la tecnología electroquímica es el tratamiento de aguas residuales con una elevada concentración en sales, grasas o hidrocarburos. De acuerdo con las líneas de investigación y la experiencia, el Departamento de Química-Física puede desarrollar nuevos métodos de tratamiento y purificación altamente efectivos para:

•Eliminación de sales (amonio, sodio, sulfato, fosfato) en efluentes acuosos.

•Recuperación de ácidos y álcalis a partir de soluciones salinas (p.e. ácido sulfúrico, hidróxido sódico (sosa) a partir de sulfato sódico, etc.). Ciclos de ácidos y álcalis.

• ELECTRODEPOSICIÓN / RECUPERACIÓN O ELIMINACIÓN DE METALES PESADOS

Una de las aplicaciones industriales de la tecnología electroquímica es el tratamiento de electrodeposición en aguas residuales para eliminar y/o recuperar metales pesados.

La actividad del grupo en la línea de investigación de la electrodeposición de metales está principalmente dirigida a:

Desarrollo de procesos electroquímicos para el reciclado y la recuperación de metales (Pb, Zn, Ni…). El uso de los procesos electroquímicos permite obtener metales con una gran pureza y supone una alternativa más ecológica a la pirometalurgia clásica, pues evita la emisión de gases, sulfuros y partículas metálicas.

Eliminación de metales pesados en aguas residuales. Actualmente, la existencia de metales pesados en aguas residuales constituye uno de los problemas de contaminación más importantes, debido a la elevada toxicidad y a sus propiedades acumulativas. Respectoa su origen, se generan casi exclusivamente en los efluentes industriales (por ejemplo, en procesos metalúrgicos, baños metálicos, tintes, colorantes, baterías…).

De acuerdo con las líneas de investigación y la experiencia, el Departamento de Química-Física es capaz de desarrollar tratamientos altamente efectivos para:

•Procesos de acabado metálico (electrogalvanizado…).

•Recuperación de metales preciosos (plataa partir de material fotográfico…).

•Recuperación de metales no-preciosos (plomo de las baterías…).

•Eliminación de impurezas en reactivos químicos.

•Electrorremediación de suelos.

La recuperación del metal se lleva a cabo mediante su deposición en forma metálica sobre el cátodo en un reactor electroquímico. Esto supone la formación de una nueva fase sólida. El tipo de reactor electroquímico se determina enfunción del valor del metal recuperado y de las leyes medioambientales. En segundo lugar, la elección del diseño está determinada por la posibilidad de reciclar el metal en forma metálica o como una disolución concentrada. La recuperación de metales por electrodeposición normalmente se lleva a cabo a partir de disoluciones concentradas usando un reactor abierto. Esta geometría facilita la extracción y la recuperación masiva del metal. Cuando el principal objetivo es la eliminación de un metal contaminante en un efluente, es común encontrar concentraciones de metales pesados dentro del intervalo 1-1000 ppm. Estas concentraciones tan bajas obligan a imponerbajas densidades de corriente si se usan reactores convencionales. Debido a esta baja concentración de metales en disolución, es importante desarrollar reactores electroquímicos capaces de eliminar los metales en estas condiciones experimentales. En este sentido, principalmente hay dos estrategias:

• Usar electrodos tridimensionales. Este tipo de electrodos (electrodos porosos, montones de material esférico…) poseen elevadas áreas superficiales. Esto permite alcanzar elevadas densidades de corriente de trabajo y, por lo tanto, aumentar la etapa de conversión.

• Incrementar las condiciones del transporte de masa mediante la generación de turbulencias.

• DISEÑO DE LA PLANTA PILOTO

El Departamento de Química-Física también tiene una planta piloto totalmente equipada con la infraestructura necesaria para desarrollar la fase pre-industrial y el escalado de los procesos. La planta piloto ha desarrollado varios reactores electroquímicos para producir productos químicos a nivel pre-industrial e industrial.

ASPECTOS INNOVADORES DE LA TECNOLOGÍA

•El tratamiento electroquímico permite tratar aguas residuales con una elevada concentración de compuestos orgánicos.

•El uso de procesos electroquímicos permite obtener metales de gran pureza y, por tanto, de forma mucho más ecológica que con los tratamientos convencionales.

•Disponible cuando los métodos de tratamiento tradicionales no son efectivos: porque se trata de materiales no-biodegradables, metales pesados, compuestos peligrosos parcialmente degradados…

•Es una tecnología respetuosa con el medioambiente ya que evita la emisión de gases, sulfuros y partículas metálicas.

•Evita el problema de la disminución del número de bacterias en los tratamientos biológicos.

•Es una tecnología segura, efectiva y de bajo coste.

Estado actual de la tecnología

La tecnología electroquímica ya se ha probado en el laboratorio y a escala pre-industrial. Además, el grupo de investigación tiene varios años de experiencia en este campo. Las instalaciones de la planta piloto ya están a pleno rendimiento y se han llevado a cabo con éxito varios proyectos españoles y europeos. Todos los técnicos y responsables de la plantilla tienen la suficiente experiencia para garantizar el éxito de cualquier proyecto.

Nuevo equipo electroquímico para el tratamiento de aguas residuales industriales

Se ha patentado una célula electroquímica con radiación simultánea de luz ul-travioleta útil para el tratamiento y reutilización de efluentes textiles que con-sigue más de un 60% de ahorro del agua y del electrolito de la pintura Se bus-can empresas interesadas en la explotación comercial de la tecnología o intere-sadas en establecer acuerdos I+D para su desarrollo.

• El desafío

Las actuales demandas industriales de aguas naturales dan lugar a una escasez cada vez mayor de recursos hídricos, los cuales están cada vez más contaminados, lo que conlleva a la necesidad del control y disminución del consumo de agua. En concreto la industria textil es uno de los grandes consumidores de estos recursos hídricos, principalmente en tinturas, lavados y enjuagues. Además se tiene un gran consumo de sales, como cloruro sódico o sulfato sodio, causando importantes problemas en los vertidos debido a su alta salinidad.

Por este motivo, el reciclaje del agua evacuada en los procesos de tintura con elevado contenido de sales es de especial interés para las empresas del sector. Sin embargo, los efluentes se encuentran coloreados, por lo que deben someterse a un proceso de decoloración antes de utilizarse de nuevo en el proceso. Además la mayoría de colorantes, aunque no son tóxicos, su presencia en el medio acuático impide que parte de la luz solar llegue al fondo poniendo en peligro la subsistencia de especies animales y vegetales.

• La técnica

La tecnología que se presenta consiste en un nuevo procedimiento de tratamiento y reutilización de efluentes textiles por técnicas electroquímicas que resuelve esta problemática. Consiste en una célula electroquímica con una fuente de radiación simultánea/posterior de luz ultravioleta que soluciona el problema de la generación de residuos y su posterior tratamiento. El baño residual de la tintura se recoge en una célula electroquímica llevando a cabo las siguientes etapas: tratamiento del baño residual con la célula electroquímica, irradiación con luz UV y reutilización del agua decolorada y del electrolito.

Ventajas innovadoras

((Ahorro del 60-70% del agua y del electrolito de tintura.

((Se alcanza una intensidad de las tinturas igual a la obtenido con agua de red y superior a la obtenido por otros procedimientos existentes.

((Importante reducción de la salinidad de los efluentes

((Se puede aplicar como tecnología complementaria a las membranas.

Estado actual de desarrollo

Validación con una prueba piloto semi-industrial.

Aplicaciones y mercado objetivo

Esta nueva tecnología, de especial utilidad para la industria textil pero también para otras industrias como la farmacéutica, puede ser de gran interés para empresas fabricantes de células electroquímicas o equipos de tratamientos de efluentes.

La utilización de procesos electroquímicos para el tratamiento de aguas residuales está adquiriendo cada día más importancia por su versatilidad, reducido tamaño y capacidad de automatización. En ese artículo se hace una pequeña revisión de los distintos procesos electroquímicos aplicados en el tratamiento de aguas residuales y potables.

La utilización de electricidad para tratar aguas residuales tiene una larga tradición, siendo utilizada por primera vez  en Inglaterra en 1889. La utilización de procesos electrolíticos en la recuperación de metales fue patentada por Elmore en 1904 y el proceso de electrocoagulación  (EC) con aluminio y hierro fue patentado en Estados Unidos en 1909. La primera utilización a gran escala de la EC para el tratamiento de aguas potables fue en 1946. Dado al relativo alto coste de las instalaciones y el alto consumo en energía eléctrica estas tecnologías no tuvieron una buena aceptación en esa época, no obstante distintos países como Estados unido o la antigua Unión soviética  continuaron con las investigaciones durante los siguientes años lo que permitió  acumular una gran experiencia y conocimiento sobre estos procesos. La promulgación de leyes cada vez más estrictas concernientes a los límites de vertido de distintas sustancias en las aguas residuales así como la mejora en los estándares de calidad del agua potable han hechos que las procesos electroquímicos ganen cada vez más importancia en las últimos dos décadas y hoy en día hay compañías que suministran sistemas electroquímicos para la recuperación de metales, tratamiento de aguas provenientes de procesos textiles, curtidurías, papeleras, tratamiento de aguas residuales con alto contenido en aceite o emulsiones aceite-agua. Hoy en día los procesos electroquímicos han alcanzado un estado en el cual no son solamente comparables desde el punto de vista económico con otros procesos sino que también son más eficientes, compactos y automatizados. Los procesos electroquímicos utilizados en el tratamiento de aguas utilizan electricidad para producir una reacción química destinada a la eliminación o destrucción del contaminante presente en el agua. Básicamente el sistema electroquímico está formado por un ánodo, donde ocurre la oxidación, un cátodo, donde tiene lugar la reducción y una fuente de corriente continua encargada de suministras la electricidad. Los parámetros claves a la hora de aplicar un proceso electrolítico son diseño del reactor, naturaleza de los electrodos, y diferencia de potencial y/o corriente de trabajo. En este artículo se verán brevemente los distintos procesos electroquímicos empleados en el tratamiento de agua.

Electrodeposición

La recuperación electroquímica de metales presentes en el agua proveniente de procesos industriales, se lleva aplicando desde hace mucho tiempo, el primer caso registrado data del siglo XVII. Esta recuperación es de gran importancia tanto desde el punto de vista medioambiental como económico.. El mecanismo de recuperación de metales es muy simple, básicamente una deposición en el cátodo (reducción) del tipo 

Los mayores progresos en estos procesos se han realizado en la técnica de recuperación del metal depositado, así como mejoras en la eficiencia de la corriente, es decir metal depositado por unidad de corriente. Como cátodo se puede utilizar un cátodo del mismo metal a recuperar o grafito aplicada.

Principio de la electrodeposición: un generador crea una corriente eléctrica que realiza la migración de los iones del electrolito hacia el cátodo (pieza a cubrir).

La electrodeposición o galvanoplastia, es un proceso electroquímico de chapado donde los cationes metálicos contenidos en una solución acuosa se depositan en una capa sobre un objeto conductor. El proceso utiliza una corriente eléctrica para reducir sobre la superficie del cátodo los cationes contenidos en una solución acuosa. Al ser reducidos los cationes precipitan sobre la superficie creando un recubrimiento. El espesor dependerá de varios factores.

La electrodeposición se utiliza principalmente para conferir una capa con una propiedad deseada (por ejemplo, resistencia a la abrasión y al desgaste, protección frente a la corrosión, la necesidad de lubricación, cualidades estéticas, etc.) a una superficie que de otro modo carece de esa propiedad. Otra aplicación de la electroposición es recrecer el espesor de las piezas desgastadas p.e. mediante el cromo duro.

Su funcionamiento es el antagónico al de una celda galvánica, que utiliza una reacción redox para obtener una corriente eléctrica. La pieza que se desea recubrir se sitúa en el cátodo del circuito, mientras que el ánodo es del metal con el que se desea recubrir la pieza. El metal del ánodo se va consumiendo, reponiendo el depositado.1 En otros procesos de electrodeposición donde se emplea un ánodo no consumible, como los de plomo o grafito, los iones del metal que se deposita debe ser periódicamente repuestos en el baño a medida que se extraen de la solución.2

• Efectos

La galvanoplastia cambia las propiedades químicas, físicas o mecánicas de la superficie de las pieza, pero no las del interior. Un ejemplo de un cambio químico es cuando niquelado mejora la resistencia a la corrosión. Un ejemplo de un cambio físico es un cambio en la apariencia externa. Un ejemplo de un cambio mecánico es un cambio en la resistencia a la tracción o la dureza de la superficie que es un atributo necesario en la industria de herramientas.3

Estos cambios son utilizados en multitud de aplicaciones. Por ejemplo: la electrodeposición de cromo duro en piezas industriales como vástagos de cilindros hidráulicos. (ver: [1]). La mejorar la resistencia a la abrasión de un objeto, proporcionarle propiedades anticorrosivas, mejorar su necesidad de lubricación, es decir disminuir su coeficiente de rozamiento, o simplemente por cuestiones estéticas, entre otras.

• Proceso Tecnológico

Electrodeposición sobre un metal (Me) de cobre en un baño de sulfato de cobre

El ánodo y el cátodo de la celda conectados a un suministro externo de corriente continua – una batería o, más comúnmente, un rectificador. Ambos estarán sumergidos en un baño por una solución de sales del elemento químico que utilizamos para recubrir el objeto. El cátodo, artículo a recubrir, estará conectado al terminal negativo. Mientras que el ánodo, conectado al terminal positivo, estará compuesto de dicho material para ir aportando iones a la solución a medida que se oxida sustituyendo a los que se están consumiendo en la reacción electroquímica.

Realizando un balance general se puede considerar que cuando se enciende la fuente de alimentación externa, el metal del ánodo se oxida a partir de un estado de valencia cero para formar cationes con carga positiva. Estos cationes asociar con los aniones de la solución. Los cationes se reduce en el cátodo depositándose en el estado metálico, valencia cero. Por ejemplo, en una solución ácida, el cobre se oxida en el ánodo a Cu2+ perdiendo dos electrones. El Cu2+ asociado con el anión SO42- en la solución forman el sulfato de cobre. En el cátodo, el Cu2+ se reduce a cobre metálico al obtener dos electrones. El resultado es la transferencia efectiva de cobre de la fuente de ánodo a una película que recubre el cátodo.

El recubrimiento más común es un metal puro, no una aleación. Sin embargo, algunas aleaciones pueden ser electrodepositada, en particular el latón y soldadura.

Muchos baños galvánicos incluyen cianuros de otros metales (por ejemplo, cianuro de potasio ), además de cianuros del metal a depositar. Estos cianuros libres facilitar la corrosión del ánodo, ayudan a mantener un nivel constante de iones metálicos y contribuir a la conductividad. Además, productos químicos no metálicos tales como carbonatos y fosfatos se pueden añadir para aumentar la conductividad.

En la operación hay que tener en cuenta que una geometría compleja dará un espesor de recubrimiento irregular, aumentando este en esquinas del objeto por ejemplo. Estos contratiempos se pueden solucionar utilizando múltiples ánodos o un ánodo que imite la forma del objeto a procesar.

Cuando no se desea el recubrimiento en ciertas áreas del sustrato, se aplican barreras para evitar que el baño entrar en contacto con el sustrato. Barreras típicas son cinta, papel de aluminio, lacas y ceras. [ 3 ]

Un factor muy importante es la corriente que utiliza el sistema para llevar a cabo la operación, será determinante para las propiedades del recubrimiento, ya que establece la adherencia de la capa tanto como su calidad y velocidad de deposición, esta última es directamente proporcional al voltaje. Lo más común es usar corriente continua en pulsos, ciclos de 8-15 segundos activado el sistema para dejar 1-3 segundos de inactividad.

• Golpe (Strike)

Inicialmente, un depósito galvanoplástico especial llamado "golpe" o "flash" puede ser utilizado para formar un revestimiento muy delgado (típicamente menos de 0,1 micrómetros de espesor) con una alta calidad y buena adherencia al sustrato. Este sirve como base para posteriores procesos de deposición. Una huelga utiliza una alta densidad de corriente y un baño con una baja concentración de iones. Este proceso es lento, por lo una vez se obtiene el espesor deseado se utilizan procesos de deposición más eficientes.

Este método se utiliza para el revestimiento de metales diferentes poco compatible. Si es deseable una placa de tipo de depósito en un metal para mejorar la resistencia a la corrosión, pero este metal tiene adherencia inherentemente pobre al sustrato, se deposita primero una huelga compatible con ambos. Un ejemplo de esta situación es la pobre adhesión de níquel electrolítico en las aleaciones de zinc, en cuyo caso se utiliza un ataque de cobre, que tiene buena adherencia a ambos.

• Pincel galvanoplástico

Un proceso estrechamente relacionado es el pincel galvanoplástico. Áreas localizadas u objetos enteros se trabajan con un pincel saturado con la solución de recubrimiento. El pincel, generalmente un cuerpo de acero inoxidable envuelto con un material textil que sirve tanto para contener la solución de metalización y evitar el contacto directo con el elemento que se está tratando, está conectado al polo positivo de una fuente de corriente continua de bajo voltaje, y el elemento recubrir conectado al negativo. Los huecos de operador del cepillo en solución de metalización a continuación se aplica al elemento, moviendo el cepillo continuamente para conseguir una distribución uniforme del material de recubrimiento. El cepillo galvanoplástico posee varias ventajas sobre los tanques, incluyendo la portabilidad, la capacidad de recubrir elementos que por alguna razón no se pueden introducir en el tanque de recubrimiento (una aplicación es el revestimiento de porciones de columnas de apoyo decorativas muy grandes utilizadas en restauración de edificios), requisitos de enmascaramiento bajo o nulo, y comparativamente se requiere un menor volumen de solución. Las desventajas en comparación con el tanque es que necesita una mayor participación del operador (el tanque de recubrimiento con frecuencia se puede trabajar con un mínimo de atención), y la incapacidad para lograr un gran espesor de recubrimiento.

• Deposición sin corriente eléctrica

Por lo general, una celda electrolítica, que consta de dos electrodos, electrolito, y la fuente externa de corriente, se utiliza para la electrodeposición. En contraste, un proceso de deposición electrolítico utiliza sólo un electrodo y ninguna fuente externa de corriente eléctrica. Sin embargo, la solución para el proceso electrolítico necesita contener un agente reductor de modo que la reacción del electrodo tiene la forma:

En principio, se puede utilizar cualquier reductor a base de agua, aunque el potencial redox del reductor de media celda debe ser lo suficientemente alto como para superar las barreras de energía inherentes en la química de líquido. El niquelado no electrolítico utiliza hipofosfito como reductor, mientras que el chapado de otros metales como la plata, oro y cobre suelen utilizar aldehídos de bajo peso molecular.

Una ventaja importante de este enfoque sobre la galvanoplastia es la no necesidad de fuentes de energía ni de baños de galvanoplastia, reduciendo el costo de producción. La técnica puede también formas diversas de placa y tipo de superficie. La película es mas uniforme. Se puede depositar aleaciones y añadir aditivos a la película como Teflon. La desventaja es que dependiendo del material el proceso de galvanizado es generalmente más lento y no se puede crear este tipo de placas gruesas de metal. Como consecuencia de estas características, la deposición no electrolítica es bastante común en las artes decorativas. Aunque va ganado terreno en aplicaciones industriales, una de las cuales, p.e., son los discos duros.

• Limpieza

La limpieza es esencial para el éxito de la galvanoplastia, puesto que las capas moleculares de aceite puede impedir la adherencia del recubrimiento. La ASTM B322 es una guía estándar para la limpieza de metales antes de la electrodeposición. Los procesos de limpieza incluyen: limpieza con disolvente, limpieza en caliente con detergente alcalino, electro-limpieza, y tratamiento con ácido etc. La prueba industrial más común para la limpieza es la prueba waterbreak, en el que se enjuaga a fondo la superficie y se mantiene vertical. Los contaminantes hidrofóbicos, tales como los aceites hacen que el agua de cuentas y se rompen, permitiendo que el agua drene rápidamente. Las superficies de metal perfectamente limpios son hidrófilas y mantendrá una lámina continua de agua que no se cuenta arriba o escurrir. La ASTM F22 describe una versión de esta prueba. Esta prueba no detecta contaminantes hidrófilos, pero el proceso de electrodeposición pueden desplazar éstos fácilmente ya que las soluciones son a base de agua. Los tensioactivos como el jabón reducen la sensibilidad de la prueba y debe ser enjuagado cuidadosamente.

• Proceso físico-químico

Ambos componentes se sumergen en una solución llamada electrolito que contiene uno o más sales de metal disueltas, así como otros iones que permiten el flujo de electricidad. Una fuente de alimentación de corriente continua genera un potencial eléctrico en el ánodo y en el cátodo. En el cátodo, los iones metálicos disueltos en la solución electrolítica se reducen en la interfase entre la solución y el cátodo y desaparecen de la disolución. Esto crea un desiquilibrio de cationes en la disolución. Este exceso de cationes se combina los átomos del metal del cátodo formando la sal que se disuelve dejando el metal restante al descubierto, y por otro lado reponiendo los iones precipitados. El cátodo es un sumidero de cationes metalicos y un generador de aniones mientras que en el ánodo sucede lo contrario es un sumidero de aniones y generador de cationes. La cantidad de ambos está regulada por la constante de disociación y las leyes de equilibrio lo cual conlleva a que la velocidad a la que se disuelve el ánodo es igual a la velocidad a la que el cátodo se recubre. Aunque circula una corriente eléctrica esta no la constituyen electrones que viajan entre los electrodos en los aniones, sino que un electrón, o varios, del cátodo reducirá un catión metálico que se depositará. Esto producirá un desequilibrio en la disolución por lo que hará que alguna molécula del electrólito se disocie. Si esta lejos del ánodo se volverá a recombinar, pero si esta cerca este reaccionará entregando un electrón, o varios, a este y generando una sal soluble que se desprenderá. Tiene cierta similitud con la radiación de Hawking de los agujeros negros.

Por último indicar que dicha técnica no debe confundirse con la electroforesis, esta se basa en el movimiento hacia un ánodo o cátodo de moléculas o partículas en suspensión en una disolución, no de iones como la electrodeposición.

• Ejemplos

Resulta muy común el uso de la electrodeposición metálica en joyas elaboradas con metales baratos a los cuales se les da un revestimiento de una delgadísima película de oro, plata, etc. para aumentar su valor, mejorar su apariencia o para protegerlos de los efectos negativos del medio ambiente, principalmente el oxígeno que produce su pronta corrosión. Igualmente podemos observar que las tarjetas electrónicas por lo general vienen revestidas de una película de oro de algunos micrones, para mantener un buen contacto y conductividad con los dispositivos del circuito.

• Celda Hull

Una solución de zinc probada en una celda Hull

La celda Hull es un tipo de célula de prueba utilizado para comprobar cualitativamente la condición de un baño galvánico. Se permite la optimización para el rango de densidad de corriente, la optimización de la concentración de aditivo, el reconocimiento de los efectos de la impureza y la indicación de la capacidad de potencia de macro-lanzamiento.4 La celda Hull replica el baño de recubrimiento en una escala de laboratorio.5 Se llena con una muestra de la solución de metalización, un ánodo apropiado que está conectado a un rectificador. El "trabajo" está remplazado por un panel de prueba de celda Hull que se recubre para mostrar la "salud" del baño.

La celda Hull es un recipiente trapezoidal que contiene 267 ml de solución. Esta forma permite una para colocar el panel de ensayo en un ángulo con respecto al ánodo. Como resultado, el depósito se sembraron en placas a diferentes densidades de corriente que se puede medir con una regla de células casco. El volumen de la solución permite una optimización cuantitativa de la concentración de aditivo: 1 Además gramo a 267 ml es equivalente a 0,5 oz / gal en el tanque de revestimiento.

Electrocoagulación

Los ánodos empleados se llaman ánodos de castigo ya que se consumen en el proceso. En el cátodo se produce hidrógeno a partir de los protones, éste se libera como pequeñas burbujas que suben a la superficie. Este hidrogeno generado puede ayudar a que las partículas floculadas floten en la superficie recogiéndose de ésta con un rascador.

Las principales ventajas de la electrocoagulación respecto a la coagulación clásica es la mayor eficiencia de los cationes nacientes de aluminio y hiero generados frente a los provenientes de productos químicos tradicionales como sulfato de aluminio o hierro, equipos más compactos, menor costo, posible automatización y menor generación de sales y residuos.

El tratamiento de aguas residuales mediante el sistema de electrocoagulación se define como la desestabilización de especies químicas suspendidas o disueltas presentes en una solución, producto de la aplicación de una diferencia de potencial eléctrico por medio de un método cátodo–ánodo inmerso en una solución de agua por tratar.

Como consecuencia y en el transcurso de dicho proceso electrolítico, las especies catiónicas producidas en el ánodo entran a la solución, reaccionando con las demás especies formando óxidos metálicos y precipitando los respectivos hidróxidos. A diferencia de la coagulación química, que es el origen del coagulante, en la electrocoagulación el catión proviene de la disolución del ánodo metálico, ya sea fierro o aluminio.

Las condiciones de operación de un sistema de electrocoagulación son muy dependientes de las condiciones químicas, pH, tamaño de partículas del agua por tratar y especialmente de su conductividad. El tratamiento general de las aguas residuales requiere aplicaciones bajas de voltaje (menos de 50 voltios), con amperaje variable y de acuerdo con las características químicas del agua.

Así, los consumos de energía varían entre 0.1 a 1.0 KWh/m3 y el desgaste de material está directamente relacionado con la corriente aplicada al sistema (amperaje) y el tiempo de residencia hidráulica del agua residual en la celda de electrocoagulación. Se calcula que los electrodos deben reemplazarse una o dos veces por año.

El sistema de electro-coagulación funciona en forma automática, mediante controles electrónicos que regulan la corriente y voltaje, de acuerdo con los cambios en la calidad del agua residual por tratar, dados por su resistividad.

La producción o generación de lodos está directamente relacionada con el nivel de contaminación del agua residual y de las especies catiónicas (fierro), que se disuelven en el agua de acuerdo con la corriente aplicada a los electrodos. En todo caso, la generación de lodos es menor que un sistema químico o biológico convencional. Se obtiene un lodo más compacto (dado el fierro o el aluminio), con un nivel de humedad entre 97 a 99 por ciento.

Electrocoagulación vs tratamiento biológico y químico

El sistema de electrocoagulación aplicado a aguas residuales, en comparación con los sistemas biológicos o químicos convencionales, requiere de una menor resistencia y ésta es de 50 a 60 por ciento menor.

Los tiempos de residencia de la electro-coagulación son de 10 a 60 segundos, en comparación con los sistemas biológicos que requieren entre 12 y 24 horas. La electrocoagulación consiste en unidades compactas, fáciles de operar, con un consumo de energía y producción de lodo más compacto y menor a los sistemas biológicos o químicos convencionales.

Las celdas de electrocoagulación se construyen en FVR y se instalan sobre terreno, por lo que no requieren de obras civiles mayores, como ocurre con los sistemas químicos y biológicos. Los costos de inversión, por lo tanto, son un 50 por ciento menores a los sistemas biológicos.

Los consumos de energía eléctrica por metro cúbico de agua tratada de entre 0.1 a 1.0 KWh/m3, son menores a los sistemas de tratamiento convencionales (químicos y biológicos). En el sistema de electrocoagulación no se utilizan productos químicos, son unidades 100 por ciento automáticas y se utilizan cuando se requieren, con tiempos de respuesta de 10 a 60 segundos, en su nivel de eficiencia.

La electrocoagulación se puede adaptar a todo tipo de riles y su aplicación es recomendada para la industria minera, galvanoplástica, refinerías y fundiciones, principalmente.

La electrocoagulación aplicada a los riles de diferentes industrias. Entre los sectores que se destacan están: agroindustria, pesquero, maderero, industria alimentaria, industria textil e industria ganadera.

Electroflotación

El proceso de electroflotación (EF) es un proceso simple por el cual los contaminantes flotan en la superficie del agua adsorbidos sobre las pequeñas burbujas de hidrógeno y oxígeno generadas respectivamente en el cátodo y en el ánodo en el proceso de descomposición electrolítica del agua. La eficiencia del proceso de flotación está fundamentalmente determinada por el tamaño de las burbujas generadas, son preferibles las burbujas pequeñas ya que proporcionan una mayor superficie de contacto para la adsorción de las partículas a eliminar. Esta una de las principales ventajas del proceso de EF respecto a otros procesos de flotación clásicos como DAF (dissolved air flotation). El 90 % de las burbujas generadas en EF tienen un tamaño entre 15 y 45 µm mientras que en el proceso DAF el tamaño oscila entre 50 y 70 µm.