Tratamiento de Aguas Residuales

Justificación del tema

Es importante recalcar que las aguas residuales contienen una notable variedad de químicos que pueden ser reutilizados, el aprovechamiento de estos químicos pueden ayudar a numerosas fábricas de esta industria. Al realizar el tratamiento de estas aguas también aportamos a la no contaminación del medio ambiente, ríos, entre otros.

Los estudios de coagulación química y electroquímica en escala bancada permiten determinar la influencia que sobre ellos presentan las características del agua residual y las condiciones de operación, así como establecer las diferencias y similitudes que existen entre ambos proceso, para de esta manera realizar el tratamiento electroquímico de aguas residuales siguiendo diferentes metodologías de acuerdo a lo que la industria vea necesario para su beneficio

OBJETIVOS

• El objetivo general de este trabajo ha sido el estudio de los procesos que ocurren en los tratamientos de coagulación química y electroquímica de tres modelos de aguas residuales (suspensiones coloidales, aguas contaminadas con materia orgánica disuelta susceptible de formar sólidos y emulsiones de aceite en agua).

• Estudiar los diferentes tratamientos electroquímicos que existen para las aguas residuales ayudándonos de varias patentes, internet, libros, etc; para profundizar nuestro estudio de los tratamientos electroquímicos de aguas residuales.

• Estudio de los procesos de disolución química y electroquímica de planchas de aluminio cuando éstas son empleadas como electrodos en el proceso de electrocoagulación.

Introducción

A continuación, estudiaremos el tratamiento electroquímico de aguas residuales, existe una notable variedad de procesos con los cuales se puede realizar el tratamiento de las mismas. Ejemplos de estos procesos son el tratamiento mediante electrodisolución en el cual se consume poca energía eléctrica debido al manejo de bajas densidades de corriente, también mediante electrocoagulación el cual se ha venido practicando durante todo el siglo XX, pero con éxito limitado y una escasa aceptación popular. Sin embargo, en la última década, esta tecnología ha aumentado en Europa a la hora de tratar diferentes tipos de residuos industriales: residuos de la industria agroalimentaria, aceites, pigmentos, partículas en suspensión, residuos químicos y mecánicos de la industria pétrea, materia orgánica, agua tratada con agentes floculantes, efluentes con detergentes sintéticos, disoluciones que contienen metales pesados y residuos de minería, etc.

También electrocoagulación que es un proceso electroquímico muy utilizado y muy esencial en la industria en el que a partir de compuestos procedentes de la disolución de un ánodo, se agrupa la materia coloidal existente en un agua residual (o se rompe una emulsión), posibilitando su separación del agua mediante técnicas convencionales de separación sólido-líquido (decantación, flotación).

Otros métodos que se practican son mediante floculación y oxidación, este último no busca degradar la materia orgánica contenida en el agua residual, sino que aplica la oxidación como tratamiento final para eliminar la carga orgánica e inorgánica residual, en consecuencia, el consumo de agentes oxidantes se reduce al mínimo.

Por tratarse de un proceso fisicoquímico, las variaciones en las características del efluente alimentado no afectan sensiblemente la eficiencia de la técnica como suele suceder con los tratamientos biológicos.

CAPITULO I:

Conceptos

• 1. ELECTROQUIMICA

Electroquímica es una rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química. En otras palabras, las reacciones química  que se dan en la interfase 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.

Si una reacción química es conducida mediante una diferencia de potencial aplicada externamente, se hace referencia a una electrolisis. 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.

• 2. REACCIONES REDOX

Reacción redox es toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidacion.1

Para que exista una reacción de reducción-oxidación, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones, y otro que los acepte:

2.1. REACCION DE OXIDACION

La oxidación es una reacción química muy poderosa donde un elemento cede electrones, y por lo tanto aumenta su estado de oxidación. Se debe tener en cuenta que en realidad una oxidación o una reducción es un proceso por el cual cambia el estado de oxidación de un compuesto. Este cambio no significa necesariamente un intercambio de iones. Suponer esto -que es un error común- implica que todos los compuestos formados mediante un proceso redox son iónicos, puesto que es en éstos compuestos donde sí se da un enlace iónico, producto de la transferencia de electrones.

Por ejemplo, en la reacción de formación del cloruro de hidrógeno a partir de los gases di hidrógeno y di cloro, se da un proceso redox y sin embargo se forma un compuesto covalente.

Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox.

La propia vida es un fenómeno redox. El oxigeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor.

La sustancia más oxidante que existe es el catión KrF+ porque fácilmente forma Kr y F+.

Entre otras, existen el permanganato de potasio (KMnO4), el dicromato de potasio (K2Cr2O7), el agua oxigenada (H2O2), el ácido nítrico (HNO3:

El nombre de "oxidación" proviene de que en la mayoría de estas reacciones, la transferencia de electrones se da mediante la adquisición de átomos de oxigeno (cesión de electrones) o viceversa. Sin embargo, la oxidación y la reducción puede darse sin que haya intercambio de oxigeno de por medio, por ejemplo, la oxidación de yoduro de sodio a yodo mediante la reducción de cloro a cloruro de sodio:

2.2. REACCION DE REDUCCION

Reducción es una reacción química por el cual un átomo o un ion ganan electrones. Implica la disminución de su estado de oxidación. Este proceso es contrario al de oxidación.

Cuando un ion o un átomo se reducen presenta estas características:

• Actúa como agente oxidante.

• Es reducido por un agente reductor.

• Disminuye su estado o número de oxidación.

• Gana electrones.

El ion hierro (III) puede ser reducido a hierro (II):

• 3. PROCESOS ELECTROQUIMICOS

Está basado en la utilización de técnicas electroquímicas, haciendo pasar una corriente eléctrica a través del agua (que necesariamente ha de contener un electrolito) y provocando reacciones de oxidación-reducción tanto en el cátodo como en el ánodo. Por tanto se utiliza energía eléctrica como vector de descontaminación ambiental, siendo su coste uno de las principales desventajas de este proceso. Sin embargo como ventajas cabe destacar la versatilidad de los equipos, la ausencia tanto de la utilización de reactivos como de la presencia de fangos y la selectividad, pues controlar el potencial de electrodo permite seleccionar la reacción electroquímica dominante deseada.

Las consecuencias de las reacciones que se producen pueden ser indirectas, como en el caso de la electrocoagulación, electroflotación o electrofloculación, donde los productos formados por electrolisis sustituyen a los reactivos químicos, y supone una alternativa con futuro a la clásica adición de reactivos.

Sin embargo, la aplicación que está tomando un auge importante es en el tratamiento de aguas residuales industriales, a través de una oxidación o reducción directa.

· Oxidación en ánodo: En el ánodo se puede producir la oxidación de los compuestos a eliminar, tanto orgánicos como inorgánicos. Esta oxidación se puede producir directamente por una transferencia de electrones en la superficie del ánodo o bien por la generación de un agente oxidante in-situ. En este último caso se evita manipular agentes oxidantes. Entre las aplicaciones de la oxidación directa cabe destacar el tratamiento de cianuros, colorantes, compuestos orgánicos tóxicos (en algunas ocasiones haciéndolos más biodegradables), incluso la oxidación de Cr (III) a Cr (VI), más tóxico pero que de esta forma puede ser reutilizado. En rango de concentraciones con posibilidades de utilizar este tipo de tratamiento también es muy amplio.

· Reducción en cátodo: La principal aplicación de esta posibilidad es la reducción de metales tóxicos. Se ha utilizado en situaciones, no poco frecuentes, de reducción de metales catiónicos desde varios miles de ppm de concentración hasta valores incluso por debajo de la ppm. Hay una primera etapa de deposición del metal sobre la superficie del cátodo que ha de continuarse con la remoción del mismo. Esto se puede hacer por raspado, disolución en otra fase, etc.

El reactor electroquímico utilizado suele ser de tipo filtro-prensa, semejante a las pilas de combustible. Este sistema permite un crecimiento modular del área. Básicamente cada módulo se compone de un elemento catódico de bajo sobrevoltaje a hidrógeno (Pt, Au, Acero Inoxidable, Ni,..) y un elemento anódico que utiliza como base óxidos de metales nobles.

• 4. AGUAS RESIDUALES

4.1. Tipos de Aguas Residuales

– Aguas residuales domésticas: Aquellas procedentes de zonas de vivienda y deservicios generadas principalmente por el metabolismo humano y las actividades domésticas.

– Aguas residuales industriales: Todas las aguas residuales vertidas desde locales utilizados para efectuar cualquier actividad comercial o industrial, que no sean aguas residuales domésticas ni aguas de escorrentía pluvial.

– Aguas urbanas: Las aguas residuales domésticas o la mezcla de las mismas con aguas residuales industriales y/o aguas de escorrentía pluvial. Todas ellas habitualmente se recogen en un sistema colector y son enviadas mediante un emisario terrestre a una planta EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales). Las industrias que realicen el vertido de sus aguas residuales en esta red colectora, habrán de acondicionar previamente sus aguas.

4.2. Características de las aguas residuales

Los compuestos orgánicos e inorgánicos se encuentran en aguas residuales procedentes de instalaciones industriales diversas. A diferencia de las aguas residuales domésticas, los efluentes industriales contienen con frecuencia sustancias que no se eliminan por un tratamiento convencional, bien por estar en concentraciones elevadas, o bien por su naturaleza química. Muchos de los compuestos orgánicos e inorgánicos que se han identificado en aguas residuales industriales son objeto de regulación especial debido a su toxicidad o a sus efectos biológicos a largo plazo.

El control de la contaminación del agua producida por las actividades industriales comenzó con la aprobación por el Congreso de los Estados Unidos de la enmienda de 1972 a la "Federal Water Pollution Control Act", que estableció un sistema nacional de descarga y eliminación de contaminantes. Las enmiendas de 1977 y 1987, conocidas como "Clean Water Act" y "Water Qualty Act", completan la regulación legal norteamericana.

Entre las principales sustancias contaminantes, de acuerdo a la citada ley, que se tomarán obligatoriamente en consideración para fijar valores límite de emisiones a las aguas se encuentran:

• Compuestos órgano-halogenados y sustancias que puedan generarlos en el medio acuático.

• Sustancias y preparados cuyas propiedades cancerígenas, o mutagénicas, que puedan afectar a la reproducción en el medio acuático.

• Hidrocarburos persistentes y sustancias orgánicas tóxicas persistentes y bioacumulables.

• Cianuros.

• Biocidas y productos fitosanitarios.

• Sustancias que ejercen una influencia desfavorable sobre el balance de oxígeno (computables mediante parámetros agregados tales como DBO, DQO).

En la ley que regula el vertido de aguas industriales a la red de saneamiento establece también la necesidad de identificación de los vertidos y la definición de determinados parámetros de contaminación. Uno de estos parámetros es la ecotoxicidad (medida mediante un ensayo normalizado de bioluminiscencia) que permite detectar compuestos tóxicos para los que no exista una normativa específica, como podría ocurrir con los contaminantes emergentes.

Estos contaminantes proceden de industrias muy variadas y por su naturaleza, concentración o caudal del efluente, hacen que esas aguas residuales demanden un tratamiento antes de su vertido o reutilización.

La Tabla muestran la clasificación, por sectores de actividades industrial, de los principales compuestos contaminantes en agua junto con el porcentaje de participación en las emisiones directas en la UE (se han omitido porcentajes inferiores al 10%).

Tabla 4.2.-1: Emisoras directas de contaminantes inorgánicos en agua clasificados por actividad.

• 5. COAGULACION QUIMICA

En una suspensión coloidal, no se puede conseguir, de forma efectiva, la separación de las partículas directamente por técnicas de separación sólido-líquido (decantación, flotación), como consecuencia del pequeño tamaño de las mismas, que se traduce en una muy pequeña velocidad de sedimentación. Tampoco se produce la agregación de las partículas, debido a la existencia de cargas eléctricas en la superficie de las partículas coloidales. Estas cargas son normalmente negativas, y están asociadas a la existencia de grupos carboxilo o hidroxilo en la superficie de las partículas orgánicas, y al intercambio de aluminio y silicio por cationes monovalentes (tales como el K+, el Na+ o los H+) en el caso de los minerales.

Esta carga superficial origina la atracción de iones de signo contrario presentes en la disolución, que se concentran alrededor de las partículas, dando lugar a la formación de una capa difusa de iones, que provoca que las fuerzas de repulsión entre las partículas predominen sobre las fuerzas de atracción másica que existen entre las mismas.

Por este motivo, una suspensión coloidal es un sistema estable, es decir, sin tendencia a cambios que posibiliten la agregación de las partículas.

La coagulación puede ser definida, en principio, como la desestabilización de las partículas para conseguir que las fuerzas de atracción tipo Van der Waals que existen entre dos partículas predominen sobre las de repulsión electrostática, de manera que las partículas se unan y den lugar a la formación de sólidos de mayor tamaño. Como consecuencia del mayor tamaño, la velocidad de sedimentación de las partículas se incrementa, posibilitando el uso de la decantación como tecnología de tratamiento. La coagulación es un proceso químico complejo que implica la combinación de numerosos procesos sencillos. Comienza con la adición a una dispersión coloidal de un reactivo químico (normalmente una sal de catión polivalente) que activa simultáneamente varios mecanismos de desestabilización coloidal, siendo los más importantes la compresión de la doble capa eléctrica (como consecuencia del aumento en la fuerza iónica del medio que provoca este nuevo reactivo) y la neutralización de la carga superficial de las partículas coloidales (que está asociada a la adsorción de iones sobre la superficie de las partículas coloidales).

Figura 5-1 Esquema de las fuerzas de interacción que actúan sobre una partícula en suspensión

Figura 5-2 Mecanismos de coagulación de partículas coloidales

Además de estos procesos, la adición de sales de aluminio o hierro puede dar lugar también a la formación de precipitados a partir de sus hidróxidos, que atrapan en su interior a las partículas coloidales. La inmersión de los coloides dentro de un precipitado es un mecanismo muy efectivo de eliminación de la materia coloidal conocido como coagulación o floculación de barrido.

Como consecuencia del proceso de coagulación por aumento de la fuerza iónica o por neutralización, las fuerzas de repulsión electrostáticas se hacen menores que las correspondientes fuerzas de atracción de Van der Waals, y cuando las partículas coloidales chocan se unen para formar partículas de mayor tamaño. Al proceso físico mediante el que se favorece que estas partículas choquen se le denomina floculación.

Normalmente, en el tratamiento de un agua el proceso de floculación se consigue agitando suavemente el agua residual para favorecer el movimiento interno de las partículas coloidales.

El mayor tamaño de los sólidos generados tras el proceso conjunto de coagulación floculación hace que sean susceptibles de ser separados mediante técnicas convencionales de separación sólido-líquido. De esta forma, el mayor peso hace que su velocidad de sedimentación sea la adecuada para ser eliminados en decantadores convencionales, y su tamaño los hace adecuados para que las micro burbujas de aire generadas en un proceso de flotación por aire disuelto (FAD) se adhieran a su superficie y se posibilite su eliminación.

Por tanto, los procesos de coagulación-floculación permiten tratar, combinadamente con la sedimentación o la flotación, efluentes con materia coloidal.

Ejemplos de aguas residuales contaminadas con materia coloidal, y que pueden ser sometidas a este tratamiento, son las aguas residuales urbanas y los efluentes residuales procedentes de industrias del sector textil y agroalimentario

El proceso de coagulación de las partículas coloidales y el de desestabilización de emulsiones están también muy relacionados con el de eliminación de contaminantes orgánicos solubles por formación de especies de solubilidad reducida, o por inmersión de estas especies en precipitados de hidróxidos metálicos, ya que este último proceso tan sólo se diferencia en las etapas iniciales, o de formación de las partículas insolubles Este proceso ha sido ampliamente aplicado al tratamiento de colorantes industriales, pero también existen aplicaciones a moléculas mucho más simples, tales como el fenol

En todos los casos, sales de Fe (III) y de Al (III), tales como los cloruros o los sulfatos, suelen ser los reactivos más utilizados, dada la elevada carga de estos cationes, que favorecen los procesos de desestabilización coloidal mediante la disminución de las fuerzas electrostáticas de repulsión entre partículas. A nivel industrial las operaciones de coagulación-floculación se llevan a cabo en depósitos agitados en los que se adicionan reactivos mediante bombas dosificadoras

Figura 5-3 Instalación de coagulación – floculación empleada a escala industrial

CAPITULO II:

Tratamiento electroquímico de aguas residuales

• METODOS PARA EL TRATAMIENTO ELECTROQUIMICO DE AGUAS RESIDUALES

• ELECTROCOAGULACION

La coagulación y la electrocoagulación tienen por objetivo la desestabilización de los coloides, y se diferencian en el modo de adición del reactivo: en coagulación convencional el reactivo se añade como sal y en electrocoagulación se genera a partir de un metal.

Por tanto, se puede definir a la electrocoagulación (o coagulación asistida electroquímicamente) como un proceso electroquímico en el que a partir de compuestos procedentes de la disolución de un ánodo, se agrupa la materia coloidal existente en un agua residual (o se rompe una emulsión), posibilitando su separación del agua mediante técnicas convencionales de separación sólido-líquido (decantación, flotación).

Normalmente, el material anódico empleado consiste en planchas de aluminio o de hierro. Al aplicar una diferencia de potencial a la celda, se consigue la generación de iones en disolución. Como consecuencia, y al igual que en procesos convencionales de coagulación, se obtienen:

– Hidróxidos insolubles sobre los que quedan retenidos los contaminantes y/o

– Hidroxocomplejos catiónicos o aniónicos, que desestabilizan las fuerzas de repulsión electroestáticas existentes en la materia coloidal (o en las microgotas de una emulsión), bien por neutralización de cargas o bien por formación de enlaces intrapartículas.

Los costes operativos de los procesos de electrocoagulación son más bajos que los correspondientes a los tratamientos físico-químicos convencionales, aunque la inversión necesaria es algo superior. Asimismo, se afirma que los procesos electroquímicos son procesos adecuados para plantas de pequeño tamaño por su sencillez de operación.

Figura 1.1.-1 Procesos involucrados en un reactor de electrocoagulación

• Factores que afectan que procesan al proceso de electrocoagulación

La densidad de corriente o la carga eléctrica aplicada son algunos de los parámetros a optimizar en el proceso de coagulación asistida electroquímicamente, ya que determinan la cantidad de metal (Mn+) que se libera en el sistema: altas densidades de corriente permiten unidades de electrocoagulación más pequeñas. Sin embargo, cuando se emplean densidades de corriente demasiado elevadas, aumenta el empleo de energía eléctrica para la reacción paralela de generación de oxígeno y también la potencia disipada en forma de calor por efecto Joule. Por tanto, se recomienda el empleo de densidades de corriente inferiores a 20-25 A m-2 para el buen funcionamiento del proceso.

Cuando la conductividad del agua a tratar no es elevada, es frecuente la adición de un electrolito soporte para aumentar su valor, consiguiéndose así una disminución en el potencial de la celda y, por tanto, un ahorro energético considerable. Una de las sales más empleadas para este fin es el cloruro sódico, ya que se ha determinado que los iones cloruro pueden contrarrestar los efectos negativos de aniones como el HCO3

– y el SO42-. En este sentido, la existencia de iones bicarbonato y sulfato en el agua a tratar puede conducir a la precipitación de iones Ca2+ y Mg2+, y a la formación de una capa aislante en la superficie delos electrodos, que podría ocasionar un aumento en el potencial de la celda, y con ello en los costes de tratamiento.

El efecto de la temperatura en el proceso de electrocoagulación ha sido poco estudiado, si bien se ha encontrado un máximo en la eficacia de corriente con la temperatura a 60 ºC en el proceso de disolución de aluminio. Asimismo, se ha observado un mínimo en el consumo de energía a 35 ºC, en el tratamiento de aguas residuales contaminadas con aceites. Sin embargo, el calentamiento del agua para alcanzar estas condiciones, no tiene sentido desde el punto de vista económico.

• ELECTROFLOCULACION

En el interior de una celda electroquímica la carga de los coloides facilita su movimiento por el campo eléctrico generado por los electrodos, y la evolución electródica de gases (oxígeno en el ánodo e hidrógeno en el cátodo) genera una mezcla suave. Como consecuencia, se favorece el choque entre coloides y por tanto la floculación en el interior de la celda electroquímica sin necesidad de agitación mecánica. Al no haber elementos móviles se reducen notablemente los gastos de mantenimiento del proceso. A este proceso se le denomina electrofloculación, y puede conseguir realizar en un reducido espacio los mismos procesos que ocurren en volúmenes muy superiores en los procesos convencionales

• ELECTROFLOTACION

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. La electroflotación, al igual que la electrofloculación, 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.

• EFLUENTES ACUOSOS

Los procesos de coagulación-floculación se emplean comúnmente para la eliminación de distintos tipos de contaminantes contenidos en efluentes acuosos. Estos contaminantes comprenden partículas inorgánicas (como las arcillas), partículas orgánicas (como microorganismos patógenos) y materia orgánica disuelta. De la misma forma, las partículas generadas en el proceso tienen capacidad de adsorber otros contaminantes presentes en el agua, tales como cationes metálicos o aniones, estando referenciada la eliminación de flúor o arsénico mediante esta tecnología. Además, este tipo de tratamiento se emplea en la ruptura de emulsiones de aceite en agua, consiguiendo la coalescencia de las fases que componen la emulsión.

Por tanto, existen diferentes tipos de efluentes acuosos susceptibles de ser tratados mediante procesos de coagulación-floculación, siendo los más representativos los efluentes coloidales, los efluentes residuales procedentes de industrias textiles (contaminados con macromoléculas orgánicas en disolución), y las emulsiones de aceite en agua.

• Efluentes coloidales

El elemento definitorio de una dispersión coloidal es el tamaño de las partículas que la componen, y que está en el intervalo comprendido entre 1 nm y 1 µm. Los coloides son sustancias que permanecen en suspensión por largos periodos de tiempo cuando se encuentran en el seno de una disolución acuosa. Como es conocido, la velocidad de sedimentación de una partícula depende de su peso, y éste, a su vez, es función de su tamaño.

Los coloides son normalmente estables en suspensión dado que, en general, predominan los factores estabilizadores sobre los desestabilizadores. Entre los factores estabilizadores se encuentran todas las fuerzas o fenómenos que generan repulsión entre ellos y por tanto, las fuerzas electrostáticas y la hidratación de las partículas. Las fuerzas de atracción, en cambio, cumplen un papel opuesto y desestabilizan la dispersión. Entre ellas están la gravedad, el movimiento Browniano y las fuerzas de Van der Waals. Obviamente, algunos fenómenos tienen un efecto despreciable, por ejemplo la influencia de la gravedad, mientras que otros pueden conseguir, bajo determinadas condiciones, que la estabilidad de la dispersión coloidal se rompa y, como consecuencia, se generen sólidos de mayor tamaño por combinación de los coloides.

La superficie específica de los coloides en general es muy alta ya que las partículas son muy pequeñas. Esto posibilita que tengan una gran capacidad de adsorción de sustancias.

Con respecto a sus propiedades electrocinéticas, las partículas coloidales en el seno de una disolución acuosa tienen carga eléctrica y, por tanto, pueden verse afectadas por la presencia de un campo eléctrico.

Esta estructura, está formada por láminas de esta disposición apiladas unas sobre otras. Dado que una superficie de cada capa está formada por iones hidrógeno y la otra superficie sólo por iones oxígeno, tienden a formarse puentes de hidrógeno entre capas. Si bien los puentes de hidrógeno son enlaces de muy baja energía, la energía de enlace es aditiva y la suma del gran número de puentes de hidrógeno que se forman entre las capas hace que queden fuertemente unidas entre sí.

La carga eléctrica que presentan las partículas de caolinita en suspensión acuosa puede producirse por diversos motivos (Huertas et al., 1998), entre las que se encuentra la sustitución isomórfica de cationes silicio (+4) por aluminio (+3) en las posiciones tetraédricas dando lugar a cargas negativas permanentes en la estructura. En este contexto, también, es posible la sustitución de algunos cationes de aluminio (+3) de las estructuras octaédricas por otros cationes de menor carga presentes en la disolución acuosa. Además, se generan cargas superficiales no permanentes como consecuencia de reacciones entre grupos superficiales ionizables situados en los bordes de la estructura (ya que estas estructuras no pueden extenderse de forma infinita) y los iones o ligandos presentes en la disolución acuosa. En estos casos es habitual que un protón de la disolución neutralice esta carga. Sin embargo, el que esto ocurra o no dependerá del pH de la disolución. Según esto, debido a las cargas superficiales que presenta esta arcilla, se puede explicar el comportamiento coloidal de la caolinita en el seno de una suspensión acuosa, ya que las fuerzas de repulsión electrostáticas impiden la agregación de las partículas, y dan lugar a una dispersión coloidal estable.

• Efluentes emulsionados

Una emulsión es un sistema líquido disperso conformado a nivel microscópico por dos fases inmiscibles, por lo que la apariencia macroscópica (a simple vista) es la de un líquido homogéneo. El líquido que se presenta en mayor proporción dentro de este sistema se denomina fase externa, y el que se presenta en menor proporción fase interna.

El sistema emulsionado es estable por la existencia de una diferencia de potencial entre las fases, dado que la superficie de las microgotas de la fase interna se carga negativamente. Esta carga impide, por repulsión electrostática que las cargas se unan y, por tanto, este fenómeno es el que confiere apariencia al líquido de homogeneidad (apariencia de líquido uniforme). La ruptura de la emulsión consiste en separar las dos fases de las que consta la emulsión, mediante la coalescencia irreversible de las gotas. Para romper la emulsión es necesario desestabilizar las cargas de las microgotas de la fase interna.

• Efluentes contaminados con materia orgánica disuelta

Existen diversos tipos de industrias como son las textiles, químicas y farmacéuticas, que generan efluentes acuosos contaminados con materia orgánica no biodegradable. Desde el punto de vista medioambiental, la gestión adecuada para el tratamiento de estos efluentes es la recuperación de los compuestos, y su reutilización en el proceso. No obstante, en numerosas ocasiones, esta recuperación no es posible técnica o económicamente, y es necesario proceder a la destrucción o eliminación de los contaminantes contenidos en las aguas.

La técnica empleada para el tratamiento de este tipo de efluentes acuosos depende fundamentalmente de las características físico-químicas y biológicas del efluente, y se selecciona en base a criterios económicos. En algunas ocasiones se puede emplear el tratamiento físico-químico (coagulación-floculación, sedimentación y/o flotación) para aguas residuales con elevado contenido en materia orgánica, si ésta es susceptible de ser coagulada por formación de compuestos de solubilidad reducida o por adsorción de los mismos en precipitados de hidróxidos metálicos. Este método está especialmente indicado en el caso de la industria textil. En esta tesis, como modelo de efluente residual procedente de la industria textil se ha utilizado un agua sintética contaminada con Negro de Eriocromo T (NET), como ejemplo de colorante azoico (que contiene el grupo azo). Actualmente los colorantes azoicos son los más empleados en la industria textil y constituyen el grupo más extenso, de todos los colorantes orgánicos disponibles en el mercado. El nombre comercial de este colorante es Mordant Black 11, y se emplea en la tinción de diferentes tipos de tejidos. El NET es un compuesto de elevado peso molecular, 461 g mol-1, y consta de un enlace –N=N– y cuatro anillos aromáticos que le confieren un color azul intenso cuando se encuentra disuelto en agua, aunque el máximo de absorción de longitud de onda varía sensiblemente en función del pH de la disolución. La Figura 2.19 muestra la estructura del NET, y la ionización que experimenta esta molécula en disolución como consecuencia de los cambios de pH.

• PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS

• Procedimiento operativo para determinar el pretratamiento de los electrodos de aluminio