COAGULACINYELECTROCOAGULACINDEEMULSIONESDEACEITE ENELAGUARESUMEN

Enestetrabajosecomparanlaseficaciasdelaqumicaylaelectroqumicarupturade emulsionesdeaceite en agua(O/W)consalesdealuminiodehidrolizacin.Sehaya obtenidoquelaeficienciadelo procesosnodependedirectamentedelatecnologadedosificacin,sinodelaconcentracintotaldealuminioypH.Esteltimoparmetrocambiadeunamaneradiferenteenelproducto qumicoylosprocesos electroqumicos:elpH aumentadurantelosexperimentoselectroqumicosdesdeelsistemaelectroqumico conducealaformacindelhidrxidodealuminiocomoproductonetofinal,pero disminuyeenlosconvencionalesdebido alaspropiedadesdelassalesdealuminiocidosaadido(AlCl3oAl2(SO4)3).ElrompimientodelasemulsionesocurresolamenteenelrangodepHentre5y9,ylacantidaddealuminionecesarioparaproducirladesestabilizacindelaemulsinesproporcionalalaconcentracinde aceite.Los electrolitosque contienenclorurosmejoranlaeliminacindeCODen comparacin conaquellasque contienen ionessulfato.Precipitadosdehidrxidodealuminiofueronencontradosparaserlaprincipalespeciepresenteenlasolucinenlascondicionesenlasquesehafavorecidoelprocesoderuptura.En consecuencia,elapegodemsdeunagotadeaceiteenunmomentoaun precipitadocargadadepartculas(floculacinpuente)sepropusocomoelmecanismo primariodedesestabilizacin.

Introduccin Emulsionesdeaceite en agua(O/W)sonampliamenteutilizadasenlaindustriadel metalproceso,puesto-queestoslquidosproporcionanlacombinacindeenfriamientoy lubricacinrequeridapornumerosasoperacionesmetalrgicas.Estasemulsionesseagotanconutilizancomo-pierdensuspropiedadesyconvertirlos residuosquedebensertratadosparareducirelimpactodesudescarga.Eltratamientode-losdesechosdelatesissehaabordadomediantediferentestcnicas,perolosmscomnmenteutilizadossonprocesosdemembrana(microfiltracinyultrafiltracin)[1,2],desestabilizacinqumica(convencional.coagulacin)[36]yladesestabilizacinelectroqumico(electrocoagulacin)-[7-11].Menoscomnmenteutilizadossonlosprocesosbiolgicos,yaqueestetipodefluidosindustrialescontienebiocidas(tales,comocompuestosdeazufreynitrgenoheterocclicos)paraevitar,sudegradacin[12].As,cuandoelefluenteesaltamentecontaminadoconcompuestossolublesyellosnopuedeneliminarseconotrastcnicas,destilacin[13]puedeserunaalternativaatractiva,a pesardesualtocostodeoperacin.Enelprocesodedesestabilizacinqumica,esgeneralmentelaadicindesalesmetlicas(deFe3 +oAl3 +)dehidrolizacincomocoagulantesreactivos,mientras queelmtodoelectroqumicoconsisteenlageneracinin,situdecoagulantesporoxidacinelectrolticadeun,materialdel nodoapropiado(por ejemplo,hierrooaluminio).Estoscoagulantespromocinelrompimientodelaemulsindebido alareduccindelacargasuperficialdelasgotas,causandolacoalescenciadelasgotitasdeaceiteylaposteriorseparacindelasfasesacuosasyaceitosasmedianteestablecimientoconvencionaloflotacinporaire disuelto.Segnlaliteratura[14],elmecanismoprincipaldedesestabilizacineselaccesoriodeadsorcindemacromolculasamsdeunagotaenunmomento(puentearfloculacin).Desestabilizacinporpolmerosadsorbentes nopuedetambinserpromovidoa travsdelmecanismodelafloculacindeagotamiento(quecausanunaatraccindbilentrelasgotitasdeaceite).Elprimermecanismoimplicanormalmenteespeciescargadas elctricamentecomoreactivo,comopuedencombinarestasespecies(porfuerzaselctricasatractivas)conlosopuestocargadas elctricamentesitiosactivosqueestnpresentesenlasuperficiedelagota.Ademsdeabsorbermacromolculascausandolafloculacinpuente,algunosautoreshanreportadolaeliminacindeaceiteemulsionadosefluentesporlaspropiedadesdeadsorcindecrecimientohidrxidosmetlicos(hidrxidosdehierroyaluminio)[10,11],queformanncleosdepartculas.Alrededordeestosncleos,capasdeadsorcindecationesyanionesseorganizan.Elncleojunto conlacapadeadsorcinformanunapartcula(delhidrxidodelmetal),quetieneunapequeacargapositivaytienemuyaltacapacidaddeadsorcindeaceitegotitas[10].Larupturadeemulsionesporsolucindedosificacinsehadiscutidoampliamenteenlaliteratura.Sin embargo,lacomparacindelosmecanismosdeesteprocesoyaquellosqueocurreduranteelprocesodedosificacinelectroqumicoesmenosestudiada.Enestecontexto,algunasventajassondivulgadosenlaliteraturaparalatcnicaelectroqumica,tales comolageneracindeburbujas(elH2producidoenlareduccindeagua)enlasuperficiedel ctodo.Estasburbujasdegeneranunamezclasuaveenelsistemaquepromueveelprocesodefusin(electroflocculation)[15]ylaseparacindelasgotitascoaligadas,quepuedeserllevadaalacimadelasolucin,dondesepuederecogerfcilmenteysequitarn(procesoelectroflotation)[16,17].ElobjetivodeestetrabajoescompararlaeficienciadelaqumicaylaelectroqumicarupturadeemulsionesO/Wconsalesdealuminiodehidrolizacinydeterminarlas similitudesodiferenciasqueexistenentreambosdesestabilizacinprocesos.Paracumpliresteobjetivo,losexperimentosfueronplaneadosparasatisfacercondicionessimilaresentreambastecnologas,especialmenteen trminosdedosisdealuminioypH.Losresultadoshansidointerpretadosen trminosdelosmecanismospropuestospreviamenteenlaliteraturaparalacomprensindelasemulsionesO/Wrompiendoelproceso.

Experimental

2.1.O/WemulsionesLafaseoleosadelaemulsinestcompuestaporunaceitelubricantecomn(REPSOLELITETDI15W40suministradoporREPSOL-YPF,Espaa)yunaceitesoluble(SOL1000proporcionadosporMolydal,Francia).Paraprepararlaemulsin,lamismacantidaddelubricantesyaceitessolubles(50: 50,w/w)semezclaronyseagitahastaobtenerunlquidohomogneo.Entonces,elelectrolitosoporte(NaCloNa2SO4)disueltoenaguaosmotizadaseaadilentamentemientras,quelamezclaseseagitaparaobtenerfinalmentelaemulsindeaceite,enelagua.Lacantidadtotaldeaceiteagregadoalaemulsinestabaenlagama1500 6000mgdm3(0,15 0.6%deaceiteenla emulsin).

DispositivosexperimentalesLosexperimentosdecoagulacinsellevaronacaboenunbenchscaleplanta(descritoen otra parte[18]).Enlaelectroqumicaexperimentos,vinoelreactivocoagulantedeladisolucindealuminiosecolocanelectrodos(tipol18)enunsolocompartimientoceldadeflujoelectroqumico.Amboselectrodos(nodoyctodo)erancuadradasenforma(ladode10cm)yladistancia entreelectrodosera9mm.LacorrienteelctricaseaplicutilizandounDCPowerSupplyFA-376PROMAX.Elvoltajeylacorrienteque fluyea travsdelaclulasemidieronconunmultmetro(KEITHLEY2000Digital).LaemulsinO/Wsealmacenenuntanquedevidriode5000cm3,movidoporunagitadordevarilladeaceroinoxidablesuperior(HEIDOLPHRZR2041)ydistribuidoa travsdelaclulaelectrolticaporunabombaperistltica.Unbao termostatizadopermitemantenerlatemperaturaenelpuntodeseado.Parallevaracaboelqumicocoagulacinexperimentaelbenchscaleexperimentalplantafuemodificadocambiandolaceldaelectroqumicaflujoporunreactordeflujonico(conlamismageometra)eincluyendounasolucindealuminio(deAlCl3oAl2(SO4)3)sistemadedosificacin.

ProcedimientoexperimentalSerealizaronexperimentosdecoagulacinelectroqumicabajocondicionesdecaracterizacin.Antesdecadaexperimentoloselectrodosfuerontratadosmedianteenjuagueconunasolucinde1.30MHClpararechazarcualquierefectodebido alaprehistoriadiferentedelaelectrodos.Enelmododefuncionamientocontinuo,laemulsinO/Wfuebombeadadesdeeltanquedealimentacinalaclula(oreactor)yluegofuerecogidaenuntanquediferente.Las muestrasfuerontomadasalasalidadelaclulaydej60minparapermitirlacoalescenciadelosfases.Esteperodofueseleccionadodespusdealgunosexperimentospreliminares.Despusdeestetiempo,potencialzeta(usandounZetasizerNanoZS(Malvern,Reino Unido)),elbacalao(utilizandounanalizadordeHACHDR2000)ypH(usandounmedidordepHinoLabWTW)fueronmedidosalafaseacuosa.Experimentosdecoagulacinqumicasiguieronelmismoprocedimiento.Sin embargo,enestecasoelaluminiofueaadidopordosificacindeunasolucinque contieneAlCl3oAl2 (SO4) 3.Serealizaronvariosexperimentosqumicosdiscontinuasporrecirculacindelefluentedelreactoraltanquedealimentacin.Adems,serealizaronalgunosexperimentosdecoagulacinqumicadiscontinuoenunmontajeexperimentaldepruebaestndartarro.Enms tardeestosexperimentos,unacantidadfijadecoagulantefueagregadaalaemulsinydespusdequeelsolutionwasagitavigorosamente.Losprocedimientosparatomarymedirlasmuestraseranlosmismosusadosparalosexperimentosdecoagulacincontinuo.

MedicindelelectroaluminiodisueltoenlaclulaLaheterogeneidaddelaemulsinylaformacindedosfasesdespusdelafusindificultanlamedidaexactadelaelectrodissolveddealuminiototalenlacelda.todos losexperimentos,comomuchosfuentedeerrorespuedeestarpresente(lacuantificacindelosvolmenesdelasfases,determinacindealuminioenambasfases,...).Paraobtenerdatosprecisos,todoslosexperimentoselectroqumicosfuerepetidamanteniendolasmismascondicionesdeoperacinycambiandolaemulsinO/Wporunasolucinacuosaconlamismaconcentracindeelectrolito.Resultadosobtenidosenexperimentospreliminaresdemuestranquelaconcentracindealuminionoesafectadaporelcontenidodeaceitesyentoncesseobtieneunamedicinmsprecisaysimpleconesteprocedimiento.Entonces,semidilaconcentracindealuminiooff.lineusandouninductivamenteacopladoPlasmaLIBERTYSEQUENTIALVARIANsegnunmtodoestndar[19](espectroscopiadeemisindeplasma).Paradeterminarlaconcentracintotalde aluminio,Lasmuestrasfuerondiluido50/50(v/v)conHNO34Nparaasegurarlatotalsolubilidaddealuminio.SemuestraunacaracterizacincompletadeesteprocesoBrasil-Argentinaendatoscomplementarios..Caracterizacindelasespeciesdealuminiodehidrlisisgeneradosenladosificacinqumicaaluminioparacaracterizarlasespeciesdehidrlisisresultantedelaadicindealuminioenlacoagulacindelasprocesos,variosserealizaronexperimentosdelote.Enestosexperimentos,unacantidadfijadecoagulante-solucin(AlCl3oAl2(SO4)3)fueagregadoaunasolucinacuosa(NaCloNa2SO4,querepresentalaemulsinO/Wenunprocesodecoagulacin)ydespusquelasolucinseagitavigorosamente.Acontinuacin,setomaronmuestrasysemidielpH,las concentracionesdealuminiosolubleytotalypotencialeszeta(filtrandolasmuestrasutilizandomembranasde0,45m).Adems,lacaracterizacindelaespeciesdealuminiohidrolizadogeneradasseharealizadopormtodoferron[20-23].Estemtodoconsisteenelmonitoreodeespectroscopiatiempodereaccin(8-hydroxy-7-iodo-5-quinolinesulfoniccido)aluminio-ferron,paraformaruncomplejoquetieneunaabsorcinmximade364nm.Lasespeciesmonomricasreaccionancasiinstantneamenteconferron,mientras quelasespeciespolimricastienenunatasamuchoms lentadereaccinconestecompuesto.LaspartculasdelprecipitadoprcticamentenoreaccionanconFerrn.Por lo tanto,estemtodopermitedistinguirentreespeciesmonomricas,polimricasoprecipitadas.Se realiz la medicin analtica filtrando las muestras utilizando membranas de 0,45 m para eliminar las partculas de precipitado.Una vez quelamuestrasefiltra,seagregaunaalcuotaaunvolumendesolucinsaturadaferronrecinpreparadaAsferronesenexceso,lasolucindepH5enunacetatotamponado.Inmediatamente,laabsorbanciadelamuestrasecontrolaconeltiempo,hasta queseobtengaunvalorconstante,lo queesindicativodelfinaldelareaccin.Trazandoellogaritmodelaluminiono reaccionadofrentealtiempo,laproporcindeespeciesdealuminioquereaccionarrpidoylentamenteconferron(esdecir,especiesmonomricasypolimricas)puedeserestimada[20,22,23].Unacaracterizacincompletadeestasespeciesparalascondicionesusadasenestetrabajosemuestraendatoscomplementarios.

Resultadosydiscusin3.1.respuestadinmicadelosprocesosderupturacontinuosEncualquierprocesoqumico,paracaracterizarelcomportamientodeunsistemacontinuo,tantolarespuestadinmica(cambiosenlos parmetrosdelapuesta en marchaenelestado estacionario)yelcomportamientosteadystatetienenqueserestudiada.Enestecontexto,paracompararlarespuestasdinmicasdelaqumicaylosprocesoselectroqumicosderupturacontinuos,algunosexperimentosfueronplaneadasparalograrconcentracinsimilarestado estacionariodealuminioypHvalores.Comosemostrardetrs,loscambiosenelpHsondiferentesenlaqumicaylaelectroqumicaexperexperiments.Por lo tanto,paraalcanzarlos valoresdepHsimilaresenestadoestacionario,elpHinicialdelasemulsionesO/Wenlaqumicaylosexperimentoselectroqumicostenanqueserdiferente.Figs.1y2muestranlasrespuestasdinmicastpicasparalaconcentracindealuminio,pH,bacalaoyzetaposibles(paraambosprocesosdecoagulacinqumicayelectroqumica).Puedebeobservedqueelprocesoelectroqumiconecesitauntiempomayorparalograrlaconcentracindealuminiodeestadoestacionario.As,enlaFigura1bsepuedeobservarunarespuestainversadelpHconeltiempo(sucesivaaumentoydisminucindelpH)duranteelexperimentoelectroqumico,siendoestacaractersticadelcomportamientodeprocesoscomplejos.As,enelprocesoelectroqumico,lareduccincatdicadeH2OhaceelpHaumenta,mientras quelaformacindelasespeciesdealuminiodiferentesporlacombinacindelaelectrodissolvedAl + 3ionesconlos ionesdel oxhidrilosegnalequilibrioreacciones[23]ylaoxidacindelaguaenelnododeplomoaladisminucinenelpH.Porelcontrario,disminuyeelpHenelprocesoqumicodebido alaspropiedadescidasdelaAlCl3,comosecombinaelaluminioagregadoalsistemaconlos ionesdel oxhidrilosegnlasreaccionesdeequilibriode lasespeciesdealuminio[23],produciendodisminucinenelpH.Figura2amuestraloscambiosenelzetapotencialesconeltiempoduranteelproducto qumicoylosexperimentosdecoagulacinelectroqumica.Sepuedeobservarquelas respuestassimilaresseobtienenmediantedostcnicas:losvaloresinicialesdepotencialzetasonnegativos(alrededorde60milivoltio),ylaadicindealuminioconducealaumentodeesteparmetroaalcanzarvaloresalrededordeceroenelestado estacionario.Finalmente,enlaFigura2bsepuedeobservarqueambosprocesossoncapacesdedisminuirelbacalaodelosresiduos,debidoalaadicindelaluminioqueproduceladesestabilizacindelaemulsin.As,sepuedeverqueambosprocesoslogransimilarporcentajemudanzas,ligeramentemayoresquelosobtenidosenelprocesoqumico.

4.conclusionesDeestetrabajo,puedenobtenerselassiguientesconclusiones:-Laelectrocoagulacinylacoagulacinconvencionalconsalesdealuminiodehidrolizacinpuedenaplicarsecon xitoeneltratamientodeemulsionesdeaceite enelagua.LaeficienciadelosprocesosnodependedirectamentedelatecnologadedosificacinsinodelaconcentracintotaldealuminioypH.Esteltimolos cambiosdeparmetrosdeunamaneradiferenteenelproducto qumicoylosprocesoselectroqumicos:elpHaumentadurantelosexperimentoselectroqumicos,perodisminuyeenelconvencional.HasidoencontrqueelrompimientodelaemulsinslosellevaacaboenelrangodepHentre5y9,yquelacantidaddealuminionecesarioparaproducirladesestabilizacindelaemulsinesproporcionalalaconcentracindeaceite.Adems,seobtienemejoreficaciaeneltratamientodelas emulsionesque contienenionesclorurocomoelectrolito,quelosobtenidosenmediosulfato.-Elmecanismodedesestabilizacinquepermiteexplicarlasobservacionesexperimentaleseselaccesoriodemsdeunagotadeaceiteenunmomentodeunapartculapositivamentecargadadeprecipitadodehidrxidodealuminio,lograndoqueelcontenidodemateria orgnicaenlasgotitasvinculadospuedecolocarselo suficientementecercanoparapromoverlafusindelafaseoleosa.

-Paralamismaconcentracindealuminio,laspequeasdiferenciasobservadasentrelaqumicaylosprocesoselectroqumicospuedenexplicarseen trminosdelosdistintoscambiosenelpHquese produceenambosprocesos.Por lo tanto,unajustecuidadosoelpHinicialdelaemulsin(quedebeserdiferenteparaelproducto qumicoylosprocesoselectroqumicos)puedealcanzaraltasmudanzasCODporambastecnologasdecoagulacin.EstoscambiosenelpHpuedentambinserinfluidosporelmododeoperacin