Diseño de prototipo de filtración electroquímica de flujo continuo abastecida con energía hidráulica para tratamiento de aguas residuales municipales de la PTAR Pampa Concepción - Cusco

Abstract

Las aguas residuales desde siempre han sido ignoradas y esta concepción ha ido cambiando por el incremento de la escasez del agua y se ha tomado mayor atención en la recolección, el tratamiento y reúso; esta gestión de las aguas residuales no solo está basada en la reducción de la contaminación de las fuentes hídricas, si no, más bien en la eliminación de contaminantes, por ello, el tratamiento terciario de aguas residuales como etapa final, tiene como propósito remover las partículas finas y nutrientes (nitrógeno y fósforo); y, la desinfección la eliminación de microorganismo o agentes patógenos, aumentando la calidad del efluente exigidos por la normatividad vigente, antes de que éstas sean evacuadas o vertidas a cuerpos de aguas naturales, como es el caso de la PTAR Pampa Concepción (Echarate - La Convención – Cusco), que no ha incorporado en su infraestructura dicho tratamiento; y, como alternativas de tratamiento se tienen entre otros los sistemas de filtración. El prototipo se desarrolló mediante la metodología sistemática para diseños en ingeniería y se encuentra dentro de las innovaciones tecnológicas, consisten en un prototipo de filtración electroquímica de flujo continuo y descendente, por gravedad, abastecida con energía eléctrica (hidráulica) autogenerada, con electrodos de Titanio, con lecho filtrante (anódico) con base a carbón de Bambú (Guadua angustifolia) activado con NaOH; tiene la capacidad de adsorber y oxidar compuestos químicos en el ánodo de manera eficiente a través de un proceso de oxidación directa e indirecta en el lecho anódico y oxidación adicional con peróxido de hidrógeno (H2O2) generado in situ en el cátodo. El prototipo desarrollado es un novedoso sistema electroquímico para el tratamiento de aguas residuales que combina la adsorción y la oxidación, con una tasa eficiente de electrofiltración de contaminantes biológicos, físicos y químicos; que garantiza el vertimiento de las aguas tratadas a cuerpos de agua naturales y/o para su reutilización, dentro de los límites máximo permisible y estándares de calidad ambiental para agua, estructura que puede ser utilizada en el punto de uso. En el reactor se producen mecanismos de oxidación directa e indirecta, en la directa la materia orgánica adsorbida en el lecho filtrante anódico para luego oxidarse por medio del intercambio directo de electrones; mientras que en la indirecta los radicales hidroxilos adsorbidos en la superficie del lecho filtrante anódico son los encargados de degradar los contaminantes orgánicos presentes en la disolución del efluente de la PTAR Pampa Concepción; asimismo, se da la formación de oxígeno molecular (O₂), así como, la presencia de otras reacciones como la generación de peróxido de hidrógeno. O₂ + 2H ⁺ + 2e− → H₂O₂ El Peróxido de Hidrógeno, además como potente oxidante puede oxidar varios contaminantes orgánicos a través de reacciones y producir oxígeno y agua como subproductos luego del proceso de oxidación