Electrocoagulation processes for treatment of natural waters

This thesis overviews the electrocoagulation in lake water by aluminum and iron electrodes, in order to remove phosphate from solution. Several working parameters, such as pollutant concentration, electrode distance, electrode area, electrodes material, solution type, and electrode wear were studied in attempt to verify if the electrocoagulation in lake water is a feasible operation. A comparison between synthetic water (similar to previous literature) and lake water has been carried on. Phosphate concentration varies from 1,22 mg/l to 0,40 mg/l for synthetic water and from 0,32 mg/l to 0,44 mg/l for lake water. Treatments worked out from 5 minutes to various hours, with current densities from 0,424 A/dm2 to 0,186 A/dm2, in correlation to the specific test. Results obtained with synthetic water (with phosphate concentration comparable to lake water) revealed that the treatment is able to reduce phosphate concentration to not detectable values (<0.01 mg/l of PO43-) and that aluminum alloy electrodes are preferable to iron electrodes, since the aluminum ions concentration in solution remains within law limitation. Synthetic water treatment revealed also that a lower electrode distance and a higher electrodes’ surface increases the reaction rate and efficiency. The comparison between synthetic water and lake water revealed that the reaction rate speeds up with lake water, probably due to the presence of various and different elements in solution. The lake water treatment revealed also that Aluminum 6082 is more efficient that Aluminum 6060. It is also revealed that the electrode wear essentially helps the reaction rate and efficiency in comparison to virgin and smooth electrodes, since surface roughness increases the effective active surface. It has been also discovered that this electrocoagulation treatment is able to obtain flocculation of various different elements like S, Cl and As. It can be concluded that the aluminum electrocoagulation process for phosphate treatment in natural waters is a feasible technique, which could be object of further studies, concerning different elements to be treated, pilot reactors and direct treatment of bottom lake waters.

Questa tesi studia i processi di elettrocoagulazione in acqua di lago, sfruttando elettrodi di alluminio e ferro, al fine di rimuovere i fosfati dalla soluzione. Svariati parametri, quali la concentrazione di fosfati, la distanza, l’area ed il materiale degli elettrodi, la tipologia di soluzione e l’usura degli elettrodi sono stati studiati al fine di verificare se l’elettrocoagulazione in acqua di lago sia un processo fattibile. E’ stata effettuata una comparazione tra acqua sintetica e acqua di lago. La concentrazione di fosfati varia tra 1,22 mg/l e 0,40 mg/l per l’acqua sintetica, mentre per l’acqua di lago varia da 0,32 mg/l a 0,44 mg/l. I tempi di reazione variano tra 5 minuti ed alcune ore, le correnti tra 0,424–0,186 A/dm2 in funzione dello specifico test. I risultati ottenuti con l’acqua sintetica hanno rilevato che l’elettrocoagulazione è capace di abbattere i fosfati al di sotto dei valori rilevabili (<0,01 mg/l), e che gli elettrodi di alluminio sono preferibili a quelli di ferro, in quanto gli ioni di alluminio disciolti rimangono al di sotto dei limiti di legge. È stato dimostrato anche che una maggiore area ed una minore distanza fra gli elettrodi migliora la velocità di reazione e l’efficienza. Il confronto tra l’acqua sintetica e l’acqua di lago ha mostrato come la velocità di reazione migliori nettamente con l’acqua di lago, a causa di svariati elementi presenti in soluzione. Il trattamento sull’acqua di lago ha mostrato come l’alluminio 6082 sia più efficiente dell’alluminio 6060, inoltre l’usura degli elettrodi migliora essenzialmente la velocità di reazione e l’efficienza della stessa rispetto agli elettrodi vergini e lisci, siccome la rugosità superficiale incrementa la superficie effettiva attiva. Si è inoltre scoperto che questo processo permette la flocculazione di altri elementi come S, Cl e As. Si conclude che l’elettrocoagulazione tramite elettrodi di alluminio sia utile nel trattamento di acque naturali: questo processo può essere oggetto di ulteriori studi che riguardino la flocculazione di ulteriori elementi, la costruzione di un reattore pilota e il trattamento diretto di acque provenienti dal fondo dei laghi.