Чиста вода чрез соно-електрокоагулация без химикали

Електрокоагулацията (ЕК) е електрохимичен процес, при който на място се генерират коагулантни видове (напр. Fe(OH)x, Al(OH)x) от жертвени електроди, като се улавят колоиди, емулсии, метали, багрила и нови замърсители. Свързване на ЕО с ултразвук – “Соно-електрокоагулация” (SEC) интензифицира масовия трансфер, потиска пасивацията на електродите и ускорява образуването на флок при по-ниска специфична вложена енергия. Безхимичното третиране със соно-електрокоагулация може да се извършва в непрекъснат поток със соно-електрохимични реактори на Hielscher, последвано от гравитационно отделяне на флоките и изтегляне на чистата вода.

Защо да съчетавате ултразвук с електрокоагулация? – Механичната му основа

При соноелектрокоагулацията, използваща соноелектроди на Хилшер, ултразвуковата сонда служи едновременно като електрод за електрокоагулация, като директно свързва мощния ултразвук с електрохимичното разтваряне на метали. Високоинтензивният ултразвук (обикновено ~ 20 kHz) предизвиква акустична кавитация в непосредствена близост до активната повърхност на електрода. Многократното нарастване и насилственото разпадане на кавитационните мехурчета генерира локализирани микроструйки, ударни вълни и интензивен микропоток точно там, където протичат електрохимичните реакции.
Това локализирано сониране-електрохимично взаимодействие предизвиква няколко критични ефекта:
(i) непрекъснато изтъняване на електрохимичния дифузионен слой, което значително подобрява масовия трансфер;
(ii) активно отстраняване на пасивиращите оксидни и хидроксидни филми от повърхността на електрода, което предотвратява замърсяването и намаляването на тока; и
(iii) постоянно подновяване на електролита на границата между електродите и разтвора, поддържане на равномерна плътност на тока и стабилно генериране на коагулант.
В резултат на това звуковите електроди на Hielscher позволяват истинска непрекъсната електрокоагулация без изключвания, предизвикани от пасивирането, подобрена ефективност на тока и по-последователно образуване на метални хидроксидни флоки на място - без необходимост от добавяне на химически коагулант.
При електрокоагулацията тези ефекти се изразяват в:

• Контрол на пасивирането: Кавитацията и срязването разрушават изолационни оксидни и полимерни филми върху електродите, като поддържат активна площ и стабилни омични капки – следователно “без пасивиране” операция.
• По-голям междуфазов масов трансфер: Намалените гранични слоеве увеличават скоростта на разтваряне на метала и образуването на коагулант при дадена плътност на тока.
• Засилена коагулация & флотация: Ултразвуковите микромехурчета и по-фините мехурчета H2O2 (от електролизата) подпомагат образуването на ядра, агломерацията и плавателното отделяне на хидрофобни частици и масла.
• По-малко замърсяване в концентрираните утайки: Разбъркването смекчава натрупването на утайки в матрици с високо съдържание на твърди вещества, характерни за утайките и някои промишлени отпадъчни води.

Научните обзори постоянно документират тези предимства на сонохимията и пренасянето им в соноелектрохимични реактори.

Технологичен процес: влак за соноелектрохимично третиране без химикали

1. Скрининг & изравняване: Премахване на едрите твърди частици; буфериране на потока/натоварването.
2. (По избор) Зададена стойност на pH: Електрокоагулацията е толерантна, но pH 6-8 често максимизира спецификата на металния хидроксид и улавянето на замърсителите; потоците с екстремно pH може да се нуждаят от малка корекция.
3. Соноелектрокоагулация в проточна клетка: Изпомпване на отпадъчните води през соно-електрохимичен реактор на Хилшер, оборудван с мощни ултразвукови електроди. Непрекъснатата ултразвукова обработка поддържа електродите активни – няма спирания за пасивиране.
4. Фазово разделяне: Утаител или утаител: метално-хидроксидните флоки и капсулираните замърсители се утаяват (или плуват) и се изтеглят като утайка; избистрената вода се декантира или изпомпва в резервоар за чиста вода. Обикновено се използва гравитационно утаяване/флотиране след клетката.
5. Полиране (при необходимост): Пясъчни/UF филтри или активен въглен за остатъчна мътност/органични вещества; дезинфекция по избор.

 

Това видео илюстрира положителното влияние на директния електроден ултразвук върху електрическия ток. Той използва ултразвуков хомогенизатор Hielscher UP100H (100 вата, 30kHz) с електрохимичен ъпгрейд и титаниев електрод/сонотрод. Електролизата на разредена сярна киселина произвежда водороден газ и кислороден газ. Ултразвукът намалява дебелината на дифузионния слой на повърхността на електрода и подобрява преноса на маса по време на електролиза.

Соно-електрохимия - илюстрация на влиянието на ултразвука върху партидната електролиза



 

Соно-електроди и реактори: Hielscher Соно-електрохимични поточни клетки

Hielscher предлага мощни преобразуватели тип сонда и поточни реактори, които интегрират ултразвук с електрохимични клетки. Сондите могат да се конфигурират като електроди или да се свържат със специални EC електроди, което позволява здрава, непрекъсната работа при промишлени скорости на потока. Модулните проточни клетки опростяват мащабирането чрез номериране и чрез регулиране на времето на престой, амплитудата на ултразвука и плътността на тока.

Звуковите електро-сонди на Hielscher се използват успешно за различни приложения, включително:

• Пречистване на промишлени отпадъчни води
• Пречистване на водата в плувния басейн
• Пречистване на отпадъчни води за напояване
• Рибовъдство (аквакултури)
• Подхранване на подземните води

Доказателство за ефективност при всички матрици

• Отпадъчни води от кланици/канализация/богати на органични вещества: EC с ултразвукова асистенция увеличава ХПК и премахването на цвета в сравнение със самостоятелна EC; синергията на флотацията подобрява премахването на мазнините в потоци от кланици.
• Отпадъци от багрила/текстил: SEC постоянно отчита по-висока степен на обезцветяване и намаляване на ХПК в сравнение с ултразвука или само с EC, което отразява подобреното микросмесване и радикално подпомогнатите пътища.
• Утайки от тежки метали и компост: Соникацията повишава кинетиката на отстраняване на метали и общата ефективност; хибридната SEC със зеолити допълнително подобрява полирането за амоний и цвят.

пасивиране на електрода – Защо изчезва под ултразвук

Пасивните слоеве (напр. FeOOH/Al2O3, полимерни филми, масла) възпрепятстват разпределението на тока и повишават напрежението на клетката с течение на времето. При соно-електрокоагулацията (SEC) кавитационните микроструйки физически изтъркват филмите на място; акустичният поток непрекъснато освежава разтвора в близост до електрода, предотвратявайки локални зони на алкализация/ утаяване, които пораждат пасивация. В прегледите на SEC и хибридната соноелектрохимия изрично се посочва, че нарушаването на пасивацията е основен механизъм за устойчива ефективност.

Hielscher Соно-електрохимични реактори с проточни клетки

Портфолиото на Hielscher обхваща сонатори с висока мощност, соно-електроди и ултразвукови проточни реактори, подходящи за соно-електрокоагулация. Конфигурациите включват сонди, които действат като електроди, или интегриране със специални електроди за ЕО, предназначени за инлайн, непрекъсната работа. Този избор на хардуер пряко подкрепя идеята за безхимично – без външно дозиране на коагулант – като същевременно осигурява хидродинамичните и акустичните полета, необходими за работа без пасивиране.

Бележки за прилагане за утайки, отпадъчни води, подземни води и промишлени отпадъчни води

• Вода за утайки с високо съдържание на твърди вещества: Използвайте по-широки проточни канали и силно разбъркване; ултразвукът помага да се поддържат суспендирани твърди частици и чисти електроди, което позволява продължителна работа.
• Канализация/общинска: SEC е ефективен за мътност, TSS, масла/мазнини и цвят; отстраняването на пясъка нагоре по веригата предпазва хидравликата. Полиращата филтрация осигурява вода, готова за заустване или повторно използване.
• Подземни води (метали, арсен, колоиди): SEC се отличава с улавяне на многовалентни метали и металоиди; ултразвукът стабилизира дългосрочната работа с минимално мащабиране.
• Индустриални (багрила, храни/напитки, нефтохимически продукти): SEC се занимава с емулсиите и неподатливия цвят; номерирането на реакторите в проточните клетки на Hielscher опростява мащабирането при променливи натоварвания.

Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.