Puhas vesi kemikaalivaba sonoelektrokoagulatsiooni abil

Elektrokoagulatsioon (EC) on elektrokeemiline protsess, mis genereerib kohapeal ohvrielektroodidest koagulante (nt Fe(OH)x, Al(OH)x), püüdes kinni kolloidid, emulsioonid, metallid, värvained ja tekkivad saasteained. EÜ ühendamine võimsusega ultraheliga – “sonoelektrokoagulatsioon” (SEC) intensiivistab massiülekannet, pärsib elektroodide passiivsust ja kiirendab flokide moodustumist väiksema spetsiifilise energiakulu juures. Hielscheri sono-elektrokoagulatsioonireaktoritega saab teostada kemikaalivaba sono-elektrokoagulatsioonitöötlust pidevas voolus, millele järgneb flokide gravitatsiooniline eraldamine ja selge vee äravedu.

Miks ühendada ultraheli ja elektrokoagulatsioon? – Selle mehaaniline alus

Hielscheri sonoelektrokoagulatsiooni puhul, mille puhul kasutatakse Hielscheri sonoelektroode, toimib ultrahelisond samaaegselt ka elektrokoagulatsiooni elektroodina, sidudes otseselt võimsuse ultraheli ja elektrokeemilise metalli lahustamise. Kõrge intensiivsusega ultraheli (tavaliselt ~ 20 kHz) kutsub esile akustilise kavitatsiooni aktiivse elektroodi pinna vahetus läheduses. Kavitatsioonimullide korduv kasv ja vägivaldne kokkuvarisemine tekitavad lokaalseid mikrojette, lööklaineid ja intensiivset mikrovoolu just seal, kus toimuvad elektrokeemilised reaktsioonid.
See koos lokaliseeritud sonikatsiooni ja elektrokeemia vastastikmõju tekitab mitmeid kriitilisi mõjusid:
(i) elektrokeemilise difusioonikihi pidev hõrenemine, mis suurendab oluliselt massiülekannet;
(ii) passiivsete oksiidi- ja hüdroksiidikilede aktiivne eemaldamine elektroodi pinnalt, mis takistab saastumist ja voolu lagunemist; ja
(iii) elektrolüüdi pidev uuenemine elektroodi ja lahuse piiril, säilitades ühtlase voolutiheduse ja stabiilse koagulandi tekke.
Selle tulemusena võimaldavad Hielscheri sonoelektroodid tõelist pidevat elektrokoagulatsiooni ilma passiveerimisest tingitud seiskamiseta, paremat voolutõhusust ja järjekindlamat metallhüdroksiidiflokkide moodustamist kohapeal - ilma keemilise koagulandi lisamise vajaduseta.
Elektrokoagulatsiooni puhul väljenduvad need mõjud järgmiselt:

• Passiveerimise kontroll: Kavitatsioon ja nihkumine häirivad elektroodide isoleerivaid oksiid- ja polümeerikilede, säilitades aktiivse pindala ja stabiilse ohmi tilga – seega “passiveerimisvaba” toiming.
• Suurem pindmise massi ülekanne: Vähenenud piirikihid suurendavad metalli lahustumise ja koagulandi moodustumise kiirust antud voolutiheduse juures.
• Tõhustatud koagulatsioon & flotatsioon: Ultraheli mikromullid ja peenemad H2O2-mullid (elektrolüüsist) soodustavad hüdrofoobsete osakeste ja õlide nukleatsiooni, aglomeerumist ja ujuvtõusu eraldumist.
• Väiksem määrdumine kontsentreeritud muda puhul: Segamine leevendab kookide moodustumist suure tahkete ainete sisaldusega matriitsides, mis on iseloomulikud setteveele ja mõnele tööstuslikule heitveele.

Teaduslikud ülevaated dokumenteerivad järjekindlalt neid sonokeemilisi eeliseid ja nende ülekandmist sonoelektrokeemilistele reaktoritele.

Protsessi kulgemine: kemikaalivaba sonoelektrokeemiline töötlemisrong

1. Sõelumine & võrdsustamine: Eemaldada jämedad tahked ained; puhvervool/koormus.
2. (Valikuline) pH seadepunkt: Elektrokoagulatsioon on taluv, kuid pH 6-8 maksimeerib sageli metallide hüdroksiidide eristus ja saasteainete püüdmist; äärmuslikud pH-vood võivad vajada väikest korrigeerimist.
3. Sonoelektrokoagulatsioon voolukambris: Pumba reovesi läbi Hielscheri sonoelektrokeemilise reaktori, mis on varustatud võimsate ultraheli elektroodidega. Pidev ultraheli hoiab elektroodid aktiivsena. – ei ole passiveerimise väljalülitusi.
4. Faaside eraldamine: Allavoolu kliirens või settemahuti: metallhüdroksiidiflookid ja kapseldunud saasteained settivad (või hõljuvad) ja eemaldatakse muda; selitatud vesi dekanteeritakse või pumbatakse puhta vee mahutisse. Tavaliselt toimub gravitatsiooniline settimine/flotatsioon pärast kambrit.
5. Poleerimine (vastavalt vajadusele): Liiva/UF-filtrid või aktiivsüsi jääkseente/orgaaniliste ainete jaoks; valikuline desinfitseerimine.

 

See video illustreerib otsese elektroodi ultraheli positiivset mõju elektrivoolule. See kasutab Hielscher UP100H (100 vatti, 30 kHz) ultraheli homogenisaatorit elektrokeemia uuendamisega ja titaanelektroodi / sonotrode. Lahjendatud väävelhappe elektrolüüs tekitab vesinikgaasi ja hapnikugaasi. Ultraheli vähendab difusioonikihi paksust elektroodi pinnal ja parandab massiülekannet elektrolüüsi ajal.

Sono-elektro-keemia - illustratsioon ultraheli mõjust partii elektrolüüsile



 

Sonoelektroodid ja reaktorid: Hielscheri sonoelektrokeemilised vooluelemendid

Hielscher pakub suure võimsusega sonditüüpi andureid ja inline-voolureaktoreid, mis integreerivad ultraheli ja elektrokeemilised elemendid. Sondid saab konfigureerida elektroodidena või ühendada spetsiaalsete EÜ-elektroodidega, mis võimaldab vastupidavat, pidevat tööd tööstusliku voolukiiruse juures. Modulaarsed vooluelemendid lihtsustavad skaalamist, nummerdades ja kohandades viibimisaega, ultraheli amplituudi ja voolutihedust.

Hielscheri sonoelektrosonde kasutatakse edukalt mitmesugustes rakendustes, sealhulgas:

• Tööstusliku reovee puhastamine
• Ujumisbasseinide veepuhastus
• Reovee töötlemine niisutamiseks
• Kalakasvatus (vesiviljelus)
• Põhjavee taastumine

Tõendid tulemuslikkuse kohta erinevates maatriksites

• Tapamaja/jäätmed/orgaaniliselt rikkalikud heitveed: Ultraheli abil toimuv EÜ suurendas keemilise hapnikutarbimise ja värvuse eemaldamist võrreldes ainult EÜga; flotatsiooni sünergia parandab rasva eemaldamist tapamajade voogudest.
• Värvainete/tekstiilijäätmed: SEC teatab järjekindlalt suuremast dekoloratsioonist ja COD vähendamise tasemest kui ultraheli või EÜ üksi, mis peegeldab paremat mikrosegamist ja radikaalide abil toimivaid radikaalseid radikaale.
• Raskmetallide ja komposti lekkeained: Sonikatsioon suurendab metallide eemaldamise kineetikat ja üldist tõhusust; hübriidne SEC koos tseoliitidega parandab veelgi ammooniumi ja värvuse puhastamist.

elektroodi passiveerimine – Miks see kaob ultraheli all

Passiivsed kihid (nt FeOOH/Al2O3, polümeerikiled, õlid) takistavad voolu jaotumist ja tõstavad aja jooksul elemendi pinget. Sonoelektrokoagulatsiooni (SEC) puhul hõõruvad kavitatsiooni mikrojette füüsiliselt kiled kohapeal; akustiline voog värskendab pidevalt elektroodi lähedal asuvat lahust, vältides kohalikke leelistamise/sätestamise tsoone, mis külvavad passiivsust. SECi ja hübriidse sonoelektrokeemia ülevaated nimetavad selgesõnaliselt passiveerimise katkestamist kui peamist mehhanismi, mis tagab püsiva tulemuslikkuse.

Hielscheri sonoelektrokeemilised vooluelemendi reaktorid

Hielscheri tootevalik hõlmab suure võimsusega sondisoonikaatoreid, sonoelektroode ja ultraheli läbivoolureaktoreid, mis sobivad sonoelektrokoagulatsiooniks. Konfiguratsioonid hõlmavad elektroodidena toimivaid sonde või integratsiooni spetsiaalsete EC-elektroodidega, mis on kavandatud pidevaks inline-tööks. See riistvaravalik toetab otseselt kemikaalivaba eetikat. – välise koagulandi doseerimine puudub – pakkudes samal ajal hüdrodünaamilisi ja akustilisi välju, mis on vajalikud passiveerimisvabaks tööks.

Rakendusjuhised reovee, reovee, põhjavee ja tööstusreovee kohta

• Kõrge tahkete ainete sisaldusega reoveesetted: Kasutage laiemaid voolukanaleid ja tugevat segamist; ultraheli aitab hoida tahkeid aineid hõljuva ja elektroodid puhtana, võimaldades pidevat tööd.
• Kanalisatsioon/kommunaalteenused: SEC on tõhus hägususe, TSS, õlide/rasva ja värvi suhtes; eelnev prügieemaldus kaitseb hüdraulikat. Puhastusfiltreerimise tulemusel saadakse heitvee või korduvkasutamiseks sobilik vesi.
• põhjavesi (metallid, arseen, kolloidid): SEC paistab silma mitmevalentsete metallide ja metalloidide püüdmisel; ultraheli stabiliseerib pikaajalist tööd minimaalse skaalumisega.
• Tööstus (värvained, toiduained/joogid, naftakeemia): SEC tegeleb emulsioonide ja tagasilöögivõimelise värviga; reaktori nummerdamine Hielscheri voolukambris lihtsustab skaalumist muutuva koormuse korral.

Disain, tootmine ja nõustamine – Kvaliteet Valmistatud Saksamaal

Hielscheri ultrasonikaatorid on tuntud oma kõrgeimate kvaliteedi- ja disainistandardite poolest. Vastupidavus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultrasonikaatorite sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri ultrasonikaatorid saavad kergesti käsitseda karmid tingimused ja nõudlikud keskkonnad.

Hielscher Ultrasonics on ISO sertifitseeritud ettevõte ja paneb erilist rõhku suure jõudlusega ultrasonikaatoritele, millel on tipptasemel tehnoloogia ja kasutajasõbralikkus. Loomulikult on Hielscheri ultrasonikaatorid CE-nõuetele vastavad ja vastavad UL, CSA ja RoHs nõuetele.