آب پاک با سونو-الکتروکوآگولاسیون بدون مواد شیمیایی

الکتروکوآگولاسیون (EC) یک فرآیند الکتروشیمیایی است که در محل گونه های انعقادکننده (مانند Fe(OH)x، Al(OH)x) را از الکترودهای قربانی تولید می کند و کلوئیدها، امولسیون ها، فلزات، رنگ ها و آلاینده های نوظهور را جذب می کند. کوپلینگ EC با اولتراسوند قدرتی – “الکتروکوآگولاسیون سونو-” (SEC) انتقال جرم را تشدید می کند، پسیواسیون الکترود را سرکوب می کند و تشکیل فلوب را در ورودی انرژی ویژه پایین تر تسریع می کند. یک تصفیه سونوالکتروکوآگولاسیون بدون مواد شیمیایی می تواند در جریان پیوسته با راکتورهای سونوالکتروشیمیایی هیلشر انجام شود و پس از آن جداسازی گرانشی بلوک ها و برداشت آب شفاف انجام شود.

چرا سونوگرافی را با الکتروکوآگولاسیون ترکیب کنیم؟ – پایه مکانیکی آن

در سونوالکتروکوآگولاسیون با استفاده از الکترودهای سونو-الکترود هیلشر، پروب اولتراسونیک همزمان به عنوان الکترود الکتروکوآگولاسیون عمل می کند و اولتراسوند قدرت را مستقیما با حل شدن الکتروشیمیایی فلز کوپل می کند. سونوگرافی با شدت بالا (معمولا ~۲۰ کیلوهرتز) باعث ایجاد کاویتاسیون صوتی در نزدیکی سطح الکترود فعال می شود. رشد مکرر و فروپاشی شدید حباب های کاویتاسیون میکروجت های موضعی، امواج شوک و جریان های میکرو شدید را دقیقا در جایی که واکنش های الکتروشیمیایی رخ می دهد، تولید می کند.
این تعامل هم موضعی سونیکاسیون–الکتروشیمیایی چندین اثر حیاتی ایجاد می کند:
(۱) نازک سازی پیوسته لایه انتشار الکتروشیمیایی که انتقال جرم را به طور قابل توجهی افزایش می دهد؛
(ii) حذف فعال فیلم های اکسید و هیدروکسید غیرفعال از سطح الکترود، جلوگیری از رسوب و فروپاشی جریان؛ و
(۳) تجدید مداوم الکترولیت در مرز الکترود-محلول، حفظ چگالی یکنواخت جریان و تولید پایدار انعقادی.
در نتیجه، الکترودهای سونوگرافی هیلشر امکان انعقاد الکتروکوآگولاسیون پیوسته واقعی بدون خاموشی های ناشی از پسیواسیون را فراهم می کنند، بازده جریان را بهبود می بخشند و تشکیل بلوک های هیدروکسید فلزی در محل یکنواخت تر را بدون نیاز به افزودن مواد شیمیایی انعقاد می کنند.
برای الکتروکوآگولاسیون، این اثرات به صورت زیر ترجمه می شوند:

• کنترل پسیو: کاویتاسیون و برشی باعث اختلال در اکسید عایق و فیلم های پلیمری روی الکترودها می شوند و سطح فعال و قطره های اهمی پایدار را حفظ می کنند – بنابراین “بدون پاسیویشن” عملیات.
• انتقال جرم بین سطحی بالاتر: لایه های مرزی کاهش یافته نرخ حل شدن فلز و تشکیل انعقادی را در چگالی جریان معین افزایش می دهند.
• تقویت لخته شدن & شناوری: میکروحباب های اولتراسونیک و حباب های ریزتر H2O2 (از الکترولیز) باعث هسته زایی، تجمع و جداسازی شناوری ذرات آب گریز و روغن ها می شوند.
• رسوب کمتر در لجن های غلیظ: هم زدن باعث کاهش تجمع کیک در ماتریس های جامد بالا که معمولا در آب لجن و برخی پساب های صنعتی است، می شود.

مرورهای علمی به طور مداوم این مزایای سونوشیمیایی و انتقال آن ها به راکتورهای سونوالکتروشیمیایی را مستند می کنند.

جریان فرآیند: یک قطار تصفیه سونوالکتروشیمیایی بدون مواد شیمیایی

1. غربالگری & تساوی سازی: حذف جامدات درش؛ جریان/بارهای بافر.
2. (اختیاری) نقطه تنظیم pH: الکتروکوآگولاسیون تحمل پذیر است، اما pH 6–8 اغلب باعث به حداکثر رساندن گونه زایی هیدروکسید فلز و جذب آلاینده ها می شود؛ جریان های pH شدید ممکن است نیاز به اصلاح جزئی داشته باشند.
3. سونوالکتروکوآگولاسیون در سلول جریانی: پمپاژ فاضلاب از طریق راکتور سونوالکتروشیمیایی هیلشر مجهز به الکترودهای اولتراسونیک قدرت. فراصوت پیوسته الکترودها را فعال نگه می دارد – هیچ خاموشی پاسیواسیون وجود ندارد.
4. جداسازی فاز: پاک کننده پایین دستی یا مخزن ته نشینی: بلوک های فلزی-هیدروکسید و آلاینده های کپسوله شده ته نشین (یا شناور) شده و به صورت لجن خارج می شوند؛ آب تصفیه شده به مخزن آب تمیز منتقل یا پمپ می شود. رسوب گذاری/شناوری گرانشی پس از سلول رایج است.
5. صیقل دادن (در صورت نیاز): فیلترهای شن/UF یا کربن فعال برای کدورت باقی مانده/مواد آلی؛ ضدعفونی اختیاری.

 

این ویدئو نشان می دهد تاثیر مثبت الکترود صوت مستقیم بر جریان الکتریکی. این با استفاده از Hielscher UP100H (100 وات, 30kHz) هموژنایزر مافوق صوت با الکتروشیمی ارتقاء و یک الکترود تیتانیوم / sonotrode. الکترولیز اسید سولفوریک رقیق گاز هیدروژن و گاز اکسیژن تولید می کند. امواج فراصوت ضخامت لایه انتشار را در سطح الکترود کاهش می دهد و انتقال جرم در طول الکترولیز را بهبود می بخشد.

Sono-Electro-Chemistry - تصویری از تأثیر اولتراسونیک بر الکترولیز دسته ای



 

الکترودها و راکتورهای سونو: سلول های جریان سونوالکتروشیمیایی هیلشر

هیلشر ترانسدیوسرهای پرتوان نوع پروب و راکتورهای جریان خطی را ارائه می دهد که اولتراسوند را با سلول های الکتروشیمیایی یکپارچه می کنند. پروب ها می توانند به صورت الکترود پیکربندی شوند یا با الکترودهای EC اختصاصی جفت شوند که امکان عملکرد مقاوم و پیوسته در نرخ های جریان صنعتی را فراهم می کند. سلول های جریان مدولار با شماره گذاری و تنظیم زمان ماندن، دامنه اولتراسونیک و چگالی جریان، مقیاس بندی را ساده می کنند.

پروب های سونوالکترو هیلشر با موفقیت در کاربردهای مختلف استفاده می شوند، از جمله:

• تصفیه فاضلاب صنعتی
• تصفیه آب استخر شنا
• تصفیه فاضلاب برای آبیاری
• پرورش ماهی (آبزی پروری)
• تغذیه آب زیرزمینی

شواهدی از عملکرد در میان ماتریس ها

• کشتارگاه/فاضلاب/فاضلاب های غنی از مواد آلی: EC با کمک سونوگرافی باعث افزایش COD و حذف رنگ نسبت به EC به تنهایی شد؛ هم افزایی شناوری حذف چربی در رودخانه های کشتارگاه را بهبود می بخشد.
• پساب های رنگ/نساجی: SEC به طور مداوم کاهش رنگ و کاهش COD بالاتری نسبت به سونوگرافی یا EC به تنهایی گزارش می دهد که نشان دهنده بهبود میکرومیکس و مسیرهای رادیکال است.
• نشت های فلز سنگین و کمپوست: سونیکیشن سینتیک حذف فلز و کارایی کلی را افزایش می دهد؛ ترکیب SEC با زئولیت ها صیقل آمونیم و رنگ را بیشتر بهبود می بخشد.

پسیواسیون الکترود – چرا تحت سونوگرافی ناپدید می شود

لایه های غیرفعال (مانند FeOOH/Al2O3، فیلم های پلیمری، روغن ها) توزیع جریان را مختل کرده و ولتاژ سلول را در طول زمان افزایش می دهند. در سونو-الکتروکوآگولاسیون (SEC)، میکروجت های کاویتاسیون به طور فیزیکی فیلم ها را در محل ساییده می کنند؛ جریان صوتی به طور مداوم محلول نزدیک الکترود را تازه می کند و از ایجاد مناطق قلیایی محلی/رسوب که باعث پسیواسیون می شوند، جلوگیری می کند. بررسی های SEC و سونوالکتروشیمی ترکیبی به صراحت اختلال پسیواسیون را به عنوان مکانیزم اصلی برای عملکرد پایدار شناسایی می کنند.

راکتورهای سلول جریان سونوالکتروشیمیایی هیلشر

مجموعه آثار هیلشر شامل سونیکاتورهای پرتوان پره، الکترودهای سونو-و راکتورهای جریان فراصوت مناسب برای الکتروکوآگولاسیون سونو-است. پیکربندی ها شامل پروب هایی هستند که به عنوان الکترود یا انتگرال گیری با الکترودهای EC اختصاصی عمل می کنند و برای عملکرد پیوسته و خطی طراحی شده اند. این انتخاب سخت افزاری مستقیما از فلسفه عاری بودن از مواد شیمیایی حمایت می کند – هیچ دوز خارجی برای انعقاد وجود ندارد – در حالی که میدان های هیدرودینامیکی و صوتی مورد نیاز برای عوارض بدون پاسیواسیون را فراهم می کند.

یادداشت های اجرایی برای آب لجن، فاضلاب، آب زیرزمینی و پساب های صنعتی

• آب لجن با جامدات بالا: از کانال های جریان وسیع تر و هم زدن مقاوم استفاده کنید؛ سونوگرافی به معلق ماندن مواد جامد و تمیز نگه داشتن الکترودها کمک می کند و امکان انجام کار مداوم را فراهم می کند.
• فاضلاب/شهرداری: SEC برای کدورت، TSS، روغن ها/گریس و رنگ مؤثر است؛ حذف شن در بالادست از هیدرولیک محافظت می کند. تصفیه پولیش آب آماده تخلیه یا استفاده مجدد را به دست می دهد.
• آب زیرزمینی (فلزات، آرسنیک، کلوئیدها): SEC در ضبط فلزات چندظرفیتی و متالوئیدها مهارت دارد؛ سونوگرافی عملیات بلندمدت را با حداقل مقیاس پذیری تثبیت می کند.
• صنعتی (رنگ ها، غذا/نوشیدنی، پتروشیمی): SEC به امولسیون ها و رنگ مقاوم می پردازد؛ شماره گذاری راکتور در سلول های جریان هیلشر مقیاس بندی تحت بارهای متغیر را ساده تر می کند.

طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان

مافوق صوت Hielscher به خوبی برای بالاترین کیفیت و استانداردهای طراحی خود را شناخته شده. استحکام و بهره برداری آسان اجازه می دهد تا ادغام صاف از ultrasonicators ما به امکانات صنعتی. شرایط خشن و محیط های خواستار به راحتی توسط مافوق صوت Hielscher رسیده.

Hielscher اولتراسونیک یک شرکت دارای گواهینامه ISO است و تاکید ویژه ای بر مافوق صوت با کارایی بالا با ویژگی های دولت از هنر فن آوری و کاربر پسند قرار داده است. البته، مافوق صوت Hielscher مطابق با CE و دیدار با الزامات UL، CSA و RoHs.