Tiszta víz vegyszermentes szono-elektrokoagulációval

Az elektrokoaguláció (EC) egy olyan elektrokémiai folyamat, amely in situ koaguláns fajokat (pl. Fe(OH)x, Al(OH)x) hoz létre áldozati elektródákból, kolloidokat, emulziókat, fémeket, festékeket és újonnan keletkező szennyeződéseket fogva fel. Az EC és a teljesítmény-ultrahang összekapcsolása – “szono-elektrokoaguláció” (SEC) fokozza a tömegátadást, elnyomja az elektród passziválódást, és felgyorsítja a flokkképződést alacsonyabb fajlagos energiabevitel mellett. A vegyszermentes szono-elektrokoagulációs kezelés folyamatos áramlásban végezhető el a Hielscher szono-elektrokémiai reaktorokkal, amelyet a flokkok gravitációs elválasztása és a tiszta víz elvezetése követ.

Miért érdemes az ultrahangot és az elektrokoagulációt párosítani? – Mechanikai alapja

A Hielscher szono-elektrokoaguláció során a Hielscher szono-elektródák használatával az ultrahangos szonda egyidejűleg elektrokoagulációs elektródként is szolgál, közvetlenül összekapcsolva az erős ultrahangot az elektrokémiai fémoldással. A nagy intenzitású ultrahang (jellemzően ~ 20 kHz) akusztikus kavitációt indukál az aktív elektróda felületének közvetlen közelében. A kavitációs buborékok ismételt növekedése és erőszakos összeomlása lokalizált mikrosugarakat, lökéshullámokat és intenzív mikroáramlást hoz létre pontosan ott, ahol az elektrokémiai reakciók bekövetkeznek.
Ez a szonikáció-elektrokémiai kölcsönhatás több kritikus hatást vált ki:
(i) az elektrokémiai diffúziós réteg folyamatos elvékonyodása, ami jelentősen fokozza a tömegátadást;
(ii) a passziváló oxid- és hidroxidrétegek aktív eltávolítása az elektródfelületről, megakadályozva a szennyeződést és az áramcsökkenést; és
(iii) az elektrolit folyamatos megújulása az elektród-oldat határfelületen, az egyenletes áramsűrűség és a stabil koaguláns-termelés fenntartása.
Ennek eredményeképpen a Hielscher szono-elektródák lehetővé teszik a passziválás által vezérelt leállások nélküli, valóban folyamatos elektrokoagulációt, a jobb áramhatékonyságot és a fémhidroxid-flokkok következetesebb in-situ képződését - kémiai koaguláns hozzáadása nélkül.
Az elektrokoaguláció esetében ezek a hatások a következőkben nyilvánulnak meg:

• Passziválási ellenőrzés: A kavitáció és a nyírás megbontja a szigetelő oxid- és polimerfilmeket az elektródákon, fenntartva az aktív felületet és a stabil ohmos cseppeket. – ezért “passziválásmentes” művelet.
• Magasabb határfelületi tömegátvitel: A csökkent határrétegek adott áramsűrűség mellett növelik a fémoldódás és a koagulánsképződés sebességét.
• Fokozott koaguláció & flotáció: Az ultrahangos mikrobuborékok és a finomabb H2O2-buborékok (elektrolízisből) elősegítik a hidrofób részecskék és olajok magképződését, agglomerálódását és felhajtóerejű elválasztását.
• A koncentrált iszapok kisebb szennyeződése: A keverés mérsékli az iszapvízre és néhány ipari szennyvízre jellemző, magas szilárdanyag-tartalmú mátrixokban a pépesedés kialakulását.

A tudományos áttekintések következetesen dokumentálják ezeket a szonokémiai előnyöket és azok szonoelektrokémiai reaktorokra történő átültetését.

Folyamat: vegyszermentes szonoelektrokémiai kezelővonat

1. vetítés & kiegyenlítés: A durva szilárd anyagok eltávolítása; pufferáramlás/terhelés.
2. (Választható) pH beállítási pont: Az elektrokoaguláció tolerálja, de a 6-8-as pH gyakran maximalizálja a fém-hidroxid-megoszlást és a szennyezőanyag-leválasztást; a szélsőséges pH-jú áramlatok kisebb korrekciót igényelhetnek.
3. Szono-elektrokoaguláció áramlási cellában: Szivattyúzza át a szennyvizet egy Hielscher szono-elektrokémiai reaktoron, amely teljesítmény-ultrahangos elektródákkal van felszerelve. A folyamatos ultrahangozás aktívan tartja az elektródákat. – nincsenek passziválási leállások.
4. Fázisszétválasztás: A tisztított vizet dekantálják vagy tiszta vizet tartalmazó tartályba szivattyúzzák. A cella után általában gravitációs ülepítés/flotálás történik.
5. Polírozás (szükség szerint): Homok/UF-szűrők vagy aktív szén a maradék zavarosság/szerves anyagok ellen; opcionális fertőtlenítés.

 

Ez a videó illusztrálja a közvetlen elektróda ultrahangos kezelésének pozitív hatását az elektromos áramra. Hielscher UP100H (100 Watt, 30kHz) ultrahangos homogenizátort használ elektrokémiai frissítéssel és titánelektródával / sonotrode-val. A híg kénsav elektrolízise hidrogéngázt és oxigéngázt eredményez. Az ultrahangos kezelés csökkenti a diffúziós réteg vastagságát az elektróda felületén, és javítja a tömegátadást az elektrolízis során.

Sono-elektrokémia - Az ultrahang hatása a szakaszos elektrolízisre



 

Szonoelektródák és reaktorok: Hielscher szono-elektrokémiai áramlási cellák

A Hielscher nagy teljesítményű szondatípusú átalakítókat és inline áramlási reaktorokat kínál, amelyek az ultrahangot elektrokémiai cellákkal integrálják. A szondákat elektródaként lehet konfigurálni, vagy dedikált EC-elektródákkal lehet összekapcsolni, lehetővé téve a robusztus, folyamatos működést ipari áramlási sebességek mellett. A moduláris áramlási cellák számozással és a tartózkodási idő, az ultrahang amplitúdó és az áramsűrűség beállításával egyszerűsítik a méretezést.

A Hielscher szono-elektroszondákat sikeresen használják különböző alkalmazásokban, többek között:

• Ipari szennyvízkezelés
• Úszómedence vízkezelés
• Szennyvíztisztítás öntözéshez
• Halgazdálkodás (akvakultúra)
• Felszín alatti víz feltöltése

A teljesítmény bizonyítéka a mátrixok között

• Vágóhídi/szennyvíz/szerves anyagokban gazdag szennyvizek: Az ultrahanggal segített EC növelte a COD és a szín eltávolítását a csak EC-vel szemben; a flotációs szinergia javítja a zsír eltávolítását a vágóhídi áramlatokban.
• Festék/textil szennyvíz: A SEC következetesen nagyobb mértékű színtelenítést és COD-csökkentést jelent, mint az ultrahang vagy az EC önmagában, ami a jobb mikromixelési és radikális támogatású útvonalakat tükrözi.
• Nehézfém- és komposzt-szivárgások: A szonikáció fokozza a fémeltávolítási kinetikát és az általános hatékonyságot; a zeolitokkal kombinált hibrid SEC tovább javítja az ammónium és a szín polírozást.

elektród passziválás – Miért tűnik el az ultrahang alatt

A passzív rétegek (pl. FeOOH/Al2O3, polimerfilmek, olajok) akadályozzák az árameloszlást és idővel növelik a cellafeszültséget. A szono-elektrokoaguláció (SEC) során a kavitációs mikrosugarak fizikailag koptatják a filmeket in situ; az akusztikus áramlás folyamatosan frissíti az elektródközeli oldatot, megakadályozva a helyi lúgosodási/kiválási zónákat, amelyek a passziválást elindítják. A SEC és a hibrid szonoelektrokémia áttekintése kifejezetten a passziválási zavarokat azonosítja a tartós teljesítmény elsődleges mechanizmusaként.

Hielscher szono-elektrokémiai áramlási cellás reaktorok

A Hielscher portfóliója nagy teljesítményű szondás szonikátorokat, szono-elektródákat és szono-elektrokoagulációra alkalmas ultrahangos átfolyó reaktorokat tartalmaz. A konfigurációk közé tartoznak az elektródaként működő szondák vagy a dedikált EC-elektródákkal való integráció, amelyeket inline, folyamatos működésre terveztek. Ez a hardverválaszték közvetlenül támogatja a vegyszermentes etikát. – nincs külső koaguláns adagolás – miközben biztosítja a passziválásmentes működéshez szükséges hidrodinamikai és akusztikus mezőket.

Az iszapos vízre, szennyvízre, felszín alatti vízre és ipari szennyvízre vonatkozó végrehajtási megjegyzések

• Nagy szilárdanyag-tartalmú iszapvíz: Használjon szélesebb áramlási csatornákat és erős keverést; az ultrahang segít a szilárd anyagok felfüggesztésében és az elektródák tisztán tartásában, lehetővé téve a folyamatos üzemet.
• Szennyvízelvezetés/önkormányzati: A SEC hatékony a zavarosság, a TSS, az olaj/zsír és a szín tekintetében; az upstream szemét eltávolítása védi a hidraulikát. A polírozó szűrés eredményeként a víz kiürítésre vagy újrafelhasználásra alkalmas vizet kapunk.
• Felszín alatti víz (fémek, arzén, kolloidok): A SEC kiválóan alkalmas a többértékű fémek és metalloidok befogására; az ultrahang stabilizálja a hosszú távú működést minimális skálázódással.
• Ipari (színezékek, élelmiszerek/italok, petrolkémia): A SEC az emulziókkal és a visszahúzódó színnel foglalkozik; a Hielscher-áramlási cellákban a reaktorok számozása egyszerűsíti a méretezést változó terhelés mellett.

Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban gyártott minőség

A Hielscher ultrahangos készülékek jól ismertek a legmagasabb minőségi és tervezési szabványokról. A robusztusság és a könnyű kezelhetőség lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását ipari létesítményekbe. A durva körülmények és az igényes környezetek könnyen kezelhetők Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics egy ISO tanúsítvánnyal rendelkező cég, és különös hangsúlyt fektet a nagy teljesítményű ultrasonicatorokra, amelyek a legmodernebb technológiát és felhasználóbarátságot mutatják. Természetesen a Hielscher ultrasonicators CE-kompatibilis és megfelel az UL, CSA és RoHs követelményeinek.