Մաքուր ջուր՝ առանց քիմիական նյութերի սոնոէլեկտրակոագուլյացիայի միջոցով

Էլեկտրակոագուլյացիան (EC) էլեկտրաքիմիական գործընթաց է, որի ընթացքում զոհաբերվող էլեկտրոդներից անմիջապես տեղում առաջանում են կոագուլացնող քիմիական տեսակներ (օրինակ՝ Fe(OH)x, Al(OH)x), որոնք որսում են կոլոիդները, էմուլսիաները, մետաղները, ներկանյութերը և նոր ի հայտ եկող աղտոտիչները։ EC-ի համակցումը հզոր ուլտրաձայնի հետ՝ «սոնոէլեկտրակոագուլյացիան» (SEC), ուժեղացնում է զանգվածափոխանակությունը, ճնշում էլեկտրոդների պասիվացումը և արագացնում փաթիլների առաջացումը՝ տեսակարար էներգիայի ավելի ցածր ներդրմամբ։ Առանց քիմիական նյութերի սոնոէլեկտրակոագուլյացիոն մշակումը կարելի է իրականացնել անընդհատ հոսքում՝ Hielscher ընկերության սոնոէլեկտրաքիմիական ռեակտորներով, որին հաջորդում են փաթիլների գրավիտացիոն բաժանումը և մաքուր ջրի հեռացումը։

Ինչո՞ւ համակցել ուլտրաձայնը էլեկտրակոագուլյացիայի հետ – մեխանիզմի հիմքերը

Hielscher ընկերության սոնոէլեկտրոդներով սոնոէլեկտրակոագուլյացիայի ժամանակ ուլտրաձայնային զոնդը միաժամանակ ծառայում է որպես էլեկտրակոագուլյացիայի էլեկտրոդ՝ հզոր ուլտրաձայնն անմիջականորեն համակցելով մետաղի էլեկտրաքիմիական լուծման հետ։ Բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնը (սովորաբար՝ ~20 kHz) ակուստիկ կավիտացիա է առաջացնում էլեկտրոդի ակտիվ մակերևույթի անմիջական հարևանությամբ։ Կավիտացիոն պղպջակների կրկնվող աճն ու ուժգին փլուզումն առաջացնում են տեղային միկրոշիթեր, հարվածային ալիքներ և ինտենսիվ միկրոհոսքեր հենց այնտեղ, որտեղ ընթանում են էլեկտրաքիմիական ռեակցիաները։
Նույն տեղում ընթացող ուլտրաձայնային մշակման և էլեկտրաքիմիական գործընթացի այս փոխազդեցությունն առաջացնում է մի քանի առանցքային ազդեցություն.
(i) էլեկտրաքիմիական դիֆուզիոն շերտի շարունակական բարակեցում՝ զգալիորեն ուժեղացնելով զանգվածափոխանակությունը,
(ii) էլեկտրոդի մակերևույթից պասիվացնող օքսիդային և հիդրօքսիդային թաղանթների ակտիվ հեռացում՝ կանխելով աղտոտումը և հոսանքի նվազումը, և
(iii) էլեկտրոդ–լուծույթ միջերեսում էլեկտրոլիտի մշտական թարմացում՝ պահպանելով հոսանքի հավասարաչափ խտությունը և կոագուլանտի կայուն առաջացումը։
Արդյունքում՝ Hielscher ընկերության սոնոէլեկտրոդներն ապահովում են իսկապես անընդհատ էլեկտրակոագուլյացիա՝ առանց պասիվացմամբ պայմանավորված կանգառների, հոսանքի օգտագործման բարելավված արդյունավետություն և մետաղների հիդրօքսիդների փաթիլների ավելի կայուն առաջացում անմիջապես տեղում՝ առանց քիմիական կոագուլանտ ավելացնելու անհրաժեշտության։
Էլեկտրակոագուլյացիայի դեպքում այս ազդեցությունները հանգեցնում են հետևյալին.

• Պասիվացման վերահսկում. Կավիտացիան և սահքային ազդեցությունը քայքայում են էլեկտրոդների վրա գտնվող մեկուսիչ օքսիդային և պոլիմերային թաղանթները՝ պահպանելով ակտիվ մակերեսը և օհմական լարման կայուն անկումները, ինչն էլ ապահովում է «առանց պասիվացման» աշխատանքը։
• Ավելի բարձր միջերեսային զանգվածափոխանակություն. Սահմանային շերտերի բարակեցումը մեծացնում է մետաղի լուծման և կոագուլանտի առաջացման արագությունը հոսանքի տվյալ խտության դեպքում։
• Ուժեղացված կոագուլյացիա և ֆլոտացիա. Ուլտրաձայնային միկրոպղպջակները և H2O2-ի ավելի մանր պղպջակները (էլեկտրոլիզից առաջացած) նպաստում են սաղմնավորմանը, ագլոմերացմանը և հիդրոֆոբ մասնիկների ու յուղերի՝ լողունակության շնորհիվ բաժանմանը։
• Ավելի քիչ աղտոտում խտացված տիղմերում. խառնումը նվազեցնում է նստվածքային խիտ շերտի կուտակումը պինդ նյութերի բարձր պարունակությամբ միջավայրերում, որոնք բնորոշ են տիղմաջրին և որոշ արդյունաբերական կեղտաջրերին։

Գիտական ակնարկները հետևողականորեն փաստագրում են սոնոքիմիական այս առավելությունները և դրանց կիրառումը սոնոէլեկտրաքիմիական ռեակտորներում։

Գործընթացի հաջորդականությունը. առանց քիմիական նյութերի սոնոէլեկտրաքիմիական մաքրման տեխնոլոգիական շղթա

1. Ցանցային զտում և հավասարեցում. հեռացրեք խոշոր պինդ մասնիկները, մեղմեք հոսքի/բեռնվածքների տատանումները։
2. (Ընտրովի) pH-ի սահմանված արժեք. էլեկտրակոագուլյացիան հանդուրժում է pH-ի տատանումները, սակայն pH 6–8 միջակայքը հաճախ առավելագույնի է հասցնում մետաղների հիդրօքսիդների տեսակային բաշխումը և աղտոտիչների որսումը. pH-ի ծայրահեղ արժեքներով հոսքերին կարող է անհրաժեշտ լինել փոքր ճշգրտում։
3. Սոնոէլեկտրակոագուլյացիա հոսքային բջջում. կեղտաջուրը պոմպով անցկացրեք Hielscher ընկերության սոնոէլեկտրաքիմիական ռեակտորով, որը հագեցած է հզոր ուլտրաձայնային էլեկտրոդներով։ Շարունակական ուլտրաձայնային մշակումը պահպանում է էլեկտրոդների ակտիվությունը՝ առանց պասիվացման պատճառով կանգառների։
4. Փուլերի բաժանում. հոսքի ուղղությամբ հաջորդող պարզարան կամ նստեցման բաք. մետաղների հիդրօքսիդների փաթիլները և դրանց մեջ պարփակված աղտոտիչները նստում են (կամ լողում մակերևույթին) և հեռացվում որպես տիղմ. պարզեցված ջուրը դեկանտվում է կամ պոմպով տեղափոխվում մաքուր ջրի բաք։ Բջջից հետո գրավիտացիոն նստեցումը/ֆլոտացիան սովորաբար է։
5. Վերջնական մաքրում (ըստ անհրաժեշտության). ավազային/ուլտրաֆիլտրացիոն (UF) զտիչներ կամ ակտիվացված ածուխ՝ մնացորդային պղտորության/օրգանական նյութերի հեռացման համար, ընտրովի ախտահանում։

 

Այս տեսանյութը ներկայացնում է էլեկտրոդի անմիջական ուլտրաձայնային մշակման դրական ազդեցությունը էլեկտրական հոսանքի վրա։ Օգտագործվում է Hielscher-ի UP100H (100 վատտ, 30kHz) ուլտրաձայնային հոմոգենացուցիչը՝ էլեկտրաքիմիական կիրառությունների համար լրացուցիչ հագեցմամբ և տիտանե էլեկտրոդով/սոնոտրոդով։ Նոսր ծծմբական թթվի էլեկտրոլիզի արդյունքում առաջանում են գազային ջրածին և թթվածին։ Ուլտրաձայնային մշակումը նվազեցնում է էլեկտրոդի մակերևույթի դիֆուզիոն շերտի հաստությունը և բարելավում զանգվածափոխանակությունը էլեկտրոլիզի ընթացքում։

 

Սոնոէլեկտրոդներ և ռեակտորներ. Hielscher ընկերության սոնոէլեկտրաքիմիական հոսքային բջիջներ

Hielscher ընկերությունն առաջարկում է բարձր հզորության զոնդային փոխակերպիչներ և հոսքագծային ռեակտորներ, որոնք համատեղում են ուլտրաձայնը էլեկտրաքիմիական բջիջների հետ։ Զոնդերը կարող են կազմաձևվել որպես էլեկտրոդներ կամ համակցվել էլեկտրակոագուլյացիայի (EC) հատուկ էլեկտրոդների հետ՝ ապահովելով հուսալի, շարունակական աշխատանք արդյունաբերական ծավալային հոսքի արագությունների պայմաններում։ Մոդուլային հոսքային բջիջները հեշտացնում են մասշտաբի մեծացումը՝ բջիջների քանակն ավելացնելու և մնալու ժամանակը, ուլտրաձայնի ամպլիտուդն ու հոսանքի խտությունը կարգավորելու միջոցով։

Hielscher ընկերության սոնոէլեկտրական զոնդերը հաջողությամբ օգտագործվում են տարբեր կիրառություններում, այդ թվում՝ 

• Արդյունաբերական կեղտաջրերի մաքրում
• Լողավազանների ջրի մաքրում
• Կեղտաջրերի մաքրում ոռոգման համար
• Ձկնաբուծություն (ակվակուլտուրա)
• Ստորերկրյա ջրերի պաշարների համալրում 

Արդյունավետության ապացույցներ տարբեր մատրիցներում

• Սպանդանոցային/կոյուղային/օրգանական նյութերով հարուստ կեղտաջրեր. Ուլտրաձայնով օժանդակվող EC գործընթացը մեծացրել է COD ցուցանիշի և գունավորության նվազեցումը՝ միայն EC գործընթացի համեմատ։ Ֆլոտացիայի սիներգիկ ազդեցությունը բարելավում է ճարպերի հեռացումը սպանդանոցային հոսքերից։
• Ներկանյութեր պարունակող/տեքստիլ արտադրության արտահոսքեր. SEC գործընթացի դեպքում հետևողականորեն արձանագրվում են ավելի բարձր գունազրկում և COD ցուցանիշի ավելի մեծ նվազեցում, քան միայն ուլտրաձայնի կամ միայն EC գործընթացի դեպքում, ինչը արտացոլում է բարելավված միկրոխառնումը և ռադիկալներով օժանդակվող ռեակցիոն ուղիները։
• Ծանր մետաղների և կոմպոստի տարրալվացման ջրեր. Ուլտրաձայնային մշակումը բարելավում է մետաղների հեռացման կինետիկան և ընդհանուր արդյունավետությունը։ Ցեոլիտների հետ համակցված հիբրիդային SEC գործընթացն էլ ավելի է բարելավում վերջնական մաքրումը՝ ամոնիումի հեռացման և գունավորության նվազեցման առումով։

Էլեկտրոդների պասիվացում – ինչու է այն վերանում ուլտրաձայնի ազդեցությամբ

Պասիվ շերտերը (օրինակ՝ FeOOH/Al2O3, պոլիմերային թաղանթներ, յուղեր) խոչընդոտում են հոսանքի բաշխմանը և ժամանակի ընթացքում բարձրացնում բջջի լարումը։ Սոնոէլեկտրակոագուլյացիայի (SEC) ընթացքում կավիտացիոն միկրոշիթերը տեղում մեխանիկորեն քերում են թաղանթները։ Ակուստիկ հոսքը շարունակաբար թարմացնում է էլեկտրոդամերձ լուծույթը՝ կանխելով տեղային ալկալիացման/նստվածքագոյացման գոտիների առաջացումը, որոնք սկզբնավորում են պասիվացումը։ SEC գործընթացի և հիբրիդային սոնոէլեկտրաքիմիայի վերաբերյալ ակնարկները հստակորեն նշում են պասիվացման խաթարումը որպես կայուն արդյունավետության պահպանման հիմնական մեխանիզմ։

Hielscher սոնոէլեկտրաքիմիական հոսքային բջջային ռեակտորներ

Hielscher ընկերության տեսականին ընդգրկում է բարձր հզորության զոնդային ուլտրաձայնային սարքեր, սոնոէլեկտրոդներ և միջանցիկ հոսքով ուլտրաձայնային ռեակտորներ, որոնք հարմար են սոնոէլեկտրակոագուլյացիայի համար։ Կազմաձևերը ներառում են որպես էլեկտրոդներ գործող զոնդեր կամ ինտեգրում EC հատուկ էլեկտրոդների հետ և նախատեսված են հոսքագծային, շարունակական աշխատանքի համար։ Սարքավորումների այս ընտրությունն ուղղակիորեն աջակցում է առանց քիմիական նյութերի աշխատանքի սկզբունքին՝ առանց արտաքին կոագուլյանտի դոզավորման, միաժամանակ ապահովելով առանց պասիվացման աշխատանքի համար անհրաժեշտ հիդրոդինամիկ և ակուստիկ դաշտերը։

Կիրառման վերաբերյալ նշումներ՝ տիղմաջրի, կոյուղաջրերի, ստորերկրյա ջրերի և արդյունաբերական արտահոսքերի համար

• Պինդ նյութերի բարձր պարունակությամբ տիղմաջուր. Օգտագործեք ավելի լայն հոսքային անցուղիներ և ինտենսիվ խառնում։ Ուլտրաձայնն օգնում է պինդ մասնիկները պահել կախված վիճակում, իսկ էլեկտրոդները՝ մաքուր՝ ապահովելով շարունակական աշխատանք։
• Կոյուղաջրեր/քաղաքային կեղտաջրեր. SEC գործընթացն արդյունավետ է պղտորության, ընդհանուր կախված պինդ նյութերի (TSS), յուղերի/ճարպերի և գունավորության նվազեցման համար։ Հոսքի վերին հատվածում ավազահատիկների հեռացումը պաշտպանում է հիդրավլիկ համակարգը։ Վերջնական մաքրման ֆիլտրումն ապահովում է արտանետման կամ կրկնօգտագործման պատրաստ ջուր։
• Ստորերկրյա ջրեր (մետաղներ, մկնդեղ, կոլոիդներ). SEC գործընթացն աչքի է ընկնում բազմարժեք մետաղների և մետալոիդների որսման արդյունավետությամբ։ Ուլտրաձայնը կայունացնում է երկարատև աշխատանքը՝ նվազագույնի հասցնելով քարային նստվածքների առաջացումը։
• Արդյունաբերական կիրառություններ (ներկանյութեր, սնունդ/ըմպելիքներ, նավթաքիմիա). SEC գործընթացը կիրառվում է էմուլսիաների և դժվար հեռացվող գունավորության դեմ։ Hielscher հոսքային բջիջներում ռեակտորների քանակի ավելացումը հեշտացնում է մասշտաբի մեծացումը փոփոխական բեռնվածքների պայմաններում։

Նախագծում, արտադրություն և խորհրդատվություն – Գերմանիայում ստեղծված որակ

Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հայտնի են իրենց որակի և նախագծման ամենաբարձր չափանիշներով։ Ամրությունն ու շահագործման պարզությունը թույլ են տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերը սահուն ինտեգրել արդյունաբերական օբյեկտներում։ Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հեշտությամբ աշխատում են ծանր պայմաններում և բարձր պահանջներ ներկայացնող միջավայրերում։

Hielscher Ultrasonics ընկերությունը ISO հավաստագրում ունի և հատուկ ուշադրություն է դարձնում բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային սարքերին, որոնք առանձնանում են նորագույն տեխնոլոգիայով և օգտագործման հարմարավետությամբ։ Իհարկե, Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը համապատասխանում են CE պահանջներին և բավարարում են UL, CSA և RoHs պահանջները։