სუფთა წყალი ქიმიური ნივთიერებების გარეშე სონო-ელექტროკოაგულაციით

ელექტროკოაგულაცია (EC) არის ელექტროქიმიური პროცესი, რომელიც ადგილზე წარმოქმნის კოაგულანტულ სახეობებს (მაგ., Fe(OH)x, Al(OH)x) მსხვერპლშეწირული ელექტროდებიდან, იჭერს კოლოიდებს, ემულსიებს, ლითონებს, საღებავებს და წარმოქმნილ დამაბინძურებლებს. EC-ის შეერთება სიმძლავრის ულტრაბგერით – “სონო-ელექტროკოაგულაცია” (SEC) აძლიერებს მასის გადაცემას, თრგუნავს ელექტროდის პასივაციას და აჩქარებს ფლოკების წარმოქმნას დაბალი სპეციფიკური ენერგიის შეყვანისას. ქიმიური ნივთიერებებისგან თავისუფალი სონო-ელექტროკოაგულაციური დამუშავება შეიძლება განხორციელდეს უწყვეტი ნაკადით Hielscher-ის სონო-ელექტროქიმიური რეაქტორების გამოყენებით, რასაც მოჰყვება ფლოკების გრავიტაციული გამოყოფა და სუფთა წყლის ამოღება.

რატომ უნდა შევუხამოთ ულტრაბგერითი გამოკვლევა ელექტროკოაგულაციას? – მისი მექანიკური საფუძველი

Hielscher-ის სონოელექტროდების გამოყენებით სონოელექტროკოაგულაციის დროს, ულტრაბგერითი ზონდი ერთდროულად ელექტროკოაგულაციის ელექტროდის ფუნქციას ასრულებს და პირდაპირ აკავშირებს სიმძლავრის ულტრაბგერით გამოწვეულ ეფექტს ლითონის ელექტროქიმიურ გახსნასთან. მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი გამოსხივება (როგორც წესი, ~20 kHz) იწვევს აკუსტიკურ კავიტაციას აქტიური ელექტროდის ზედაპირის უშუალო სიახლოვეს. კავიტაციის ბუშტების განმეორებითი ზრდა და ძალადობრივი კოლაფსი წარმოქმნის ლოკალიზებულ მიკროჭავლებს, დარტყმით ტალღებს და ინტენსიურ მიკრონაკადებს ზუსტად იქ, სადაც ელექტროქიმიური რეაქციები ხდება.
ეს თანა-ლოკალიზებული sonication-ელექტროქიმიური ურთიერთქმედება რამდენიმე კრიტიკულ ეფექტს წარმოქმნის:
(i) ელექტროქიმიური დიფუზიური ფენის უწყვეტი გათხელება, რაც მნიშვნელოვნად აძლიერებს მასის გადაცემას;
(ii) ელექტროდის ზედაპირიდან პასივაციური ოქსიდისა და ჰიდროქსიდის ფენების აქტიური მოცილება, დაბინძურებისა და დენის დაშლის თავიდან ასაცილებლად; და
(iii) ელექტროლიტის მუდმივი განახლება ელექტროდ-ხსნარის საზღვარზე, ერთგვაროვანი დენის სიმკვრივის და სტაბილური კოაგულანტის გენერაციის შენარჩუნებით.
შედეგად, Hielscher-ის სონო-ელექტროდები უზრუნველყოფენ ნამდვილ უწყვეტ ელექტროკოაგულაციას პასივაციით გამოწვეული გამორთვის გარეშე, გაუმჯობესებულ დენის ეფექტურობას და ლითონის ჰიდროქსიდის ფლოკების უფრო თანმიმდევრულ ადგილზე ფორმირებას - ქიმიური კოაგულანტის დამატების საჭიროების გარეშე.
ელექტროკოაგულაციის შემთხვევაში, ეს ეფექტები გამოიხატება:

• პასივაციის კონტროლი: კავიტაცია და ძვრის შედეგად ელექტროდებზე იზოლირებული ოქსიდისა და პოლიმერული ფენების წარმოქმნა ზიანდება, რაც აქტიურ არეალს და სტაბილურ ომურ წვეთებს ინარჩუნებს. – აქედან გამომდინარე “პასივაციის გარეშე” ოპერაცია.
• უფრო მაღალი ინტერფეისული მასის გადაცემა: შემცირებული სასაზღვრო ფენები ზრდის ლითონის დაშლისა და კოაგულანტის წარმოქმნის სიჩქარეს მოცემული დენის სიმკვრივის დროს.
• გაძლიერებული კოაგულაცია & ფლოტაცია: ულტრაბგერითი მიკრობუშტები და უფრო წვრილი H2O2 ბუშტები (ელექტროლიზიდან) ხელს უწყობენ ჰიდროფობიური ნაწილაკებისა და ზეთების ბირთვის წარმოქმნას, აგლომერაციას და მცურავ გამოყოფას.
• კონცენტრირებული ტალახების დაბინძურების შემცირება: შერევა ამცირებს ნამცეცების დაგროვებას მაღალი მყარი ნივთიერებების შემცველობის მატრიცებში, რაც დამახასიათებელია ტალახიანი წყლისა და ზოგიერთი სამრეწველო ჩამდინარე წყლებისთვის.

სამეცნიერო მიმოხილვები თანმიმდევრულად ადასტურებს ამ sonochemical უპირატესობებს და მათ თარგმნას sonoelectrochemical რეაქტორებისთვის.

პროცესის ნაკადი: ქიმიკატებისგან თავისუფალი სონოელექტროქიმიური დამუშავების მატარებელი

1. სკრინინგი & გათანაბრება: უხეშად დაფქული მყარი სხეულების მოცილება; ნაკადის/დატვირთვების ბუფერული შერბილება.
2. (არასავალდებულო) pH-ის დადგენილი წერტილი: ელექტროკოაგულაცია ტოლერანტულია, მაგრამ pH 6–8 ხშირად მაქსიმალურად ზრდის ლითონის ჰიდროქსიდის სახეობათა წარმოქმნას და დამაბინძურებლების შეკავებას; ექსტრემალური pH ნაკადებს შეიძლება მცირე კორექტირება დასჭირდეთ.
3. სონო-ელექტროკოაგულაცია ნაკადის უჯრედში: ჩამდინარე წყლების გადატუმბვა Hielscher-ის სონო-ელექტროქიმიური რეაქტორის მეშვეობით, რომელიც აღჭურვილია ულტრაბგერითი ელექტროდებით. უწყვეტი ულტრაბგერითი მოქმედება ინარჩუნებს ელექტროდების აქტიურობას. – პასივაციის გამორთვის გარეშე.
4. ფაზური გამოყოფა: ქვედა დინების გამწმენდი ან სალექარი: ლითონის ჰიდროქსიდის ფლოკები და კაფსულაში მოთავსებული დამაბინძურებლები ილექება (ან ტივტივებს) და გამოიდევნება ნალექის სახით; გასუფთავებული წყალი დეკანტირებულია ან იტუმბება სუფთა წყლის ავზში. ხშირად გამოიყენება გრავიტაციული დალექვა/ფლოტაცია უჯრედის შემდეგ.
5. გაპრიალება (საჭიროებისამებრ): ქვიშა/UF ფილტრები ან გააქტიურებული ნახშირბადი ნარჩენი სიმღვრივის/ორგანული ნივთიერებების აღმოსაფხვრელად; დეზინფექცია სურვილისამებრ.

 

ეს ვიდეო ასახავს ელექტროდის პირდაპირი ულტრაბგერითი დადებით გავლენას ელექტრო დენზე. იგი იყენებს Hielscher UP100H (100 Watts, 30kHz) ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი ელექტროქიმიური განახლებით და ტიტანის ელექტროდი/სონოტროდი. განზავებული გოგირდმჟავას ელექტროლიზით წარმოიქმნება წყალბადი და ჟანგბადი. ულტრაბგერითი ამცირებს დიფუზიური ფენის სისქეს ელექტროდის ზედაპირზე და აუმჯობესებს მასის გადაცემას ელექტროლიზის დროს.

Sono-Electro-Chemistry - ულტრაბგერის გავლენის ილუსტრაცია ჯგუფურ ელექტროლიზზე



 

სონო-ელექტროდები და რეაქტორები: Hielscher-ის სონო-ელექტროქიმიური ნაკადის უჯრედები

Hielscher გთავაზობთ მაღალი სიმძლავრის ზონდის ტიპის გადამყვანებსა და ხაზოვან ნაკადის რეაქტორებს, რომლებიც აერთიანებენ ულტრაბგერით ელექტროქიმიურ უჯრედებთან. ზონდების კონფიგურაცია შესაძლებელია ელექტროდების სახით ან სპეციალურ ელექტროქულებთან შეერთებით, რაც უზრუნველყოფს მდგრად, უწყვეტ მუშაობას სამრეწველო ნაკადის სიჩქარით. მოდულური ნაკადის უჯრედები ამარტივებს მასშტაბირებას ნუმერაციის გაზრდით და ლოდინის დროის, ულტრაბგერითი ამპლიტუდის და დენის სიმკვრივის რეგულირებით.

Hielscher-ის სონო-ელექტრო-ზონდები წარმატებით გამოიყენება სხვადასხვა დანიშნულებით, მათ შორის:

• სამრეწველო ჩამდინარე წყლების გამწმენდი
• საცურაო აუზის წყლის დამუშავება
• ჩამდინარე წყლების გამწმენდი სარწყავი
• თევზის მეურნეობა (აკვაკულტურა)
• მიწისქვეშა წყლების შევსება

მატრიცებს შორის შესრულების მტკიცებულება

• სასაკლაო/კანალიზაცია/ორგანული ნივთიერებებით მდიდარი ჩამდინარე წყლები: ულტრაბგერით დახმარებულმა ელექტროქიმიურმა სითხემ გაზარდა COD-ის და ფერის მოცილება მხოლოდ ელექტროქიმიურ სითხესთან შედარებით; ფლოტაციის სინერგია აუმჯობესებს ცხიმის მოცილებას სასაკლაოების ნაკადებში.
• საღებავის/ტექსტილის ჩამდინარე წყლები: SEC მუდმივად იუწყება გაუფერულების და COD-ის შემცირების უფრო მაღალ მაჩვენებელს, ვიდრე ულტრაბგერითი ან მხოლოდ ელექტროქიმიური თერაპიის დროს, რაც ასახავს მიკროშერევის და რადიკალებით დახმარებული გზების გაუმჯობესებას.
• მძიმე მეტალების და კომპოსტის გამონაჟონი: ულტრაბგერითი დამუშავება აუმჯობესებს ლითონის მოცილების კინეტიკას და საერთო ეფექტურობას; ჰიბრიდული SEC ცეოლიტებთან ერთად კიდევ უფრო აუმჯობესებს ამონიუმის და ფერის გაპრიალებას.

ელექტროდის პასივაცია – რატომ ქრება ულტრაბგერითი გამოკვლევის დროს

პასიური ფენები (მაგ., FeOOH/Al2O3, პოლიმერული ფირები, ზეთები) აფერხებენ დენის განაწილებას და დროთა განმავლობაში ზრდის უჯრედის ძაბვას. სონო-ელექტროკოაგულაციის (SEC) დროს, კავიტაციის მიკროჯეტები ფიზიკურად აზიანებენ ფირებს ადგილზე; აკუსტიკური ნაკადი მუდმივად აახლებს ელექტროდთან ახლოს ხსნარს, რაც ხელს უშლის ლოკალურ ალკალიზაციას/ნალექის ზონებს, რომლებიც იწვევენ პასივაციას. SEC-ისა და ჰიბრიდული სონოელექტროქიმიის მიმოხილვები ნათლად განსაზღვრავს პასივაციის დარღვევას, როგორც მდგრადი მუშაობის ძირითად მექანიზმს.

Hielscher-ის სონო-ელექტროქიმიური ნაკადის უჯრედის რეაქტორები

Hielscher-ის პორტფოლიო მოიცავს მაღალი სიმძლავრის ზონდის სონიკატორებს, სონო-ელექტროდებს და ულტრაბგერითი ნაკადის რეაქტორებს, რომლებიც შესაფერისია სონო-ელექტროკოაგულაციისთვის. კონფიგურაციები მოიცავს ზონდებს, რომლებიც მოქმედებენ როგორც ელექტროდები ან ინტეგრაციას სპეციალურ ელექტროდიებთან, რომლებიც შექმნილია ჩაშენებული, უწყვეტი მუშაობისთვის. აპარატურის ეს არჩევანი პირდაპირ უჭერს მხარს ქიმიური ნივთიერებებისგან თავისუფალ ეთოსს. – გარეგანი კოაგულანტის დოზირების გარეშე – პასივაციისგან თავისუფალი სამუშაოებისთვის საჭირო ჰიდროდინამიკური და აკუსტიკური ველების მიწოდებისას.

განხორციელების შენიშვნები ნალექიანი წყლის, კანალიზაციის, მიწისქვეშა წყლების და სამრეწველო ჩამდინარე წყლებისთვის

• მაღალი მყარი შემცველობის ნალექის წყალი: გამოიყენეთ უფრო ფართო ნაკადის არხები და ძლიერი შერყევა; ულტრაბგერა ხელს უწყობს შეწონილი მყარი ნივთიერებების და ელექტროდების სისუფთავის შენარჩუნებას, რაც უზრუნველყოფს უწყვეტ მუშაობას.
• კანალიზაცია/მუნიციპალური: SEC ეფექტურია სიმღვრივის, TSS-ის, ზეთების/ცხიმების და ფერის წინააღმდეგ; ზემოდან ქვიშის მოცილება იცავს ჰიდრავლიკას. გაპრიალების ფილტრაცია იძლევა გამონადენის ან ხელახლა გამოყენებისთვის მზა წყალს.
• მიწისქვეშა წყლები (ლითონები, დარიშხანი, კოლოიდები): SEC შესანიშნავად ახერხებს მრავალვალენტიანი ლითონებისა და მეტალოიდების დაჭერას; ულტრაბგერითი მეთოდი სტაბილიზაციას უწევს ხანგრძლივ მუშაობას მინიმალური მასშტაბირებით.
• სამრეწველო (საღებავები, საკვები/სასმელი, ნავთობქიმიური): SEC ეხება ემულსიებს და მდგრად ფერს; Hielscher-ის ნაკადის უჯრედებში რეაქტორის ნუმერაცია ამარტივებს მასშტაბირებას ცვლადი დატვირთვების ქვეშ.

დიზაინი, წარმოება და კონსულტაცია – ხარისხი დამზადებულია გერმანიაში

Hielscher ულტრაბგერითები ცნობილია მათი უმაღლესი ხარისხისა და დიზაინის სტანდარტებით. გამძლეობა და მარტივი მუშაობა საშუალებას იძლევა ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების გლუვი ინტეგრაცია სამრეწველო ობიექტებში. უხეში პირობები და მომთხოვნი გარემო ადვილად უმკლავდება Hielscher ულტრაბგერითებს.

Hielscher Ultrasonics არის ISO სერთიფიცირებული კომპანია და განსაკუთრებული აქცენტი კეთდება მაღალი ხარისხის ულტრაბგერაზე, რომელიც აღჭურვილია უახლესი ტექნოლოგიით და მომხმარებლის კეთილგანწყობით. რა თქმა უნდა, Hielscher ულტრაბგერითები შეესაბამება CE და აკმაყოფილებს UL, CSA და RoHs მოთხოვნებს.