무화학 소노 전기 응고로 깨끗한 물 공급

전기응고(EC)는 희생 전극에서 응고제 종(예: Fe(OH)x, Al(OH)x)을 생성하여 콜로이드, 에멀젼, 금속, 염료 및 새로운 오염 물질을 포집하는 전기화학 공정입니다. EC와 파워 초음파의 결합 – “소노-전기 응고” (SEC)는 질량 전달을 강화하고 전극 패시베이션을 억제하며 낮은 비에너지 입력으로 플록 형성을 가속화합니다. 화학 물질이 없는 소노 전기 응고 처리는 Hielscher 소노 전기 화학 반응기를 사용하여 연속 흐름으로 실행한 다음 플록의 중력 분리와 맑은 물 추출을 통해 실행할 수 있습니다.

왜 초음파를 전기 응고와 함께 사용해야 할까요? – 메커니즘 기반

Hielscher 소노 전극을 사용하는 소노 전기 응고에서는 초음파 프로브가 전기 응고 전극 역할을 동시에 수행하여 파워 초음파를 전기 화학적 금속 용해와 직접 결합합니다. 고강도 초음파(일반적으로 ~20kHz)는 활성 전극 표면 바로 근처에서 음향 캐비테이션을 유도합니다. 캐비테이션 버블의 반복적인 성장과 격렬한 붕괴는 전기 화학 반응이 일어나는 곳에서 국소적인 마이크로 제트, 충격파 및 강렬한 마이크로 스트리밍을 정확하게 생성합니다.
이 공동 국소화 된 초음파 처리-전기 화학적 상호 작용은 몇 가지 중요한 효과를 생성합니다:
(i) 전기화학적 확산층을 지속적으로 얇게 하여 질량 전달을 크게 향상시킵니다;
(ii) 전극 표면에서 부동태화 산화물 및 수산화막을 능동적으로 제거하여 오염 및 전류 감소를 방지합니다.
(iii) 전극-용액 인터페이스에서 전해질을 지속적으로 재생하여 균일한 전류 밀도와 안정적인 응고제 생성을 유지합니다.
결과적으로 Hielscher 소노 전극은 화학 응고제를 추가할 필요 없이 패시베이션에 의한 셧다운 없이 진정한 연속 전기 응고가 가능하고 전류 효율이 개선되며 금속 수산화물 플록이 현장에서 더욱 일관되게 형성될 수 있습니다.
전기 응고의 경우 이러한 효과는 다음과 같이 해석됩니다:

• 패시베이션 제어: 캐비테이션과 전단은 전극의 절연 산화물 및 고분자 필름을 파괴하여 활성 영역과 안정적인 옴 강하를 유지합니다. – 따라서 “패시베이션 프리” 수술.
• 더 높은 계면 질량 전달: 경계층이 감소하면 주어진 전류 밀도에서 금속 용해 및 응고제 형성 속도가 증가합니다.
• 향상된 응고 & 부양: 초음파 미세 기포와 미세한 H2O2 기포(전기 분해로 인한)는 소수성 미립자와 오일의 핵 형성, 응집, 부력 분리를 촉진합니다.
• 농축 슬러지의 파울링 감소: 교반은 슬러지 물과 일부 산업 폐수에서 흔히 발생하는 고형물 매트릭스의 케이크 축적을 완화합니다.

과학적 리뷰는 이러한 음화학적 장점과 음전기화학 반응기로의 변환을 일관되게 문서화합니다.

공정 흐름: 화학 물질을 사용하지 않는 초음파 전기화학 처리 열차

1. 심사 & 이퀄라이제이션: 거친 고체 제거, 흐름/부하 버퍼링.
2. (선택 사항) pH 설정값: 전기 응고는 내성이 있지만 pH 6-8은 종종 금속 수산화물 분화 및 오염 물질 포집을 최대화하므로 극단적인 pH 스트림은 약간의 수정이 필요할 수 있습니다.
3. 플로우 셀에서의 소노 전기 응고: 파워 초음파 전극이 장착된 Hielscher 소노 전기화학 반응기를 통해 폐수를 펌핑합니다. 지속적인 초음파로 전극 활성 유지 – 패시베이션 셧다운이 없습니다.
4. 상 분리: 다운스트림 정화기 또는 침전 탱크: 금속 수산화물 플록과 캡슐화된 오염 물질이 침전(또는 부유)되어 슬러지로 배출되고, 정화된 물은 디캔팅되거나 깨끗한 물 탱크로 펌핑됩니다. 셀 후 중력 침전/부양은 일반적으로 이루어집니다.
5. 연마(필요에 따라): 잔류 탁도/유기물 제거를 위한 모래/UF 필터 또는 활성탄, 소독 옵션.

 

이 비디오는 전류에 대한 직접 전극 초음파의 긍정적 인 영향을 보여줍니다. 그것은 Hielscher UP100H (100 와트, 30kHz) 전기 화학 업그레이드 및 티타늄 전극 / sonotrode가있는 초음파 균질화기를 사용합니다. 묽은 황산의 전기 분해는 수소 가스와 산소 가스를 생성합니다. 초음파는 전극 표면의 확산층 두께를 줄이고 전기 분해 중 질량 전달을 향상시킵니다.

Sono-Electro-Chemistry - 배치 전기 분해에 대한 초음파의 영향 그림



 

소노 전극 및 반응기: Hielscher 소노-전기화학 플로우 셀

Hielscher는 초음파를 전기화학 셀과 통합한 고출력 프로브형 트랜스듀서와 인라인 유량 반응기를 제공합니다. 프로브를 전극으로 구성하거나 전용 EC 전극과 결합할 수 있어 산업용 유량에서 견고하고 연속적으로 작동할 수 있습니다. 모듈식 유량 셀은 체류 시간, 초음파 진폭 및 전류 밀도를 조정하고 숫자를 늘려서 간편하게 확장할 수 있습니다.

Hielscher 소노-전기 프로브는 다음과 같은 다양한 애플리케이션에 성공적으로 사용되고 있습니다:

• 산업 폐수 처리
• 수영장 수처리
• 관개용 폐수 처리
• 어류 양식(양식업)
• 지하수 재충전

매트릭스 전반의 성능 증거

• 도축장/하수/유기물이 풍부한 폐수: 초음파 보조 EC는 EC만 사용할 때보다 COD와 색소 제거를 증가시켰으며, 부양 시너지 효과로 도축장 흐름에서 기름 제거를 개선했습니다.
• 염료/섬유 폐수: SEC는 초음파나 EC만 사용하는 것보다 더 높은 탈색 및 COD 저감 효과를 지속적으로 보고하고 있으며, 이는 개선된 미세 혼합 및 라디칼 보조 경로를 반영합니다.
• 중금속 및 퇴비 침출수: 초음파 처리는 금속 제거 역학 및 전반적인 효율성을 높이고, 제올라이트가 포함된 하이브리드 SEC는 암모늄 및 색상에 대한 연마를 더욱 향상시킵니다.

전극 부동태화 – 초음파에서 사라지는 이유

수동층(예: FeOOH/Al2O3, 고분자 필름, 오일)은 전류 분배를 방해하고 시간이 지남에 따라 셀 전압을 높입니다. 음파 전기 응고(SEC)에서는 캐비테이션 마이크로제트가 현장에서 필름을 물리적으로 연마하고 음향 스트리밍이 전극 근처 용액을 지속적으로 리프레시하여 패시베이션을 유발하는 국소 알칼리화/침전 구역을 방지합니다. SEC 및 하이브리드 소노전기화학에 대한 리뷰에서는 패시베이션 중단이 성능 지속을 위한 주요 메커니즘으로 명시적으로 확인되었습니다.

히엘셔 소노-전기화학 플로우 셀 반응기

Hielscher의 포트폴리오는 초음파 전기 응고에 적합한 고출력 프로브 소닉레이터, 소노 전극 및 초음파 유동 반응기를 포함합니다. 구성에는 전극 역할을 하는 프로브 또는 인라인 연속 작동을 위해 설계된 전용 EC 전극과의 통합이 포함됩니다. 이러한 하드웨어 선택은 화학 물질을 사용하지 않는 정신을 직접적으로 지원합니다. – 외부 응고제 투여 없음 – 패시베이션 면세에 필요한 유체역학 및 음향장치를 제공합니다.

슬러지 수, 하수, 지하수 및 산업 폐수에 대한 구현 참고 사항

• 고형분 슬러지 물: 초음파는 더 넓은 흐름 채널과 강력한 교반을 통해 고체 부유물과 전극을 깨끗하게 유지하여 지속적인 작동을 가능하게 합니다.
• 하수/도시: SEC는 탁도, TSS, 오일/그리스 및 색상에 효과적이며, 업스트림 그릿 제거는 유압 장치를 보호합니다. 연마 여과를 통해 방류 또는 재사용이 가능한 물을 얻을 수 있습니다.
• 지하수(금속, 비소, 콜로이드): SEC는 다원 금속 및 금속화물 캡처에 탁월하며 초음파는 최소한의 스케일링으로 장기간 작동을 안정화합니다.
• 산업(염료, 식음료, 석유화학): SEC는 에멀젼과 난잡한 색상을 해결하고, Hielscher 플로우 셀의 반응기 넘버링 업은 다양한 부하에서 확장을 간소화합니다.

설계, 제조 및 컨설팅 – 독일에서 만든 품질

Hielscher 초음파는 최고의 품질과 디자인 표준으로 잘 알려져 있습니다. 견고 함과 쉬운 작동으로 초음파를 산업 시설에 원활하게 통합 할 수 있습니다. 거친 조건과 까다로운 환경은 Hielscher 초음파기로 쉽게 처리 할 수 있습니다.

Hielscher 초음파는 ISO 인증 회사이며 최첨단 기술과 사용자 친화성을 갖춘 고성능 초음파에 특히 중점을 둡니다. 물론, Hielscher 초음파는 CE를 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구 사항을 충족합니다.