Tīrs ūdens ar sonoelektrokoagulāciju bez ķīmiskām vielām

Elektrokoagulācija (EC) ir elektroķīmisks process, kurā no šķīstošajiem elektrodiem in situ rodas koagulējošas ķīmiskās formas (piemēram, Fe(OH)x, Al(OH)x), kas saista koloīdus, emulsijas, metālus, krāsvielas un jaunus piesārņotājus. EC apvienošana ar lieljaudas ultraskaņu – “sonoelektrokoagulācija” (SEC) – intensificē masas pārnesi, nomāc elektrodu pasivāciju un paātrina pārslu veidošanos ar mazāku īpatnējo enerģijas patēriņu. Sonoelektrokoagulācijas apstrādi bez ķīmiskām vielām var veikt nepārtrauktā plūsmā ar Hielscher sonoelektroķīmiskajiem reaktoriem, pēc tam pārslas atdalot gravitācijas ietekmē un novadot dzidrināto ūdeni.

Kāpēc apvienot ultraskaņu ar elektrokoagulāciju? – Darbības mehānismu pamatojums

Sonoelektrokoagulācijā ar Hielscher sonoelektrodiem ultraskaņas zonde vienlaikus kalpo par elektrokoagulācijas elektrodu, tieši apvienojot lieljaudas ultraskaņu ar metāla elektroķīmisku šķīšanu. Augstas intensitātes ultraskaņa (parasti ~20 kHz) izraisa akustisko kavitāciju aktīvās elektroda virsmas tiešā tuvumā. Kavitācijas burbuļu atkārtota augšana un strauja sabrukšana rada lokālas mikrostrūklas, triecienviļņus un intensīvas mikroplūsmas tieši tur, kur notiek elektroķīmiskās reakcijas.
Šī vienā un tajā pašā vietā notiekošā mijiedarbība starp apstrādi ar ultraskaņu un elektroķīmiskajiem procesiem rada vairākas būtiskas ietekmes:
(i) nepārtrauktu elektroķīmiskā difūzijas slāņa plānināšanos, ievērojami uzlabojot masas pārnesi;
(ii) aktīvu pasivējošo oksīdu un hidroksīdu plēvju noņemšanu no elektroda virsmas, novēršot nosēdumu veidošanos un strāvas samazināšanos; un
(iii) pastāvīgu elektrolīta atjaunošanos pie elektroda un šķīduma saskares virsmas, uzturot vienmērīgu strāvas blīvumu un stabilu koagulanta veidošanos.
Tādējādi Hielscher sonoelektrodi nodrošina patiesi nepārtrauktu elektrokoagulāciju bez pasivācijas izraisītas darbības apturēšanas, augstāku strāvas izmantošanas efektivitāti un vienmērīgāku metālu hidroksīdu pārslu veidošanos in situ – bez nepieciešamības pievienot ķīmiskus koagulantus.
Elektrokoagulācijā šīs ietekmes nodrošina:

• Pasivācijas kontrole: Kavitācija un bīde noārda izolējošās oksīdu un polimēru plēves uz elektrodiem, saglabājot aktīvo virsmas laukumu un stabilus omiskos sprieguma kritumus – tādējādi nodrošinot darbību “bez pasivācijas”.
• Intensīvāka masas pārnese pāri saskares virsmai: Plānāki robežslāņi palielina metāla šķīšanas un koagulanta veidošanās ātrumu pie noteikta strāvas blīvuma.
• Uzlabota koagulācija un flotācija: Ultraskaņas radītie mikroburbuļi un smalkāki H2O2 burbuļi (no elektrolīzes) veicina kodolu veidošanos, aglomerāciju un hidrofobu daļiņu un eļļu atdalīšanos uzpeldot.
• Mazāka nosēdumu veidošanās koncentrētās dūņās: Maisīšana mazina blīva nogulšņu slāņa uzkrāšanos vidēs ar augstu cietvielu saturu, kas raksturīgas dūņu ūdenim un dažiem rūpnieciskajiem notekūdeņiem.

Zinātniskajos pārskatos konsekventi dokumentētas šīs sonoķīmiskās priekšrocības un to izmantošana sonoelektroķīmiskajos reaktoros.

Procesa plūsma: sonoelektroķīmiskās attīrīšanas tehnoloģiskā ķēde bez ķīmiskām vielām

1. Attīrīšana ar sietiem un izlīdzināšana: Atdaliet rupjās cietvielas; izlīdziniet plūsmu un slodzes.
2. (Pēc izvēles) pH iestatītā vērtība: Elektrokoagulācija pieļauj pH svārstības, taču pH 6–8 bieži maksimāli veicina metālu hidroksīdu speciāciju un piesārņotāju uztveršanu; plūsmām ar galējām pH vērtībām var būt nepieciešama neliela korekcija.
3. Sonoelektrokoagulācija plūsmas šūnā: Sūknējiet notekūdeņus caur Hielscher sonoelektroķīmisko reaktoru, kas aprīkots ar lieljaudas ultraskaņas elektrodiem. Nepārtraukta apstrāde ar ultraskaņu uztur elektrodus aktīvus – nav nepieciešama darbības apturēšana pasivācijas dēļ.
4. Fāžu atdalīšana: Tālāk plūsmā izvietotā dzidrinātājā vai nostādināšanas tvertnē metālu hidroksīdu pārslas un tajās ieslēgtie piesārņotāji nosēžas (vai uzpeld) un tiek izvadīti kā dūņas; dzidrināto ūdeni dekantē vai pārsūknē tīrā ūdens tvertnē. Pēc šūnas parasti izmanto gravitācijas sedimentāciju vai flotāciju.
5. Papildu attīrīšana (pēc vajadzības): Smilšu/UF filtri vai aktīvā ogle atlikušā duļķainuma un organisko vielu atdalīšanai; dezinfekcija pēc izvēles.

 

Šajā video parādīta tiešas elektroda apstrādes ar ultraskaņu pozitīvā ietekme uz elektrisko strāvu. Izmantots Hielscher UP100H (100 vatu, 30kHz) ultraskaņas homogenizators ar elektroķīmijas papildaprīkojumu un titāna elektrodu/sonotrodu. Atšķaidītas sērskābes elektrolīzē rodas gāzveida ūdeņradis un skābeklis. Apstrāde ar ultraskaņu samazina difūzijas slāņa biezumu pie elektroda virsmas un uzlabo masas pārnesi elektrolīzes laikā.

 

Sonoelektrodi un reaktori: Hielscher sonoelektroķīmiskās plūsmas šūnas

Hielscher piedāvā lieljaudas zondes tipa pārveidotājus un cauruļvadā integrējamus plūsmas reaktorus, kas apvieno ultraskaņu ar elektroķīmiskajām šūnām. Zondes var konfigurēt kā elektrodus vai savienot ar īpaši paredzētiem EC elektrodiem, nodrošinot uzticamu, nepārtrauktu darbību pie rūpnieciskiem plūsmas ātrumiem. Modulārās plūsmas šūnas vienkāršo mērogošanu, palielinot paralēli darbināmo vienību skaitu un pielāgojot uzturēšanās laiku, ultraskaņas amplitūdu un strāvas blīvumu.

Hielscher sonoelektrozondes veiksmīgi izmanto dažādiem lietojumiem, tostarp: 

• Rūpniecisko notekūdeņu attīrīšana
• Peldbaseinu ūdens attīrīšana
• Notekūdeņu attīrīšana izmantošanai apūdeņošanā
• Zivju audzēšana (akvakultūra)
• Gruntsūdeņu krājumu papildināšana 

Pierādījumi par efektivitāti dažādās vidēs

• Kautuvju notekūdeņi, kanalizācijas notekūdeņi un ar organiskajām vielām bagāti notekūdeņi: Ar ultraskaņu veicināta EC palielināja ķīmiskā skābekļa patēriņa (ĶSP) un krāsainības samazinājumu salīdzinājumā ar EC vienu pašu; flotācijas sinerģija uzlabo tauku atdalīšanu no kautuvju notekūdeņu plūsmām.
• Krāsvielu ražošanas un tekstilrūpniecības notekūdeņi: Par SEC konsekventi ziņots, ka tā nodrošina lielāku atkrāsošanas pakāpi un ĶSP samazinājumu nekā ultraskaņa vai EC katra atsevišķi, atspoguļojot uzlabotu mikrosajaukšanu un radikāļu veicinātus reakciju ceļus.
• Smagos metālus saturoši izskalojumi un komposta izskalojumi: Apstrāde ar ultraskaņu paātrina metālu atdalīšanas kinētiku un paaugstina kopējo efektivitāti; hibrīdā SEC ar ceolītiem vēl vairāk uzlabo papildattīrīšanu amonija un krāsainības samazināšanai.

Elektrodu pasivācija – kāpēc tā izzūd ultraskaņas iedarbībā

Pasīvie slāņi (piemēram, FeOOH/Al2O3, polimēru plēves, eļļas) kavē strāvas sadali un laika gaitā paaugstina šūnas spriegumu. Sonoelektrokoagulācijā (SEC) kavitācijas mikrostrūklas mehāniski noberž plēves tieši to atrašanās vietā; akustiskā plūsma nepārtraukti atjauno šķīdumu elektroda tuvumā, novēršot lokālu sārmainības palielināšanās un nogulsnēšanās zonu veidošanos, kas aizsāk pasivāciju. Pārskatos par SEC un hibrīdo sonoelektroķīmiju pasivācijas izjaukšana ir nepārprotami norādīta kā viens no galvenajiem mehānismiem ilgstošas efektivitātes nodrošināšanai.

Hielscher sonoelektroķīmiskie plūsmas šūnu reaktori

Hielscher piedāvājumā ir lieljaudas zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces, sonoelektrodi un ultraskaņas caurplūdes reaktori, kas piemēroti sonoelektrokoagulācijai. Konfigurācijas ietver zondes, kas darbojas kā elektrodi, vai integrāciju ar īpaši paredzētiem EC elektrodiem nepārtrauktai darbībai cauruļvadā. Šī aprīkojuma izvēle tieši atbalsta principu iztikt bez ķīmisko vielu pievienošanas – bez ārējas koagulantu dozēšanas –, vienlaikus nodrošinot hidrodinamiskos un akustiskos laukus, kas nepieciešami darbībai bez pasivācijas.

Ieviešanas norādījumi dūņu ūdens, kanalizācijas notekūdeņu, gruntsūdeņu un rūpniecisko notekūdeņu apstrādei

• Dūņu ūdens ar augstu cieto vielu saturu: Izmantojiet platākus plūsmas kanālus un intensīvu maisīšanu; ultraskaņa palīdz uzturēt cietās daļiņas suspendētā stāvoklī un elektrodus tīrus, nodrošinot nepārtrauktu darbību.
• Kanalizācijas/komunālie notekūdeņi: SEC ir efektīva duļķainības, kopējo suspendēto vielu (TSS), eļļu/tauku un krāsainības samazināšanai; smilšu atdalīšana pirms apstrādes aizsargā hidraulisko sistēmu. Papildattīrīšana ar filtrāciju nodrošina ūdeni, kas ir gatavs novadīšanai vai atkārtotai izmantošanai.
• Gruntsūdeņi (metāli, arsēns, koloīdi): SEC ir īpaši efektīva daudzvērtīgu metālu un metaloīdu uztveršanā; ultraskaņa stabilizē ilgstošu darbību ar minimālu katlakmens veidošanos.
• Rūpnieciskie notekūdeņi (krāsvielu ražošana, pārtikas/dzērienu rūpniecība, naftas ķīmijas rūpniecība): SEC ļauj apstrādāt emulsijas un samazināt grūti likvidējamu krāsainību; paralēli darbināmo reaktoru skaita palielināšana Hielscher plūsmas šūnu sistēmās vienkāršo mērogošanu mainīgas slodzes apstākļos.

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte

Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces ir labi pazīstamas ar visaugstākajiem kvalitātes un konstrukcijas standartiem. Izturība un vienkārša lietošana ļauj mūsu ultraskaņas apstrādes ierīces bez grūtībām integrēt rūpnieciskajās ražotnēs. Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces viegli tiek galā ar skarbiem apstākļiem un prasīgu darba vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīcēm ar vismodernākajām tehnoloģijām un lietotājam ērtu darbību. Protams, Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.