Tīrs ūdens ar bezķīmisku sonoelektrokoagulāciju

Elektrokoagulācija (EK) ir elektroķīmisks process, kas in situ rada koagulantu (piemēram, Fe(OH)x, Al(OH)x) no upurētiem elektrodiem, uztverot koloīdus, emulsijas, metālus, krāsvielas un jaunus piesārņotājus. EK savienošana ar jaudīgu ultraskaņu – “sono-elektrokoagulācija” (SEC) pastiprina masas pārnesi, nomāc elektrodu pasivāciju un paātrina floku veidošanos pie zemākas īpatnējās enerģijas ieejas. Bezķīmisko sono-elektrokoagulācijas apstrādi var veikt nepārtrauktā plūsmā ar Hielscher sono-elektroķīmiskajiem reaktoriem, kam seko flokšu gravitācijas atdalīšana un dzidrā ūdens aizvadīšana.

Kāpēc ultraskaņu savienot ar elektrokoagulāciju? – Mehāniskais pamats

Sonoelektrokoagulācijā, izmantojot Hielscher sonoelektrodus, ultraskaņas zonde vienlaikus kalpo kā elektrokoagulācijas elektrods, tieši savienojot ultraskaņas jaudu ar elektroķīmisko metāla šķīdināšanu. Augstas intensitātes ultraskaņa (parasti ~ 20 kHz) izraisa akustisko kavitāciju tiešā aktīvās elektroda virsmas tuvumā. Kavitācijas burbulīšu atkārtota augšana un strauja sabrukšana rada lokalizētus mikrostrūklas, triecienviļņus un intensīvu mikroplūsmu tieši tur, kur notiek elektroķīmiskās reakcijas.
Šī koplokalizētā sonikācijas un elektroķīmiskā mijiedarbība rada vairākus būtiskus efektus:
(i) nepārtraukta elektroķīmiskā difūzijas slāņa retināšana, kas ievērojami uzlabo masas pārnesi;
(ii) aktīva pasivējošo oksīda un hidroksīda plēvju noņemšana no elektroda virsmas, novēršot aizsērēšanu un strāvas samazināšanos; un
(iii) pastāvīga elektrolīta atjaunošanās elektroda un šķīduma saskarnē, saglabājot vienmērīgu strāvas blīvumu un stabilu koagulanta veidošanos.
Rezultātā Hielscher sono-elektrodi nodrošina patiesu nepārtrauktu elektrokoagulāciju bez pasivācijas izraisītas izslēgšanas, uzlabotu strāvas efektivitāti un konsekventāku metāla hidroksīdu flocu veidošanos in situ - bez nepieciešamības pievienot ķīmisko koagulantu.
Elektrokoagulācijas gadījumā šie efekti izpaužas kā:

• Pasivācijas kontrole: Kavitācija un nobīdes izjauc izolējošās oksīda un polimēru plēves uz elektrodiem, saglabājot aktīvo laukumu un stabilus oma pilienus. – tāpēc “bez pasivācijas” operācija.
• Augstāka starpfāžu masas pārnese: Samazināti robežslāņi palielina metāla šķīdināšanas un koagulanta veidošanās ātrumu pie noteikta strāvas blīvuma.
• Pastiprināta koagulācija & flotācija: Ultraskaņas mikrobubulīši un smalkāki H2O2 burbulīši (no elektrolīzes) veicina hidrofobu daļiņu un eļļu nukleāciju, aglomerāciju un peldošo atdalīšanu.
• Mazāka piesārņojuma veidošanās koncentrētās dūņās: Maisīšana mazina kūku veidošanos matricās ar augstu cietvielu saturu, kas raksturīgas dūņu ūdenim un dažiem rūpnieciskajiem notekūdeņiem.

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

Procesa plūsma: bezķīmisks sonoelektroķīmiskās apstrādes vilciens

1. Skrīninga & izlīdzināšana: Izlīdzināšana: izvadīt rupjās cietvielas; buferēt plūsmu/slodzi.
2. (Pēc izvēles) pH iestatījuma vērtība: pH 6-8 bieži vien maksimāli palielina metālu hidroksīdu specifikāciju un piesārņotāju uztveršanu; ekstrēmās pH plūsmās var būt nepieciešama neliela korekcija.
3. Sonoelektrokoagulācija plūsmas šūnā: Sūknēt notekūdeņus caur Hielscher sono-elektroķīmisko reaktoru, kas aprīkots ar jaudas ultraskaņas elektrodiem. Nepārtraukta ultraskaņas iedarbība uztur elektrodus aktīvus. – nav pasivācijas izslēgšanas.
4. Fāžu atdalīšana: Notekcaurule vai nostādinātājs: metāla hidroksīdu floki un iekapsulētie piesārņotāji nosēžas (vai peld) un tiek izņemti kā dūņas; noskaidrotais ūdens tiek dekantēts vai sūknēts uz tīra ūdens tvertni. Parasti pēc kameras notiek gravitācijas sedimentācija/flotācija.
5. Pulēšana (pēc vajadzības): Smilšu/UF filtri vai aktīvā ogle atlikuma duļķainībai/organiskām vielām; pēc izvēles dezinfekcija.

 

Šis video ilustrē tiešās elektrodu ultrasonikācijas pozitīvo ietekmi uz elektrisko strāvu. Tas izmanto Hielscher UP100H (100 vati, 30kHz) ultraskaņas homogenizatoru ar elektroķīmijas uzlabošanu un titāna elektrodu / sonotrodu. Atšķaidītas sērskābes elektrolīze rada ūdeņraža gāzi un skābekļa gāzi. Ultrasonication samazina difūzijas slāņa biezumu pie elektroda virsmas un uzlabo masas pārnesi elektrolīzes laikā.

Sono-elektroķīmija - Ultraskaņas ietekmes uz partijas elektrolīzi ilustrācija



 

Sonoelektrodi un reaktori: Hielscher Sonoelektroķīmiskās plūsmas kameras.

Hielscher piedāvā lieljaudas zondes tipa pārveidotājus un iebūvētos plūsmas reaktorus, kas integrē ultraskaņu ar elektroķīmiskajām šūnām. Zondes var konfigurēt kā elektrodus vai savienot ar speciāliem EK elektrodiem, nodrošinot izturīgu, nepārtrauktu darbību ar rūpniecisku plūsmas ātrumu. Modulārās plūsmas šūnas atvieglo mērogošanu, veicot numerāciju un pielāgojot uzturēšanās laiku, ultraskaņas amplitūdu un strāvas blīvumu.

Hielscher sono-elektro zondes tiek veiksmīgi izmantotas dažādiem lietojumiem, tostarp:

• Rūpniecisko notekūdeņu attīrīšana
• Peldbaseina ūdens attīrīšana
• Notekūdeņu attīrīšana apūdeņošanai
• Zivkopība (akvakultūra)
• Gruntsūdeņu papildināšana

Pierādījumi par veiktspēju visās matricās

• Kautuvju/ notekūdeņu/organiski bagāti notekūdeņi: EK ar ultraskaņas atbalstu palielināja ĶSP un krāsas atdalīšanu salīdzinājumā ar EK vien; flotācijas sinerģija uzlabo tauku atdalīšanu kautuvju plūsmās.
• Krāsvielu/tekstilizstrādājumu notekūdeņi: SEC konsekventi uzrāda augstāku atkrāsošanas un ĶSP samazināšanas līmeni nekā tikai ultraskaņa vai EK, atspoguļojot labāku mikromaisīšanu un radikālu atbalstītu ceļu.
• Smago metālu un komposta izskalojumi: Sonikācija uzlabo metālu atdalīšanas kinētiku un kopējo efektivitāti; hibrīda SEC ar ceolītiem vēl vairāk uzlabo amonija un krāsas pulēšanu.

elektrodu pasivācija – Kāpēc tas pazūd zem ultraskaņas

Pasīvie slāņi (piemēram, FeOOH/Al2O3, polimēru plēves, eļļas) kavē strāvas sadalījumu un laika gaitā palielina šūnas spriegumu. Skaņu elektrokoagulācijā (SEC) kavitācijas mikrostrūklas fiziski abrazē plēves uz vietas; akustiskā plūsma nepārtraukti atsvaidzina elektroda tuvumā esošo šķīdumu, novēršot lokālas alkalizācijas/ražošanas zonas, kas rada pasivāciju. Pārskatos par SEC un hibrīdo sonoelektroķīmiju skaidri norādīts, ka pasivācijas pārtraukšana ir galvenais mehānisms, kas nodrošina noturīgu darbību.

Hielscher Sonoelektroķīmiskie plūsmas šūnu reaktori

Hielscher piedāvājumā ietilpst lieljaudas zondes sonikatori, sono-elektrodi un ultraskaņas caurplūdes reaktori, kas piemēroti sono-elektrokoagulācijai. Konfigurācijas ietver zondes, kas darbojas kā elektrodi, vai integrāciju ar speciāliem EK elektrodiem, kas paredzēti nepārtrauktai darbībai inline. Šāda aparatūras izvēle tieši atbalsta bezķīmisko ētikas principu – nav ārējas koagulanta dozēšanas – vienlaikus nodrošinot hidrodinamiskos un akustiskos laukus, kas nepieciešami bez pasivācijas.

Īstenošanas piezīmes par dūņu ūdeņiem, notekūdeņiem, gruntsūdeņiem un rūpnieciskajiem notekūdeņiem

• Augstas cietības pakāpes dūņu ūdens: Izmantojiet plašākus plūsmas kanālus un spēcīgu maisīšanu; ultraskaņa palīdz uzturēt cietās vielas suspendētas un elektrodus tīrus, nodrošinot nepārtrauktu darbību.
• Kanalizācija/komunālie ūdeņi: SEC ir efektīvs pret duļķainību, TSS, eļļām/taukiem un krāsu; augšupejoša smilšu noņemšana aizsargā hidrauliku. Polirēšanas filtrēšana nodrošina izplūdes vai atkārtotai izmantošanai gatavu ūdeni.
• Gruntsūdeņi (metāli, arsēns, koloīdi): SEC izceļas ar daudzvalentu metālu un metālu dioksīdu uztveršanu; ultraskaņa stabilizē ilgtermiņa darbību ar minimālu mērogošanos.
• Rūpniecības (krāsvielas, pārtika/dzērieni, naftas ķīmijas rūpniecība): SEC risina emulsiju un rekalcitrantu krāsu problēmu; reaktoru numerācijas palielināšana Hielscher plūsmas šūnās vienkāršo mērogošanu mainīgas slodzes apstākļos.

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Kvalitāte ražots Vācijā

Hielscher ultrasonikatori ir labi pazīstami ar saviem augstākajiem kvalitātes un dizaina standartiem. Robustums un viegla darbība ļauj vienmērīgi integrēt mūsu ultrasonikatorus rūpnieciskajās iekārtās. Hielscher ultrasonikatori viegli apstrādā neapstrādātus apstākļus un prasīgu vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums un īpašu uzsvaru liek uz augstas veiktspējas ultrasonikatoriem, kas piedāvā vismodernākās tehnoloģijas un lietotājdraudzīgumu. Protams, Hielscher ultrasonikatori atbilst CE prasībām un atbilst UL, CSA un RoHs prasībām.