Чистая вода с помощью соноэлектрокоагуляции без применения химических веществ

Электрокоагуляция (ЭК) - это электрохимический процесс, в ходе которого на месте образуются коагулянты (например, Fe(OH)x, Al(OH)x) на жертвенных электродах, захватывая коллоиды, эмульсии, металлы, красители и новые загрязнения. Сочетание ЭК с мощным ультразвуком – “соноэлектрокоагуляция” (SEC) усиливает массоперенос, подавляет пассивацию электродов и ускоряет образование флоков при меньших удельных затратах энергии. Безхимическая соноэлектрокоагуляционная обработка может осуществляться в непрерывном потоке с помощью соноэлектрохимических реакторов Hielscher с последующим гравитационным отделением флоков и отводом чистой воды.

Зачем сочетать ультразвук с электрокоагуляцией? – Механическая основа

При соноэлектрокоагуляции с использованием соноэлектродов Хиелшера ультразвуковой зонд одновременно служит электродом для электрокоагуляции, напрямую соединяя мощный ультразвук с электрохимическим растворением металлов. Ультразвук высокой интенсивности (обычно ~20 кГц) вызывает акустическую кавитацию в непосредственной близости от поверхности активного электрода. Повторный рост и бурное схлопывание кавитационных пузырьков порождают локализованные микроструи, ударные волны и интенсивные микропотоки именно там, где происходят электрохимические реакции.
Это совместное взаимодействие соникации и электрохимии вызывает несколько критических эффектов:
(i) непрерывное истончение электрохимического диффузионного слоя, что значительно улучшает массоперенос;
(ii) активное удаление пассивирующих оксидных и гидроксидных пленок с поверхности электрода, предотвращающее образование нагара и затухание тока; и
(iii) постоянное обновление электролита на границе раздела электрод-раствор, поддерживающее равномерную плотность тока и стабильное образование коагулянта.
В результате соноэлектроды Hielscher обеспечивают действительно непрерывную электрокоагуляцию без отключений, вызванных пассивацией, улучшенную эффективность тока и более последовательное образование флокул гидроксида металла in-situ без необходимости добавления химического коагулянта.
Для электрокоагуляции эти эффекты выражаются в:

• Контроль пассивации: Кавитация и сдвиг разрушают изолирующие оксидные и полимерные пленки на электродах, сохраняя активную площадь и стабильные омические перепады – следовательно, “без пассивации” операция.
• Повышенный межфазный массоперенос: Уменьшение пограничных слоев увеличивает скорость растворения металла и образования коагулянта при заданной плотности тока.
• Усиленная коагуляция & Флотация: Ультразвуковые микропузырьки и более мелкие пузырьки H2O2 (образующиеся при электролизе) способствуют зарождению, агломерации и плавучему разделению гидрофобных частиц и масел.
• Снижение образования отложений в концентрированных осадках: Агитация снижает образование кека в матрицах с высоким содержанием твердых частиц, характерных для иловых вод и некоторых промышленных стоков.

Научные обзоры постоянно документируют эти сонохимические преимущества и их перенос на соноэлектрохимические реакторы.

Технологический процесс: установка для соноэлектрохимической обработки без применения химикатов

1. экранирование & выравнивание: Удаление крупных твердых частиц; буферизация потока/нагрузки.
2. (Необязательно) Заданное значение pH: Электрокоагуляция терпима, но pH 6-8 часто обеспечивает максимальное выделение гидроксидов металлов и улавливание загрязняющих веществ; потоки с экстремальным pH могут нуждаться в незначительной коррекции.
3. Соноэлектрокоагуляция в проточной кювете: Прокачивание сточных вод через соноэлектрохимический реактор Hielscher, оснащенный электроультразвуковыми электродами. Непрерывное ультразвуковое воздействие поддерживает электроды в активном состоянии – отсутствие пассивирующих отключений.
4. Фазовое разделение: Осветлитель или отстойник: флокулы гидроксидов металлов и инкапсулированные загрязняющие вещества оседают (или всплывают) и выводятся в виде осадка; осветленная вода декантируется или перекачивается в резервуар для чистой воды. После камеры обычно используется гравитационное отстаивание/флотация.
5. Полировка (по мере необходимости): Песчаные/UF-фильтры или активированный уголь для устранения остаточной мутности/органики; дезинфекция по желанию.

 

В этом видео показано положительное влияние ультразвука прямого электрода на электрический ток. В нем используется ультразвуковой гомогенизатор Hielscher UP100H (100 Вт, 30 кГц) с электрохимическим обновлением и титановым электродом/сонотродом. При электролизе разбавленной серной кислоты образуются газообразный водород и газообразный кислород. Ультразвук уменьшает толщину диффузионного слоя на поверхности электрода и улучшает массоперенос при электролизе.

Соно-электрохимия - Иллюстрация влияния ультразвука на периодический электролиз



 

Соноэлектроды и реакторы: Соноэлектрохимические проточные кюветы Hielscher

Компания Hielscher предлагает мощные датчики зондового типа и поточные реакторы, в которых ультразвук интегрирован с электрохимическими ячейками. Зонды могут быть сконфигурированы как электроды или соединены со специальными электродами EC, обеспечивая надежную и непрерывную работу при промышленных скоростях потока. Модульные проточные ячейки упрощают масштабирование за счет нумерации и регулировки времени пребывания, амплитуды ультразвука и плотности тока.

Соноэлектрозонды Hielscher успешно применяются в различных областях, в том числе:

• Очистка промышленных сточных вод
• Очистка воды в плавательном бассейне
• Очистка сточных вод для орошения
• Разведение рыбы (аквакультура)
• Пополнение подземных вод

Доказательства эффективности работы в разных матрицах

• Сточные воды скотобоен/канализации/богатые органикой стоки: Ультразвуковое воздействие на ЭК увеличило удаление ХПК и цвета по сравнению с использованием только ЭК; синергия флотации улучшает удаление жира в потоках скотобоен.
• Красильные/текстильные стоки: SEC постоянно показывает более высокие показатели обесцвечивания и снижения ХПК, чем ультразвук или ЭК, что отражает улучшенное микросмешивание и радикально-ассистированные пути.
• Тяжелые металлы и компостные фильтраты: Сонизация повышает кинетику удаления металлов и общую эффективность; гибридный SEC с цеолитами еще больше улучшает полировку аммония и цвета.

пассивация электродов – Почему она исчезает при ультразвуковом исследовании

Пассивные слои (например, FeOOH/Al2O3, полимерные пленки, масла) препятствуют распределению тока и со временем повышают напряжение в ячейке. При соноэлектрокоагуляции (SEC) кавитационные микроструи физически истирают пленки in situ; акустический поток постоянно обновляет раствор вблизи электрода, предотвращая локальные зоны подщелачивания/осаждения, которые вызывают пассивацию. В обзорах, посвященных SEC и гибридной соноэлектрохимии, нарушение пассивации прямо указывается в качестве основного механизма, обеспечивающего устойчивую производительность.

Соно-электрохимические проточные реакторы Hielscher

Ассортимент Hielscher включает в себя мощные зондовые соникаторы, соноэлектроды и ультразвуковые проточные реакторы, подходящие для соноэлектрокоагуляции. Конфигурации включают зонды, выполняющие роль электродов, или интеграцию со специальными электродами для ЭК, предназначенными для непрерывной работы в потоке. Такой выбор оборудования напрямую поддерживает идею отсутствия химических веществ – отсутствие внешнего дозирования коагулянта – обеспечивая при этом гидродинамические и акустические поля, необходимые для работы без пассивации.

Указания по внедрению для иловых вод, сточных вод, подземных вод и промышленных стоков

• Вода для осадка с высоким содержанием твердых частиц: Используйте более широкие проточные каналы и надежное перемешивание; ультразвук помогает поддерживать твердые частицы во взвешенном состоянии, а электроды - в чистоте, обеспечивая непрерывную работу.
• Канализация/коммунальное хозяйство: SEC эффективен для борьбы с мутностью, TSS, маслами/жирами и цветом; удаление песчинок выше по течению защищает гидравлику. Полирующая фильтрация позволяет получить воду, готовую к сбросу или повторному использованию.
• Подземные воды (металлы, мышьяк, коллоиды): SEC отлично справляется с захватом многовалентных металлов и металлоидов; ультразвук стабилизирует длительную работу с минимальным масштабированием.
• Промышленные (красители, продукты питания/напитки, нефтехимия): SEC решает проблемы эмульсий и рекальцинирующего цвета; нумерация реакторов в проточных кюветах Hielscher упрощает масштабирование при переменных нагрузках.

Проектирование, производство и консалтинг – Качество «Сделано в Германии»

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своими высочайшими стандартами качества и дизайна. Надежность и простота в эксплуатации позволяют без проблем интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными условиями окружающей среды.

Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.