Čista voda s sonoelektrokoagulacijo brez kemikalij

Elektrokoagulacija (EK) je elektrokemični postopek, pri katerem se na mestu samem iz žrtvenih elektrod ustvarjajo koagulantne vrste (npr. Fe(OH)x, Al(OH)x), ki zajemajo koloide, emulzije, kovine, barvila in nova onesnaževala. Povezava EC z močnim ultrazvokom – “sono-elektrokoagulacija” (SEC) okrepi prenos mase, zmanjša pasivacijo elektrode in pospeši tvorbo kloake pri manjšem specifičnem vložku energije. Obdelava s sono-elektrokoagulacijo brez kemikalij se lahko izvaja v neprekinjenem toku s Hielscherjevimi sono-elektrokemičnimi reaktorji, čemur sledi gravitacijsko ločevanje kloak in odvzem čiste vode.

Zakaj združiti ultrazvok z elektrokoagulacijo? – Mehanistična osnova

Pri sonoelektrokoagulaciji z uporabo Hielscherjevih sonoelektrod ultrazvočna sonda služi hkrati kot elektrokoagulacijska elektroda in neposredno povezuje ultrazvok z elektrokemičnim raztapljanjem kovin. Ultrazvok visoke intenzivnosti (običajno ~ 20 kHz) povzroči akustično kavitacijo v neposredni bližini aktivne površine elektrode. Ponavljajoča se rast in nasilno sesedanje kavitacijskih mehurčkov ustvarja lokalizirane mikrodelce, udarne valove in intenzivno mikrotekanje prav tam, kjer potekajo elektrokemične reakcije.
Ta lokalna interakcija med sonikacijo in elektrokemijo povzroči več kritičnih učinkov:
(i) stalno tanjšanje elektrokemijske difuzijske plasti, kar znatno izboljša prenos mase;
(ii) aktivno odstranjevanje pasivnih oksidnih in hidroksidnih plasti s površine elektrode, kar preprečuje obraščanje in upadanje toka; in
(iii) stalno obnavljanje elektrolita na meji med elektrodo in raztopino, ohranjanje enakomerne gostote toka in stabilnega nastajanja koagulanta.
Zato Hielscherjeve sono-elektrode omogočajo resnično neprekinjeno elektrokoagulacijo brez izklopov, ki jih povzroča pasivacija, izboljšano trenutno učinkovitost in doslednejše in-situ oblikovanje kovinskih hidroksidnih kloak - brez potrebe po dodajanju kemičnega koagulanta.
Pri elektrokoagulaciji ti učinki pomenijo:

• Nadzor pasivacije: Kavitacija in striženje porušita izolacijske oksidne in polimerne filme na elektrodah, kar ohranja aktivno površino in stabilne ohmske kapljice. – zato “brez pasivacije” operacija.
• Večji medfazni prenos mase: Zmanjšane mejne plasti povečajo hitrost raztapljanja kovin in nastajanja koagulantov pri dani gostoti toka.
• Okrepljena koagulacija & flotacija: Ultrazvočni mikrobublini in finejši mehurčki H2O2 (iz elektrolize) spodbujajo nukleacijo, aglomeracijo in plavajoče ločevanje hidrofobnih delcev in olj.
• Manjša obraba v koncentriranih blatih: mešanje zmanjšuje kopičenje pogače v matricah z visoko vsebnostjo trdnih delcev, ki so značilne za blatno vodo in nekatere industrijske odpadne vode.

V znanstvenih pregledih so te sonokemične prednosti in njihov prenos v sonokemične reaktorje dosledno dokumentirane.

Procesni tok: vlak za sonokemično obdelavo brez kemikalij

1. Pregled & izravnava: Odstranjevanje grobih trdnih delcev; uravnavanje pretoka/obremenitev.
2. (Neobvezno) Nastavitvena vrednost pH: pH 6-8 pogosto poveča speciacijo kovinskega hidroksida in zajem onesnaževal; pri ekstremnih tokovih pH bo morda potrebna manjša korekcija.
3. Sono-elektrokoagulacija v pretočni celici: Črpajte odpadno vodo skozi Hielscherjev sono-elektrokemični reaktor, opremljen z ultrazvočnimi elektrodami. Neprekinjeno ultrazvočno delovanje ohranja elektrode aktivne – brez zaustavitev pasivacije.
4. Ločevanje faz: V spodnjem toku se izločevalnik ali usedalnik: kovinsko-hidroksidne kloake in zaprta onesnaževala se usedajo (ali plavajo) in odstranijo kot blato; izločena voda se prečrpa ali prečrpa v rezervoar za čisto vodo. Gravitacijska sedimentacija/flotiranje za celico je običajna.
5. Poliranje (po potrebi): Pesek/UF filtri ali aktivno oglje za preostalo motnost/organske snovi; po želji dezinfekcija.

 

Ta videoposnetek ponazarja pozitiven vpliv neposredne ultrazvočne elektrode na električni tok. Uporablja Hielscher UP100H (100 vatov, 30kHz) ultrazvočni homogenizator z elektrokemično nadgradnjo in titanovo elektrodo / sonotrod. Elektroliza razredčene žveplove kisline proizvaja vodikov plin in kisik. Ultrasonication zmanjša debelino difuzijske plasti na površini elektrode in izboljša prenos mase med elektrolizo.

Sono-elektrokemija - Prikaz vpliva ultrazvoka na elektrolizo serije



 

Sonoelektrode in reaktorji: Hielscher Sonoelektrokemijske pretočne celice

Hielscher ponuja visokozmogljive sondne pretvornike in pretočne reaktorje, ki združujejo ultrazvok z elektrokemičnimi celicami. Sonde so lahko konfigurirane kot elektrode ali povezane z namenskimi elektrodami EC, kar omogoča robustno, neprekinjeno delovanje pri industrijskih pretokih. Modularne pretočne celice poenostavljajo skaliranje s številčenjem in prilagajanjem časa zadrževanja, ultrazvočne amplitude in gostote toka.

Hielscherjeve sono-elektronske sonde se uspešno uporabljajo za različne aplikacije, vključno z:

• Čiščenje industrijskih odpadnih voda
• Obdelava vode v bazenih
• Čiščenje odpadne vode za namakanje
• Ribogojstvo (akvakultura)
• Polnjenje podzemne vode

Dokazi o uspešnosti v matrikah

• Odpadne vode iz klavnic/odplak/organsko bogate odpadne vode: EC z ultrazvokom je povečala odstranjevanje KPK in barve v primerjavi s samo EC; sinergija flotacije izboljša odstranjevanje maščob v klavničnih tokovih.
• Izcedne vode iz barvil/tekstila: SEC dosledno poroča o večji dekolorizaciji in zmanjšanju KPK kot samo ultrazvok ali EC, kar odraža izboljšano mikromiksiranje in radikalsko podprte poti.
• Izcedne vode težkih kovin in komposta: Sonikacija izboljša kinetiko odstranjevanja kovin in splošno učinkovitost; hibridni SEC s zeoliti dodatno izboljša poliranje amonija in barve.

pasivacija elektrod – Zakaj izgine pod ultrazvokom

Pasivne plasti (npr. FeOOH/Al2O3, polimerni filmi, olja) ovirajo porazdelitev toka in sčasoma povečajo napetost celic. Pri sono-elektrokoagulaciji (SEC) kavitacijski mikrodelci fizično obrusijo filme in situ; akustični tok stalno osvežuje raztopino v bližini elektrode in preprečuje lokalne alkalizacijske/precipitacijske cone, ki povzročajo pasivacijo. V pregledih SEC in hibridne sonoelektrokemije je prekinitev pasivacije izrecno opredeljena kot glavni mehanizem za trajno učinkovitost.

Hielscherjevi sonoelektrokemični pretočni celični reaktorji

Hielscherjev portfelj zajema sonikatorje z visoko močjo sonde, sono-elektrode in ultrazvočne pretočne reaktorje, primerne za sono-elektrokoagulacijo. Konfiguracije vključujejo sonde, ki delujejo kot elektrode, ali integracijo z namenskimi elektrodami EC, ki so zasnovane za neprekinjeno delovanje v liniji. Ta izbira strojne opreme neposredno podpira etos brez kemikalij – brez zunanjega doziranja koagulantov – pri čemer zagotavlja hidrodinamična in akustična polja, ki so potrebna za delo brez pasivacije.

Navodila za izvajanje za blatno vodo, odpadno vodo, podzemno vodo in industrijske odpadne vode

• Blatna voda z visoko vsebnostjo trdnih delcev: Uporabite širše pretočne kanale in močno mešanje; ultrazvok pomaga ohranjati trdne snovi v suspenziji in čistočo elektrod, kar omogoča neprekinjeno delovanje.
• Kanalizacija/komunalne storitve: SEC je učinkovit pri motnosti, TSS, oljih/maščobah in barvi; odstranjevanje peska pred tokom varuje hidravliko. S filtriranjem s poliranjem je voda pripravljena za izpust ali ponovno uporabo.
• Podzemna voda (kovine, arzen, koloidi): SEC je odličen pri zajemanju večvalentnih kovin in metaloidov; ultrazvok stabilizira dolgotrajno delovanje z minimalnim skaliranjem.
• Industrijski (barvila, hrana/pijača, petrokemija): SEC obravnava emulzije in rekalcitrantno barvo; številčenje reaktorjev v Hielscherjevih pretočnih celicah poenostavi skaliranje pri spremenljivih obremenitvah.

Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji

Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.