Чиста вода применом соноелектрокоагулације без хемикалија

Електрокоагулација (EC) је електрохемијски процес у којем се из потрошних електрода in situ стварају коагулантне врсте (нпр. Fe(OH)x, Al(OH)x), које захватају колоиде, емулзије, метале, боје и нове загађујуће материје. Спајање EC са ултразвуком велике снаге – „соноелектрокоагулација“ (SEC) – интензивира пренос масе, сузбија пасивизацију електрода и убрзава формирање флокула при мањем специфичном уносу енергије. Третман соноелектрокоагулацијом без хемикалија може се спроводити у континуалном протоку помоћу соноелектрохемијских реактора Hielscher, након чега следе гравитационо одвајање флокула и одвођење бистре воде.

Зашто комбиновати ултразвук са електрокоагулацијом? – Основа механизма деловања

У соноелектрокоагулацији уз употребу соноелектрода Hielscher, ултразвучна сонда истовремено служи као електрода за електрокоагулацију, непосредно спрежући ултразвук велике снаге са електрохемијским растварањем метала. Ултразвук високог интензитета (обично ~20 kHz) изазива акустичну кавитацију у непосредној близини активне површине електроде. Понављани раст и силовит колапс кавитационих мехурића стварају локализоване микромлазеве, ударне таласе и интензивно микрострујање управо тамо где се одвијају електрохемијске реакције.
Ова интеракција соникације и електрохемијских процеса на истом месту производи неколико кључних ефеката:
(i) непрекидно стањивање електрохемијског дифузионог слоја, чиме се знатно побољшава пренос масе;
(ii) активно уклањање пасивизирајућих оксидних и хидроксидних филмова са површине електроде, чиме се спречавају запрљање и опадање струје; и
(iii) стално обнављање електролита на међуфазној површини електрода–раствор, чиме се одржавају равномерна густина струје и стабилно стварање коагуланта.
Као резултат тога, соноелектроде Hielscher омогућавају истински континуалну електрокоагулацију без застоја изазваних пасивизацијом, побољшану струјну ефикасност и уједначеније формирање флокула металних хидроксида in situ – без потребе за додавањем хемијског коагуланта.
За електрокоагулацију, ови ефекти значе:

• Контрола пасивизације: Кавитација и смицање разарају изолационе оксидне и полимерне филмове на електродама, одржавајући активну површину и стабилне омске падове напона – отуда рад „без пасивизације“.
• Већи међуфазни пренос масе: Тањи гранични слојеви повећавају брзину растварања метала и стварања коагуланта при датој густини струје.
• Побољшана коагулација и флотација: Ултразвучни микромехурићи и ситнији мехурићи H2O2 (настали електролизом) подстичу нуклеацију, агломерацију и одвајање хидрофобних честица и уља дејством силе потиска.
• Мање запрљање у концентрованим муљевима: Мешање ублажава накупљање погаче у матрицама са високим садржајем чврстих материја, типичним за муљну воду и неке индустријске отпадне воде.

Научни прегледни радови доследно документују ове сонохемијске предности и њихову примену у соноелектрохемијским реакторима.

Ток процеса: соноелектрохемијска линија за третман без хемикалија

1. Уклањање на решеткама и изједначавање: Уклоните крупне чврсте материје; ублажите осцилације протока/оптерећења.
2. (Опционо) Задата вредност pH: Електрокоагулација толерише различите услове, али pH 6–8 често максимизује специјацију металних хидроксида и захватање загађујућих материја; токовима са екстремним вредностима pH може бити потребна мања корекција.
3. Соноелектрокоагулација у проточној ћелији: Пумпајте отпадну воду кроз соноелектрохемијски реактор Hielscher опремљен ултразвучним електродама велике снаге. Континуална ултразвучна обрада одржава електроде активним – без застоја услед пасивизације.
4. Раздвајање фаза: Низводни бистрич или таложник: флокуле металних хидроксида и у њима заробљене загађујуће материје таложе се (или испливавају) и одводе као муљ; избистрена вода се декантује или пумпа у резервоар за чисту воду. Гравитациона седиментација/флотација после ћелије је уобичајена.
5. Завршно пречишћавање (по потреби): Пешчани/UF филтери или активни угаљ за преосталу мутноћу/органске материје; опциона дезинфекција.

 

Овај видео илуструје позитиван утицај директне ултразвучне обраде електроде на електричну струју. Користи се ултразвучни хомогенизатор Hielscher UP100H (100 вати, 30kHz) са надоградњом за електрохемију и титанијумском електродом/сонотродом. Електролизом разблажене сумпорне киселине настају гасовити водоник и кисеоник. Ултразвучна обрада смањује дебљину дифузионог слоја на површини електроде и побољшава пренос масе током електролизе.

 

Соноелектроде и реактори: соноелектрохемијске проточне ћелије Hielscher

Hielscher нуди сондине претвараче велике снаге и проточне реакторе за уградњу у линију који интегришу ултразвук са електрохемијским ћелијама. Сонде се могу конфигурисати као електроде или повезати са наменским EC електродама, што омогућава поуздан, континуиран рад при индустријским протоцима. Модуларне проточне ћелије поједностављују повећање капацитета повећањем броја јединица и подешавањем времена задржавања, амплитуде ултразвука и густине струје.

Hielscher соноелектросонде успешно се користе за различите примене, укључујући: 

• Пречишћавање индустријских отпадних вода
• Пречишћавање воде у базенима за пливање
• Пречишћавање отпадних вода за наводњавање
• Узгој рибе (аквакултура)
• Прихрањивање подземних вода 

Докази о ефикасности у различитим матрицама

• Отпадне воде из кланица, канализационе отпадне воде и отпадне воде богате органским материјама: EC потпомогнута ултразвуком повећала је смањење хемијске потрошње кисеоника и уклањање боје у односу на саму EC; синергија са флотацијом побољшава уклањање масти из отпадних токова кланица.
• Отпадне воде са бојама и из текстилне индустрије: За SEC се доследно извештава о већем обезбојавању и смањењу хемијске потрошње кисеоника него при примени само ултразвука или само EC, што одражава побољшано микромешање и реакционе путеве потпомогнуте радикалима.
• Процедне воде са тешким металима и процедне воде из компоста: Ултразвучна обрада убрзава кинетику уклањања метала и повећава укупну ефикасност; хибридна SEC са зеолитима додатно побољшава завршно пречишћавање ради уклањања амонијума и боје.

Пасивизација електрода – зашто нестаје под дејством ултразвука

Пасивни слојеви (нпр. FeOOH/Al2O3, полимерни филмови, уља) ометају расподелу струје и временом повећавају напон ћелије. У соноелектрокоагулацији (SEC), кавитациони микромлазеви физички абразивно уклањају филмове in situ; акустичко струјање непрекидно обнавља раствор у близини електроде, спречавајући настанак локалних зона алкализације и таложења које иницирају пасивизацију. Прегледни радови о SEC и хибридној соноелектрохемији изричито наводе разарање пасивних слојева као примарни механизам за одржавање ефикасности.

Hielscher соноелектрохемијски реактори са проточном ћелијом

Портфолио компаније Hielscher обухвата сондине ултразвучне уређаје велике снаге, соноелектроде и ултразвучне проточне реакторе погодне за соноелектрокоагулацију. Конфигурације обухватају сонде које делују као електроде или интеграцију са наменским EC електродама, пројектованим за континуиран рад у линији. Овај избор опреме непосредно подржава приступ без хемикалија – без спољашњег дозирања коагуланата – уз истовремено обезбеђивање хидродинамичких и акустичких поља потребних за рад без пасивизације.

Напомене о примени за муљне воде, канализационе отпадне воде, подземне воде и индустријске отпадне воде

• Муљне воде са високим садржајем чврстих материја: Користите шире проточне канале и снажно мешање; ултразвук помаже да чврсте материје остану суспендоване, а електроде чисте, што омогућава континуиран рад.
• Канализационе/комуналне отпадне воде: SEC ефикасно смањује мутноћу и уклања укупне суспендоване материје (TSS), уља/масти и боју; претходно уклањање песка и других зрнастих минералних материја штити хидраулички систем. Завршна филтрација даје воду спремну за испуштање или поновну употребу.
• Подземне воде (метали, арсен, колоиди): SEC се истиче у везивању вишевалентних метала и металоида; ултразвук стабилизује дуготрајан рад уз минимално стварање минералних наслага.
• Индустријске отпадне воде (боје, храна/пића, петрохемија): SEC третира емулзије и тешко уклоњиву боју; повећање броја реактора са Hielscher проточним ћелијама поједностављује повећање капацитета при променљивим оптерећењима.

Пројектовање, производња и саветовање – квалитет произведен у Немачкој

Hielscher ултразвучни уређаји су добро познати по највишим стандардима квалитета и дизајна. Робусност и једноставно руковање омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних уређаја у индустријска постројења. Hielscher ултразвучни уређаји лако савладавају тешке услове и захтевна радна окружења.

Hielscher Ultrasonics је компанија са ISO сертификатом која посебан нагласак ставља на ултразвучне уређаје високих перформанси са најсавременијом технологијом и једноставним коришћењем. Наравно, Hielscher ултразвучни уређаји су усаглашени са CE захтевима и испуњавају захтеве UL, CSA и RoHs.