น้ำสะอาดด้วยการตกตะกอนทางไฟฟ้าด้วยเสียง (Sono-Electrocoagulation) ที่ปราศจากสารเคมี

การตกตะกอนด้วยไฟฟ้า (Electrocoagulation, EC) เป็นกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าที่สร้างสารตกตะกอน (เช่น Fe(OH)x, Al(OH)x) จากขั้วไฟฟ้าที่ใช้แล้วทิ้งในสถานที่ เพื่อจับคอลลอยด์, อิมัลชัน, โลหะ, สีย้อม, และสารปนเปื้อนที่เกิดขึ้นใหม่ การรวม EC กับอัลตราซาวนด์พลังงาน – “โซโน-อิเล็กโทรโคอะกูเลชัน” (SEC) เพิ่มการถ่ายโอนมวล, ลดการเกิดการเฉื่อยของขั้วไฟฟ้า, และเร่งการเกิดตะกอนที่พลังงานเฉพาะที่ต่ำกว่า การบำบัดด้วยโซโน-อิเล็กโทรโคเจเลชันแบบปราศจากสารเคมีสามารถดำเนินการในแบบไหลต่อเนื่องด้วยเครื่องปฏิกรณ์โซโน-อิเล็กโทรเคมีของ Hielscher ตามด้วยการแยกตะกอนด้วยแรงโน้มถ่วงและการดึงน้ำใสออก

ทำไมจึงควรใช้คลื่นเสียงอัลตราซาวด์ร่วมกับไฟฟ้าจี้? – พื้นฐานเชิงกลไกของมัน

ในการใช้การสลายด้วยคลื่นเสียงในกระบวนการสลายด้วยคลื่นเสียงโดยใช้ขั้วไฟฟ้า Hielscher ตัวโพรบอัลตราโซนิกจะทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้าสลายด้วยไฟฟ้าโดยตรง โดยเชื่อมต่อพลังงานอัลตราโซนิกกับการละลายโลหะทางเคมีไฟฟ้าโดยตรง อัลตราโซนิกความเข้มสูง (โดยทั่วไปประมาณ ~20 kHz) จะทำให้เกิดการเกิดโพรงเสียงในบริเวณใกล้เคียงกับพื้นผิวของขั้วไฟฟ้าที่ใช้งาน การเติบโตและการยุบตัวอย่างรุนแรงของฟองโพรงเสียงที่เกิดขึ้นซ้ำๆ จะสร้างไมโครเจ็ตเฉพาะที่ คลื่นกระแทก และการไหลของไมโครที่รุนแรงในบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า
ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโซนิเคชันและอิเล็กโทรเคมีที่เกิดขึ้นในพื้นที่เดียวกันนี้ก่อให้เกิดผลกระทบที่สำคัญหลายประการ:
(i) การบางลงอย่างต่อเนื่องของชั้นการแพร่ทางเคมีไฟฟ้า ซึ่งช่วยเพิ่มการถ่ายโอนมวลอย่างมีนัยสำคัญ
(ii) การกำจัดฟิล์มออกไซด์และไฮดรอกไซด์ที่เกิดจากการเฉื่อยออกอย่างสมบูรณ์จากผิวหน้าของอิเล็กโทรด ป้องกันการสะสมของสิ่งสกปรกและการเสื่อมของกระแสไฟฟ้า; และ
(iii) การทดแทนสารละลายอิเล็กโทรไลต์อย่างต่อเนื่องบริเวณรอยต่อระหว่างขั้วไฟฟ้าและสารละลาย เพื่อรักษาความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าให้สม่ำเสมอและสร้างสารจับตัวเป็นก้อนอย่างเสถียร
ด้วยเหตุนี้ โซโน-อิเล็กโทรดของ Hielscher จึงช่วยให้เกิดการตกตะกอนทางไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องอย่างแท้จริงโดยไม่ต้องหยุดการทำงานเนื่องจากการเกิดการป้องกันการกัดกร่อน (passivation-driven shutdowns) เพิ่มประสิทธิภาพของกระแสไฟฟ้า และช่วยในการก่อตัวของตะกอนไฮดรอกไซด์ของโลหะในสถานที่ (in-situ) อย่างสม่ำเสมอมากขึ้น – โดยไม่จำเป็นต้องเติมสารช่วยตกตะกอนทางเคมี
สำหรับการตกตะกอนด้วยไฟฟ้า ผลกระทบเหล่านี้แปลเป็น:

• การควบคุมการพาสซีเวชัน: การเกิดโพรงอากาศและการเฉือนทำลายฟิล์มออกไซด์และโพลิเมอร์ที่ฉนวนบนอิเล็กโทรด ช่วยรักษาพื้นที่การทำงานและลดความต้านทานโอห์มให้คงที่ – ดังนั้น “ปราศจากการพาสซีเวชั่น” การผ่าตัด
• การถ่ายโอนมวลที่ผิวสัมผัสสูงขึ้น: ชั้นขอบเขตที่ลดลงเพิ่มอัตราการละลายของโลหะและการก่อตัวของสารแขวนตะกอนที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่กำหนด
• การแข็งตัวของเลือดที่เพิ่มขึ้น & การลอยตัว ฟองอากาศขนาดเล็กจากคลื่นเสียงความถี่สูงและฟองอากาศ H2O2 ที่ละเอียดกว่า (จากการแยกด้วยไฟฟ้า) ช่วยส่งเสริมการเกิดนิวเคลียส การรวมตัว และการแยกตัวด้วยแรงลอยตัวของอนุภาคที่ไม่ชอบน้ำและน้ำมัน
• การเกิดตะกอนน้อยลงในตะกอนเข้มข้น: การกวนช่วยลดการสะสมของคราบตะกอนในเมทริกซ์ที่มีของแข็งสูงซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของน้ำตะกอนและน้ำเสียจากอุตสาหกรรมบางประเภท

การทบทวนทางวิทยาศาสตร์ได้บันทึกอย่างต่อเนื่องถึงข้อได้เปรียบทางโซโนเคมีเหล่านี้และการนำไปใช้ในเครื่องปฏิกรณ์โซโนอิเล็กโทรเคมี

กระบวนการทำงาน: การบำบัดด้วยโซโนอิเล็กโทรเคมีแบบปราศจากสารเคมี

1. การคัดกรอง & การปรับสมดุล: กำจัดของแข็งหยาบ; บัฟเฟอร์การไหล/โหลด
2. (ไม่บังคับ) จุดตั้งค่า pH: การตกตะกอนด้วยไฟฟ้าสามารถทนได้ แต่ค่า pH 6–8 มักจะเพิ่มการเกิดไฮดรอกไซด์ของโลหะและจับสารมลพิษได้สูงสุด; สารที่มีค่า pH มากเกินไปอาจต้องมีการปรับเล็กน้อย
3. โซโน-อิเล็กโทรโคอะกูเลชันในเซลล์ไหล: สูบน้ำเสียผ่านเครื่องปฏิกรณ์โซโน-อิเล็กโทรเคมีของ Hielscher ที่ติดตั้งอิเล็กโทรดอัลตราโซนิกกำลังสูง การอัลตราโซนิกอย่างต่อเนื่องช่วยให้อิเล็กโทรดทำงานได้อย่างต่อเนื่อง – ไม่มีการหยุดการทำงานเพื่อป้องกันการกัดกร่อน
4. การแยกเฟส: ถังตกตะกอนหรือถังตกตะกอนปลายทาง: ตะกอนโลหะไฮดรอกไซด์และสารปนเปื้อนที่ถูกห่อหุ้มจะตกตะกอน (หรือลอยตัว) และถูกนำออกเป็นตะกอน; น้ำที่ผ่านการตกตะกอนแล้วจะถูกถ่ายหรือสูบไปยังถังน้ำสะอาด การตกตะกอนด้วยแรงโน้มถ่วง/การลอยตัวหลังเซลล์เป็นวิธีที่นิยมใช้กันทั่วไป
5. การขัดเงา (ตามความจำเป็น): กรองทราย/UF หรือคาร์บอนกัมมันต์สำหรับความขุ่น/สารอินทรีย์ตกค้าง; การฆ่าเชื้อโรคเป็นตัวเลือกเสริม

 

วิดีโอนี้แสดงให้เห็นถึงอิทธิพลเชิงบวกของอัลตราโซนิกอิเล็กโทรดโดยตรงต่อกระแสไฟฟ้า ใช้โฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิก Hielscher UP100H (100 วัตต์, 30kHz) พร้อมการอัพเกรดเคมีไฟฟ้าและอิเล็กโทรดไทเทเนียม / โซโนทรอด อิเล็กโทรไลซิสของกรดซัลฟิวริกเจือจางจะผลิตก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจน อัลตราโซนิกช่วยลดความหนาของชั้นการแพร่กระจายที่พื้นผิวอิเล็กโทรดและปรับปรุงการถ่ายเทมวลระหว่างอิเล็กโทรไลซิส

Sono-Electro-Chemistry - ภาพประกอบอิทธิพลของอัลตราโซนิกส์ต่ออิเล็กโทรไลซิสแบบแบทช์



 

โซโน-อิเล็กโทรดและรีแอคเตอร์: เซลล์โฟลว์โซโน-อิเล็กโทรเคมีของ Hielscher

Hielscher นำเสนอทรานสดิวเซอร์แบบหัววัดกำลังสูงและเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลในแนวแกนที่ผสานอัลตราซาวด์เข้ากับเซลล์อิเล็กโทรเคมี หัววัดสามารถกำหนดค่าเป็นขั้วไฟฟ้าหรือเชื่อมต่อกับขั้วไฟฟ้า EC ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ ทำให้สามารถใช้งานได้อย่างทนทานและต่อเนื่องในอัตราการไหลระดับอุตสาหกรรม เซลล์ไหลแบบโมดูลาร์ช่วยให้ง่ายต่อการปรับขนาดโดยการเพิ่มจำนวนและการปรับเวลาการพัก การสั่นสะเทือนของอัลตราซาวด์ และความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้า

Hielscher sono-electro-probes ถูกใช้อย่างประสบความสำเร็จในหลากหลายการประยุกต์ใช้ รวมถึง:

• การบำบัดน้ำเสียจากอุตสาหกรรม
• การบำบัดน้ำสระว่ายน้ำ
• การบำบัดน้ำเสียเพื่อการชลประทาน
• การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ (การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ)
• การเติมน้ำใต้ดิน

หลักฐานการปฏิบัติงานในหลายด้าน

• โรงฆ่าสัตว์/น้ำเสียจากสิ่งปฏิกูล/น้ำเสียที่มีสารอินทรีย์สูง: การใช้คลื่นเสียงความถี่สูงช่วยในการกำจัดสารอินทรีย์ด้วยไฟฟ้า (EC) ช่วยเพิ่มการกำจัดค่า COD และการลดสีเมื่อเทียบกับการใช้ EC เพียงอย่างเดียว; การทำงานร่วมกันของการลอยตัวช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกำจัดไขมันในน้ำเสียจากโรงฆ่าสัตว์
• น้ำเสียจากสีย้อม/สิ่งทอ: SEC รายงานการลดสีและการลด COD อย่างสม่ำเสมอสูงกว่าการใช้คลื่นเสียงความถี่สูงหรือการใช้กระแสไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว ซึ่งสะท้อนถึงการปรับปรุงการผสมในระดับจุลภาคและเส้นทางที่ช่วยด้วยอนุมูลอิสระ
• น้ำชะจากโลหะหนักและปุ๋ยหมัก: การโซนิเคชันช่วยเพิ่มอัตราการกำจัดโลหะและประสิทธิภาพโดยรวม; การผสมผสาน SEC กับซีโอไลต์ช่วยปรับปรุงการขัดเงาสำหรับแอมโมเนียมและสีได้ดียิ่งขึ้น

การทำให้ขั้วไฟฟ้าเป็นฉนวน – ทำไมมันถึงหายไปเมื่ออยู่ภายใต้การตรวจด้วยอัลตราซาวด์

ชั้นเฉื่อย (เช่น FeOOH/Al2O3, ฟิล์มพอลิเมอร์, น้ำมัน) ขัดขวางการกระจายกระแสไฟฟ้าและเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของเซลล์เมื่อเวลาผ่านไป ในการเกิดการรวมตัวทางไฟฟ้าด้วยเสียง (sonochemical coagulation, SEC) ไมโครเจ็ตจากการเกิดโพรงอากาศจะขัดถูฟิล์มในตำแหน่งเดิม ฟิล์มเสียงจะรีเฟรชสารละลายใกล้ขั้วไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ป้องกันการเกิดโซนอัลคาไลเซชัน/การตกตะกอนในท้องถิ่นซึ่งก่อให้เกิดการเฉื่อยบทวิจารณ์เกี่ยวกับ SEC และโซโนอิเล็กโทรเคมีแบบไฮบริดระบุอย่างชัดเจนว่าการรบกวนการยับยั้งการเกิดฟิล์มบางเป็นตัวกลไกหลักสำหรับประสิทธิภาพที่ยั่งยืน

Hielscher Sono-Electrochemical Flow Cell Reactors

กลุ่มผลิตภัณฑ์ของ Hielscher ครอบคลุมเครื่องโซนิเคเตอร์แบบโพรบกำลังสูง โซโน-อิเล็กโทรด และเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่านด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงที่เหมาะสำหรับการทำโซโน-อิเล็กโทรโคอะกูเลชัน การกำหนดค่ารวมถึงโพรบที่ทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดหรือการรวมกับอิเล็กโทรด EC ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ ซึ่งออกแบบมาสำหรับการทำงานแบบต่อเนื่องในสายการผลิต การเลือกฮาร์ดแวร์นี้สนับสนุนแนวคิดการปลอดสารเคมีโดยตรง – ไม่มีการเติมสารทำให้แข็งตัวจากภายนอก – ขณะทำการส่งผ่านสนามไฮโดรไดนามิกและสนามเสียงที่จำเป็นสำหรับการทำงานโดยไม่ต้องมีการป้องกันการกัดกร่อน

บันทึกการดำเนินการสำหรับน้ำตะกอน, น้ำเสีย, น้ำบาดาล, และน้ำเสียจากอุตสาหกรรม

• น้ำตะกอนที่มีของแข็งสูง ใช้ช่องทางไหลที่กว้างขึ้นและการกวนที่แข็งแรง; อัลตราโซนิกช่วยรักษาของแข็งให้แขวนลอยและทำให้ขั้วไฟฟ้าสะอาด ทำให้สามารถทำงานต่อเนื่องได้
• น้ำเสีย/เทศบาล: SEC มีประสิทธิภาพในการกำจัดความขุ่น, TSS, น้ำมัน/ไขมัน, และสี; การกำจัดกรวดในขั้นตอนต้นช่วยปกป้องระบบไฮดรอลิก. การกรองแบบขัดเงาให้ผลผลิตน้ำที่พร้อมสำหรับการปล่อยหรือการนำกลับมาใช้ใหม่.
• น้ำใต้ดิน (โลหะ, สารหนู, คอลลอยด์): SEC มีความโดดเด่นในการจับโลหะและโลหะกึ่งโลหะหลายชนิด; อัลตราซาวด์ช่วยรักษาเสถียรภาพในการทำงานระยะยาวด้วยการเกิดการอุดตันน้อยที่สุด
• อุตสาหกรรม (สีย้อม, อาหาร/เครื่องดื่ม, ปิโตรเคมี): SEC จัดการกับอิมัลชันและสีที่ดื้อต่อการสลาย; การกำหนดหมายเลขตัวทำปฏิกิริยาในเซลล์ไหลของ Hielscher ช่วยลดความซับซ้อนในการปรับขนาดภายใต้โหลดที่แปรผัน

การออกแบบ การผลิต และการให้คําปรึกษา – คุณภาพ ผลิตในประเทศเยอรมนี

เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบสูงสุด ความทนทานและใช้งานง่ายช่วยให้สามารถรวมเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น สภาพที่ขรุขระและสภาพแวดล้อมที่ต้องการสามารถจัดการได้ง่ายโดยเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher

Hielscher Ultrasonics เป็น บริษัท ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO และให้ความสําคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่มีเทคโนโลยีล้ําสมัยและเป็นมิตรกับผู้ใช้ แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามมาตรฐาน CE และตรงตามข้อกําหนดของ UL, CSA และ RoHs