Чиста вода за допомогою безхімічної соно-електрокоагуляції

Електрокоагуляція (ЕК) - це електрохімічний процес, який in situ генерує коагулянти (наприклад, Fe(OH)x, Al(OH)x) на електродах-жертвах, захоплюючи колоїди, емульсії, метали, барвники та нові забруднення. Поєднання ЕК з ультразвуком – “соноелектрокоагуляція” (SEC) інтенсифікує масообмін, пригнічує пасивацію електродів і прискорює утворення флокул при менших питомих витратах енергії. Безхімічна соноелектрокоагуляційна обробка може бути виконана в безперервному потоці за допомогою соноелектрохімічних реакторів Хільшера з подальшим гравітаційним відділенням флокул і відведенням чистої води.

Навіщо поєднувати ультразвук з електрокоагуляцією? – Його механістична основа

При соноелектрокоагуляції з використанням соноелектродів Хільшера ультразвуковий зонд слугує одночасно електрокоагуляційним електродом, безпосередньо поєднуючи потужність ультразвуку з електрохімічним розчиненням металу. Високоінтенсивний ультразвук (зазвичай ~20 кГц) індукує акустичну кавітацію в безпосередній близькості від активної поверхні електрода. Багаторазове зростання і сильний колапс кавітаційних бульбашок генерують локалізовані мікрострумені, ударні хвилі та інтенсивні мікропотоки саме там, де відбуваються електрохімічні реакції.
Ця спільна локалізована ультразвукова електрохімічна взаємодія виробляє кілька критичних ефектів:
(i) безперервне потоншення електрохімічного дифузійного шару, що значно покращує масообмін;
(ii) активне видалення пасивуючих оксидних і гідроксидних плівок з поверхні електрода, запобігаючи забрудненню і спаду струму; і
(iii) постійне оновлення електроліту на межі розділу електрод-розчин, підтримання рівномірної густини струму і стабільної генерації коагулянту.
В результаті, соноелектроди Hielscher забезпечують справжню безперервну електрокоагуляцію без зупинок, викликаних пасивацією, підвищену ефективність струму і більш послідовне утворення на місці флокул гідроксиду металу - без необхідності додавання хімічного коагулянту.
Для електрокоагуляції ці ефекти виражаються в наступному:

• Контроль пасивації: Кавітація та зсув руйнують ізоляційні оксидні та полімерні плівки на електродах, зберігаючи активну площу та стабільні омічні падіння – отже. “без пасивації” операція.
• Вищий міжфазний масообмін: Зменшення прикордонних шарів збільшує швидкість розчинення металу і утворення коагулянту при заданій густині струму.
• Посилена коагуляція & флотація: Ультразвукові мікробульбашки і більш дрібні бульбашки H2O2 (від електролізу) сприяють зародженню, агломерації і плавучому відділенню гідрофобних частинок і масел.
• Зменшення забруднення концентрованого осаду: Перемішування зменшує утворення осаду в матрицях з високим вмістом твердих частинок, характерних для мулових вод і деяких промислових стічних вод.

Наукові огляди послідовно документують ці сонохімічні переваги та їх перенесення на соноелектрохімічні реактори.

Технологічний процес: безхімічний потяг соноелектрохімічної обробки

1. Скринінг & вирівнювання: Видалення грубих твердих частинок; буферизація потоку/навантаження.
2. (Необов'язково) Заданне значення рН: Електрокоагуляція є толерантною, але рН 6-8 часто максимізує виділення гідроксидів металів і захоплення забруднювачів; потоки з екстремальними значеннями рН можуть потребувати незначної корекції.
3. Соноелектрокоагуляція в проточній комірці: Прокачуйте стічні води через соно-електрохімічний реактор Hielscher, оснащений потужними ультразвуковими електродами. Безперервне ультразвукове дослідження зберігає електроди активними – ніяких відключень пасивації.
4. Фазовий поділ: Наступний відстійник або відстійник: пластівці гідроксидів металів та інкапсульовані забруднення осідають (або спливають) і виводяться у вигляді осаду; прояснена вода зливається або перекачується в резервуар для чистої води. Гравітаційне відстоювання/флотація після комірки є звичайним явищем.
5. Полірування (за потребою): Пісок/УФ-фільтри або активоване вугілля для залишкової каламутності/органіки; додаткова дезінфекція.

 

Дане відео ілюструє позитивний вплив прямого ультразвуку електродів на електричний струм. У ньому використовується ультразвуковий гомогенізатор Hielscher UP100H (100 Вт, 30 кГц) з електрохімічним оновленням і титановий електрод/сонотрод. При електролізі розбавленої сірчаної кислоти утворюється газоподібний водень і газоподібний кисень. Ультразвук зменшує товщину дифузійного шару на поверхні електрода і покращує масообмін при електролізі.

Соноелектрохімія - ілюстрація впливу ультразвуку на періодичний електроліз



 

Соноелектроди та реактори: Соно-електрохімічні проточні комірки Hielscher

Hielscher пропонує потужні датчики зондового типу і проточні реактори, які поєднують ультразвук з електрохімічними елементами. Зонди можуть бути сконфігуровані як електроди або з'єднані зі спеціальними електродами EC, що забезпечує надійну, безперервну роботу при промислових швидкостях потоку. Модульні проточні кювети спрощують масштабування шляхом нумерації і регулювання часу перебування, амплітуди ультразвуку і густини струму.

Соноелектрозонди Hielscher успішно застосовуються для різних цілей, в тому числі:

• Очищення промислових стічних вод
• Очищення води в басейні
• Очищення стічних вод для зрошення
• Рибництво (аквакультура)
• Поповнення підземних вод

Докази ефективності в різних матрицях

• Скотобійня / стічні води / багаті на органіку стічні води: Ультразвукова ЕК збільшила ХСК і видалення кольоровості порівняно з ЕК без допомоги ультразвуку; синергія флотації покращує видалення жиру в потоках скотобійні.
• Стічні води для фарбування/текстилю: SEC постійно повідомляє про більш високі показники знебарвлення та зниження ХСК, ніж ультразвук або тільки ЕК, що відображає покращене мікрозмішування та шляхи, що сприяють радикалам.
• Важкі метали та компостні фільтрати: Ультразвукова обробка прискорює кінетику видалення металу та загальну ефективність; гібридна SEC з цеолітами додатково покращує полірування для амонію та кольору.

пасивація електродів – Чому він зникає під час ультразвукового дослідження

Пасивні шари (наприклад, FeOOH/Al2O3, полімерні плівки, масла) перешкоджають розподілу струму і з часом підвищують напругу комірки. При соноелектрокоагуляції (SEC) кавітаційні мікрострумені фізично стирають плівки на місці; акустичний потік безперервно оновлює приелектродний розчин, запобігаючи локальним зонам підлужування/осадження, які сприяють пасивації. Огляди SEC та гібридної соноелектрохімії чітко визначають порушення пасивації як основний механізм стійкої продуктивності.

Соно-електрохімічні реактори Hielscher

Асортимент Hielscher охоплює потужні зондові ультразвукові апарати, соноелектроди та ультразвукові проточні реактори, придатні для соноелектрокоагуляції. Конфігурації включають зонди, які діють як електроди, або інтеграцію зі спеціальними електродами ЕК, призначеними для безперервної роботи в потоці. Цей апаратний вибір безпосередньо підтримує безхімічний етос – відсутність зовнішнього дозування коагулянту – забезпечуючи при цьому гідродинамічні та акустичні поля, необхідні для роботи без пасивації.

Інструкції з реалізації для мулових вод, стічних вод, підземних вод та промислових стоків

• Шламова вода з високим вмістом твердої фази: Використовуйте ширші проточні канали та потужне перемішування; ультразвук допомагає утримувати тверді частинки в підвішеному стані, а електроди - чистими, що забезпечує безперервну роботу.
• Каналізація/комунальне господарство: SEC ефективна для очищення води від каламутності, загального вуглекислого газу, масел/жирів та кольоровості; видалення піску перед очищенням захищає гідравліку. Полірувальна фільтрація дає воду, придатну для скидання або повторного використання.
• Підземні води (метали, миш'як, колоїди): SEC відмінно вловлює багатовалентні метали та металоїди; ультразвук стабілізує довготривалу роботу з мінімальним утворенням накипу.
• Промисловість (барвники, харчова промисловість, нафтохімія): SEC працює з емульсіями і непокірним кольором; нумерація реакторів у проточній комірці Хільшера спрощує масштабування при змінному навантаженні.

Проектування, виробництво та консалтинг – Якість зроблено в Німеччині

Ультразвукові апарати Hielscher добре відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і простота експлуатації дозволяють плавно інтегрувати наші ультразвукові апарати в промислові об'єкти. З важкими умовами та вимогливими умовами легко справляються ультразвукові апарати Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є сертифікованою компанією ISO і приділяє особливу увагу високопродуктивним ультразвуковим апаратам, які відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для використання. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.