Nước sạch bằng công nghệ Sono-Electrocoagulation không sử dụng hóa chất

Điện đông tụ (EC) là một quá trình điện hóa tạo ra các chất đông tụ (ví dụ: Fe(OH)x, Al(OH)x) tại chỗ từ các điện cực hy sinh, bắt giữ các chất keo, nhũ tương, kim loại, thuốc nhuộm và các chất ô nhiễm mới nổi. Kết hợp EC với siêu âm công suất – “Sono-điện đông” (SEC) tăng cường quá trình chuyển khối, ức chế quá trình thụ động hóa điện cực và thúc đẩy quá trình hình thành bông ở mức năng lượng đầu vào cụ thể thấp hơn. Quy trình xử lý sono-electrocoagulation không sử dụng hóa chất có thể được thực hiện trong dòng chảy liên tục bằng các phản ứng sono-electrochemical của Hielscher, sau đó là quá trình tách bông bằng trọng lực và thu hồi nước trong.

Tại sao kết hợp siêu âm với điện đông? – Cơ sở cơ chế của nó

Trong quá trình sonoelectrocoagulation sử dụng điện cực sono-electrodes của Hielscher, đầu dò siêu âm đồng thời đóng vai trò là điện cực electrocoagulation, kết hợp trực tiếp sóng siêu âm công suất cao với quá trình hòa tan kim loại bằng điện hóa. Sóng siêu âm cường độ cao (thường khoảng ~20 kHz) gây ra hiện tượng cavitation âm thanh ngay gần bề mặt điện cực hoạt động. Sự phát triển lặp đi lặp lại và sụp đổ mạnh mẽ của các bong bóng cavitation tạo ra các tia siêu nhỏ, sóng xung kích và dòng chảy siêu nhỏ mạnh mẽ chính xác tại vị trí diễn ra các phản ứng điện hóa.
Sự tương tác đồng vị trí giữa siêu âm và điện hóa tạo ra một số tác động quan trọng:
(i) Sự mỏng dần liên tục của lớp khuếch tán điện hóa, làm tăng đáng kể quá trình truyền khối;
(ii) Loại bỏ tích cực các lớp oxit và hydroxit bảo vệ khỏi bề mặt điện cực, ngăn ngừa sự bám bẩn và suy giảm dòng điện; và
(iii) Việc liên tục thay thế dung dịch điện phân tại giao diện điện cực–dung dịch, duy trì mật độ dòng điện đồng đều và quá trình tạo chất keo tụ ổn định.
Do đó, các điện cực siêu âm Hielscher cho phép quá trình điện kết tủa liên tục thực sự mà không bị ngừng hoạt động do quá trình thụ động hóa, cải thiện hiệu suất dòng điện và hình thành các cụm hydroxit kim loại tại chỗ một cách nhất quán hơn – mà không cần thêm chất kết tủa hóa học.
Đối với điện đông, các tác động này được thể hiện như sau:

• Kiểm soát quá trình thụ động hóa: Hiện tượng cavitation và lực cắt phá vỡ các lớp oxit cách điện và màng polymer trên điện cực, duy trì diện tích hoạt động và sự sụt giảm điện trở ổn định. – do đó “Không cần xử lý passivation” hoạt động.
• Truyền khối lượng giữa các bề mặt cao hơn: Lớp biên mỏng hơn làm tăng tốc độ hòa tan kim loại và hình thành chất keo tụ ở một mật độ dòng điện cho trước.
• Tăng cường quá trình đông máu & phương pháp nổi: Bong bóng siêu âm và bong bóng H₂O₂ nhỏ hơn (từ quá trình điện phân) thúc đẩy quá trình kết tinh, kết tụ và tách nổi của các hạt và dầu kỵ nước.
• Giảm tắc nghẽn trong bùn cô đặc: Quá trình khuấy trộn giúp giảm sự tích tụ bùn trong các ma trận có hàm lượng chất rắn cao, thường gặp trong nước bùn và một số nước thải công nghiệp.

Các đánh giá khoa học liên tục ghi nhận những ưu điểm của công nghệ siêu âm và việc áp dụng chúng vào các phản ứng siêu âm-điện hóa.

Quy trình: Hệ thống xử lý sonoelectrochemical không sử dụng hóa chất

1. Kiểm tra & Cân bằng: Loại bỏ các chất rắn lớn; điều chỉnh lưu lượng/tải trọng.
2. (Tùy chọn) Điểm đặt pH: Quá trình điện phân có khả năng chịu đựng, nhưng pH trong khoảng 6–8 thường tối ưu hóa sự hình thành hydroxit kim loại và khả năng thu giữ chất ô nhiễm; các dòng nước có pH cực đoan có thể cần điều chỉnh nhẹ.
3. Sono-điện đông trong buồng dòng chảy: Bơm nước thải qua phản ứng viên sono-điện hóa Hielscher được trang bị điện cực siêu âm công suất cao. Siêu âm liên tục duy trì hoạt động của điện cực. – Không có sự ngừng hoạt động do quá trình thụ động hóa.
4. Phân tách pha: Bể lắng hoặc bể lắng đọng phía hạ lưu: các bông keo hydroxit kim loại và các chất ô nhiễm được bao bọc lắng đọng (hoặc nổi lên) và được thu gom dưới dạng bùn; nước đã lắng được tách ra hoặc bơm vào bể nước sạch. Lắng đọng trọng lực/tách nổi sau tế bào là phương pháp phổ biến.
5. Xử lý (khi cần thiết): Sử dụng bộ lọc cát/UF hoặc than hoạt tính để loại bỏ độ đục và chất hữu cơ còn lại; khử trùng (tùy chọn).

 

Video này minh họa ảnh hưởng tích cực của siêu âm điện cực trực tiếp đối với dòng điện. Nó sử dụng máy đồng nhất siêu âm Hielscher UP100H (100 Watts, 30kHz) với nâng cấp hóa học điện và điện cực titan / sonotrode. Điện phân axit sunfuric loãng tạo ra khí hydro và khí oxy. Siêu âm làm giảm độ dày lớp khuếch tán ở bề mặt điện cực và cải thiện sự truyền khối lượng trong quá trình điện phân.

Sono-Electro-Chemistry - Minh họa ảnh hưởng của siêu âm đối với điện phân hàng loạt



 

Điện cực siêu âm và bộ phản ứng: Tế bào dòng chảy điện hóa siêu âm Hielscher

Hielscher cung cấp các bộ chuyển đổi dạng đầu dò công suất cao và các phản ứng dòng chảy trong dòng tích hợp sóng siêu âm với các tế bào điện hóa. Các đầu dò có thể được cấu hình làm điện cực hoặc kết hợp với các điện cực EC chuyên dụng, cho phép hoạt động liên tục, bền bỉ ở tốc độ dòng chảy công nghiệp. Các tế bào dòng chảy mô-đun giúp đơn giản hóa việc mở rộng quy mô bằng cách tăng số lượng và điều chỉnh thời gian lưu trú, biên độ sóng siêu âm và mật độ dòng điện.

Các đầu dò siêu âm-điện Hielscher được sử dụng thành công cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm:

• Xử lý nước thải công nghiệp
• Xử lý nước bể bơi
• Xử lý nước thải cho tưới tiêu
• Nuôi trồng thủy sản (aquaculture)
• Tái nạp nước ngầm

Bằng chứng về hiệu suất trên các ma trận

• Nước thải từ lò mổ/hệ thống thoát nước/chất thải hữu cơ giàu dinh dưỡng: Siêu âm hỗ trợ EC làm tăng hiệu quả loại bỏ COD và màu so với chỉ sử dụng EC; sự tương tác của quá trình nổi bọt cải thiện hiệu quả loại bỏ dầu mỡ trong dòng nước thải từ nhà máy giết mổ.
• Nước thải từ quá trình nhuộm và dệt may: SEC liên tục báo cáo hiệu quả tẩy màu và giảm COD cao hơn so với cả siêu âm hoặc EC riêng lẻ, phản ánh sự cải thiện trong quá trình trộn vi mô và các con đường phân hủy có sự hỗ trợ của các gốc tự do.
• Nước thải từ kim loại nặng và phân compost: Sonication tăng cường tốc độ loại bỏ kim loại và hiệu suất tổng thể; phương pháp SEC lai với zeolite tiếp tục cải thiện quá trình làm sạch đối với amoni và màu sắc.

Quá trình thụ động hóa điện cực – Tại sao nó biến mất dưới siêu âm?

Các lớp thụ động (ví dụ: FeOOH/Al₂O₃, màng polymer, dầu) cản trở sự phân bố dòng điện và làm tăng điện áp tế bào theo thời gian. Trong quá trình sono-electrocoagulation (SEC), các tia vi mô do cavitation tạo ra mài mòn vật lý các màng tại chỗ; dòng chảy âm thanh liên tục làm mới dung dịch gần điện cực, ngăn chặn các vùng kiềm hóa/kết tủa cục bộ gây ra hiện tượng thụ động hóa. Các đánh giá về SEC và điện hóa học siêu âm lai rõ ràng xác định việc phá vỡ quá trình thụ động hóa là cơ chế chính để duy trì hiệu suất ổn định.

Reactor dòng chảy điện hóa siêu âm Hielscher

Danh mục sản phẩm của Hielscher bao gồm các thiết bị siêu âm công suất cao, điện cực siêu âm và các phản ứng viên siêu âm dòng chảy liên tục phù hợp cho quá trình điện đông siêu âm. Các cấu hình bao gồm các đầu dò hoạt động như điện cực hoặc tích hợp với các điện cực EC chuyên dụng, được thiết kế cho hoạt động liên tục, trực tuyến. Lựa chọn phần cứng này trực tiếp hỗ trợ triết lý không sử dụng hóa chất. – Không sử dụng chất đông máu bên ngoài. – Trong quá trình cung cấp các trường thủy động lực học và âm học cần thiết cho chế độ hoạt động không cần bảo dưỡng.

Ghi chú thực hiện đối với nước thải bùn, nước thải sinh hoạt, nước ngầm và nước thải công nghiệp.

• Nước bùn có hàm lượng chất rắn cao: Sử dụng các kênh lưu thông rộng hơn và hệ thống khuấy mạnh mẽ; sóng siêu âm giúp duy trì các chất rắn ở trạng thái lơ lửng và giữ cho các điện cực sạch, cho phép hoạt động liên tục.
• Nước thải/hệ thống thoát nước đô thị: SEC có hiệu quả trong việc xử lý độ đục, TSS, dầu/mỡ và màu sắc; việc loại bỏ cặn bẩn ở giai đoạn đầu giúp bảo vệ hệ thống thủy lực. Quá trình lọc tinh khiết cho ra nước đạt tiêu chuẩn để xả thải hoặc tái sử dụng.
• Nước ngầm (kim loại, asen, chất keo): SEC có khả năng thu hồi kim loại đa nguyên tố và kim loại bán dẫn; siêu âm giúp ổn định hoạt động lâu dài với ít cặn bám.
• Công nghiệp (màu nhuộm, thực phẩm/đồ uống, hóa dầu): SEC giải quyết các vấn đề về nhũ tương và màu khó phân hủy; việc tăng công suất của các tế bào dòng chảy Hielscher giúp đơn giản hóa quá trình mở rộng quy mô dưới các tải trọng biến đổi.

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng Sản xuất tại Đức

Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế của họ. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi dễ dàng được xử lý bởi Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.