Электрокоагуляция

Электрокоагуляция (ЭК) - это метод, используемый для очистки сточных вод, очистки промывочной воды, воды, обработанной промышленным способом, и лечения. Электрокоагуляция стала быстрорастущей областью очистки сточных вод из-за ее способности удалять загрязнители, которые, как правило, труднее удалить с помощью систем фильтрации или химической обработки , такие как эмульгированная нефть, общее количество нефтяных углеводородов , тугоплавкие органические вещества, взвешенные твердые частицы и тяжелые металлы.. Существует множество производителей устройств для электрокоагуляции, и они могут варьироваться по сложности от простого анода и катода до гораздо более сложных устройств с контролем электродных потенциалов, пассивацией, расходом анода, потенциалами REDOX ячейки, а также введением ультразвукового звука, ультрафиолетового света. и ряд газов и реагентов для достижения так называемых усовершенствованных процессов окисления тугоплавких или устойчивых органических веществ.

Лечение [ править ]

Электрокоагуляция
MeSH	D004564
[ редактировать в Викиданных ]

Зонд с тонкой проволокой или другой механизм доставки используется для передачи радиоволн к тканям рядом с датчиком. Молекулы в ткани заставляет вибрировать, что приводит к быстрому увеличению температуры, что приводит к коагуляции из белков в ткани и эффективно убивает ткань. В более мощных приложениях возможно полное высыхание ткани.

Очистка воды [ править ]

Благодаря новейшим технологиям, сокращению потребности в электроэнергии и миниатюризации необходимых источников питания, системы ЕС стали доступными для водоочистных сооружений и промышленных процессов по всему миру. ^[1]^{[ необходим сторонний источник ]}

Фон [ править ]

Электрокоагуляция («электро», что означает приложение электрического заряда к воде, и «коагуляция», что означает процесс изменения поверхностного заряда частицы, позволяя взвешенным веществам образовывать агломерацию) - это передовая и экономичная технология очистки воды. Он эффективно удаляет взвешенные твердые частицы до субмикрометровых уровней, разрушает эмульсии, такие как масло, жир или латекс, а также окисляет и удаляет тяжелые металлы из воды без использования фильтров или добавления разделительных химикатов ^[2]

Известен широкий спектр методов очистки сточных вод, который включает биологические процессы нитрификации , денитрификации и удаления фосфора , а также ряд физико-химических процессов, требующих добавления химических веществ. Обычно используемые процессы физико-химической обработки включают фильтрацию , отгонку воздуха , ионный обмен , химическое осаждение , химическое окисление , адсорбцию углерода , ультрафильтрацию (UF), обратный осмос (RO), электродиализ , улетучивание и отгонку газа.

Преимущества [ править ]

Механическая фильтрация решает только две проблемы в воде для мытья стоек: взвешенные твердые частицы размером более 30 мкм и свободные масла и жиры. Эмульгированные масло и консистентная смазка вызывают повреждение фильтров носителя, что приводит к высоким затратам на техническое обслуживание. Электрокоагуляция воздействует на взвешенные твердые частицы любого размера (включая деструктивные частицы> 30 мкм и тяжелые металлы, которые могут вызывать износ моющих устройств высокого давления и представлять опасность для окружающей среды и персонала).
Химическая обработка касается взвешенных твердых частиц, масел и смазок, а также некоторых тяжелых металлов, но может потребоваться до трех полимеров и несколько корректировок pH для надлежащей обработки. Эта технология требует добавления химикатов, что приводит к дорогостоящей, беспорядочной и трудоемкой обработке. Этот процесс также требует добавления сжатого воздуха для флотации коагулированных загрязнителей. Обычно фильтрация также требуется в качестве фазы последующей обработки для полировки. Электрокоагуляция не требует фильтров, ежедневного обслуживания и добавок и удаляет взвешенные твердые частицы, масла, смазки и тяжелые металлы любого размера.

Технология [ править ]

Очистка сточных вод и промывочной воды с помощью EC практиковалась на протяжении большей части 20-го века с растущей популярностью. В последнее десятилетие эта технология все чаще используется в США, Южной Америке и Европе для очистки промышленных сточных вод, содержащих металлы. ^[3] Также было отмечено, что в Северной Америке ЕС использовался в основном для очистки сточных вод целлюлозно-бумажной , горнодобывающей и металлообрабатывающей промышленности. Применение большой градирни с производительностью 1000 галлонов в минуту в Эль-Пасо, штат Техас, демонстрирует растущее признание и признание электрокоагуляции в промышленном сообществе. Кроме того, ЕС применялся для обработки воды, содержащей пищевые продукты.отходы, отходы масла, красители, выход из общественного транспорта и причалов, промывная воды, чернил, взвешенные частиц , химические и механических полирующих отходов, органического вещества из мусорных щелочей , дефторирования воды, синтетических моющих средств и сточных вод, растворов , содержащих тяжелые металлы. ^[4]^[5]

Процесс коагуляции [ править ]

Коагуляция - одна из важнейших физико-химических реакций, используемых при очистке воды. Ионы (тяжелые металлы) и коллоиды (органические и неорганические) в основном удерживаются в растворе электрическими зарядами. Добавление ионов с противоположными зарядами дестабилизирует коллоиды, позволяя им коагулировать. Коагуляция может быть достигнута химическим коагулянтом или электрическими методами. Квасцы [Al ₂ (SO ₄ ) ₃^. 18 H 2 O ] - такое химическое вещество, которое широко использовалось веками ^{[ когда? ]} для очистки сточных вод.

Механизм коагуляции постоянно пересматривался. Принято считать ^{[ править ]} , что коагуляция вызывается главным образом уменьшением чистой поверхностного заряда до точки , где коллоидные частицы, предварительно стабилизированного путем электростатического отталкивания, может подойти достаточно близко для ван - дер - ваальсовых сил , чтобы удерживать их вместе и разрешить агрегацию. Уменьшение поверхностного заряда является следствием уменьшения потенциала отталкивания двойного электрического слоя из-за наличия электролита, имеющего противоположный заряд. В процессе ЕС коагулянт образуется на месте путем электролитического окисления соответствующего анода.материал. В этом процессе, заряженная ионные виды-металлы или иным образом , удаляется из сточных вод, позволяя ему вступать в реакцию с ионом , имеющим противоположным зарядом, или с помощью флка металлических гидроокисей , генерируемых в сточных водах.

Электрокоагуляция предлагает альтернативу использованию солей или полимеров металлов и добавлению полиэлектролитов для разрушения стабильных эмульсий и суспензий . Технология удаляет металлы, коллоидные твердые частицы и частицы, а также растворимые неорганические загрязнители из водных сред путем введения высокозарядных полимерных гидроксидов металлов. Эти частицы нейтрализуют электростатические заряды на взвешенных твердых частицах и каплях масла для облегчения агломерации или коагуляции и последующего отделения от водной фазы. Лечение вызывает осаждение некоторых металлов и солей.

«Химическая коагуляция использовалась в течение десятилетий для дестабилизации суспензий и для осаждения растворимых металлов, а также других неорганических веществ из водных потоков, тем самым позволяя их удаление путем осаждения или фильтрации. Квасцы, известь и / или полимеры были химическими веществами. использованные коагулянты. Эти процессы, однако, имеют тенденцию к образованию больших объемов ила с высоким содержанием связанной воды, который может медленно фильтроваться и трудно обезвоживаться. Эти процессы обработки также имеют тенденцию к увеличению общего содержания растворенных твердых веществ (TDS) в сточных водах, что делает его неприемлемым для повторного использования в промышленных приложениях ». ^[6]

«Хотя механизм электрокоагуляции напоминает химическую коагуляцию в том смысле, что катионные частицы ответственны за нейтрализацию поверхностных зарядов, характеристики электрокоагулированного флока резко отличаются от характеристик, создаваемых химической коагуляцией. устойчивы и легче фильтруются » ^[7]

Описание [ править ]

В простейшей форме реактор электрокоагуляции состоит из электролитической ячейки с одним анодом и одним катодом . При подключении к внешнему источнику питания материал анода будет подвергаться электрохимической коррозии из-за окисления, а катод будет подвергаться пассивации .

Система EC по существу состоит из пар параллельных проводящих металлических пластин, которые действуют как монополярные электроды . Кроме того, для этого требуется источник постоянного тока , блок сопротивлений для регулирования плотности тока и мультиметр для считывания значений тока. Электропроводящие металлические пластины широко известны как «жертвенные электроды». Жертвенный анод снижает потенциал растворения анода и сводит к минимуму пассивацию катода. Расходуемые аноды и катоды могут быть из одного или разных материалов.

Расположение монополярных электродов с последовательно включенными ячейками электрически аналогично одиночной ячейке с множеством электродов и соединений. При последовательном расположении ячеек для протекания данного тока требуется более высокая разность потенциалов, поскольку последовательно соединенные ячейки имеют более высокое сопротивление. Однако через все электроды протекает один и тот же ток. Напротив, при параллельном или биполярном расположении электрический ток разделяется между всеми электродами в зависимости от сопротивления отдельных ячеек, и каждая поверхность электрода имеет разную полярность.

Во время электролиза положительная сторона претерпевает анодные реакции, а отрицательная сторона - катодные реакции. Расходуемые металлические пластины, такие как железо или алюминий , обычно используются в качестве расходных электродов для непрерывного образования ионов в воде. Освободившиеся ионы нейтрализуют заряды частиц и тем самым инициируют коагуляцию. Высвободившиеся ионы удаляют нежелательные загрязняющие вещества либо путем химической реакции и осаждения, либо путем коалесценции коллоидных материалов, которые затем могут быть удалены флотацией. Кроме того, когда вода, содержащая коллоидные частицы, масла или другие загрязнители, движется через приложенное электрическое поле, может происходить ионизация , электролиз, гидролиз., и образование свободных радикалов, которые могут изменять физические и химические свойства воды и загрязняющих веществ. В результате реактивное и возбужденное состояние заставляет загрязняющие вещества выделяться из воды и разрушаться или становиться менее растворимыми.

Важно отметить, что технология электрокоагуляции не может удалить бесконечно растворимые вещества. Следовательно, ионы с молекулярной массой меньше Ca ⁺² или Mg ⁺² не могут диссоциировать из водной среды.

Реакции внутри реактора электрокоагуляции [ править ]

В реакторе электрокоагуляции независимо друг от друга происходит несколько различных электрохимических реакций. Эти:

Затравка , возникающая в результате анодного восстановления ионов металлов, которые становятся новыми центрами для более крупных, стабильных, нерастворимых комплексов, которые осаждаются в виде комплексных ионов металлов.
Разрушение эмульсии , возникающее из-за ионов кислорода и водорода, которые связываются с водными рецепторами молекул эмульгированной нефти, создавая водонерастворимый комплекс, отделяющий воду от нефти, бурового раствора, красителей, чернил, жирных кислот и т. Д. ^[8]^[9]
Комплексообразование с галогеном , когда ионы металлов связываются с хлорами в молекуле хлорированного углеводорода, что приводит к образованию большого нерастворимого комплекса, отделяющего воду от пестицидов , гербицидов , хлорированных ПХБ и т. Д.
Отбеливание ионами кислорода, образующимися в реакционной камере, окисляет красители, цианиды , бактерии , вирусы , биологические опасности и т. Д. Заполнение электродов электронами вынуждает образовываться ионы, которые переносят заряд в воду, тем самым устраняя полярный эффект водного комплекса, что позволяет коллоидные материалы осаждаются, а контролируемый током перенос ионов между электродами создает осмотическое давление, которое обычно разрушает бактерии, цисты и вирусы.
Реакции окисления и восстановления доводятся до их естественной конечной точки в реакционном резервуаре, что ускоряет естественный природный процесс, который происходит в влажной химии, где градиенты концентрации и продукты растворимости (KsP) являются основными определяющими факторами, позволяющими реакциям достичь стехиометрического завершения.
Электрокоагуляция вызывает колебания pH в сторону нейтрального.

Оптимизация реакций [ править ]

Тщательный выбор материала реакционного резервуара важен наряду с контролем тока, скорости потока и pH . Электроды могут быть изготовлены из железа, алюминия, титана , графита или других материалов, в зависимости от сточных вод, подлежащих очистке, и загрязняющих веществ, которые необходимо удалить. Температура и давление, по-видимому, незначительно влияют на процесс.

В процессе ЕС водно-загрязняющая смесь разделяется на плавающий слой, богатый минералами флокулированный осадок и чистую воду. Плавающий слой обычно удаляется с помощью переливного водослива или аналогичного метода удаления. Агрегированная флокулянтная масса оседает либо в реакционном сосуде, либо в последующих отстойниках под действием силы тяжести.

После удаления в резервуар для сбора осадка его обычно обезвоживают до полусухого осадка с помощью механического винтового пресса. Прозрачная очищенная вода (надосадочная жидкость) обычно затем перекачивается в буферный резервуар для последующей утилизации и / или повторного использования в установленном на предприятии процессе.

Преимущества [ править ]

EC требует простого оборудования и прост в эксплуатации с достаточной производительностью, чтобы справиться с большинством проблем, возникающих при работе.
Сточные воды, очищенные ЕС, дают приятную на вкус, прозрачную, бесцветную воду без запаха. ^{[ необходима цитата ]}
Шлам, образованный ЕС, имеет тенденцию легко схватываться и легко обезвоживаться по сравнению с обычными шламами квасцов или гидроксида железа, поскольку в основном оксиды / гидроксиды металлов не имеют остаточного заряда. ^{[ необходима цитата ]}
Флокулы, образованные ЕС, похожи на химические хлопья, за исключением того, что хлопья ЕС имеют тенденцию быть намного крупнее, содержат меньше связанной воды, устойчивы к кислотам и более стабильны, и поэтому их можно быстрее отделить фильтрацией. ^[10]
ЭК может производить сточные воды с меньшим содержанием TDS по сравнению с химической обработкой, особенно если ионы металлов могут быть осаждены в виде гидроксидов или карбонатов (таких как магний и кальций. ЭК обычно оказывает незначительное влияние на ионы натрия и калия в растворе, если вообще оказывает какое-либо влияние. ^{[ цитата необходима ]}
Преимущество ЕС-процесса заключается в удалении мельчайших коллоидных частиц, поскольку приложенное электрическое поле нейтрализует любой остаточный заряд, тем самым облегчая коагуляцию. ^[11]
Процесс ЕС обычно позволяет избежать чрезмерного использования химикатов, поэтому снижается потребность в нейтрализации избыточных химикатов и снижается вероятность вторичного загрязнения, вызванного химическими веществами, добавленными в высокой концентрации, как при химической коагуляции сточных вод. ^{[ необходима цитата ]}
Пузырьки газа, образующиеся во время электролиза, могут удобно переносить компоненты загрязняющих веществ в верхнюю часть раствора, где их легче концентрировать, собирать и удалять с помощью моторизованного скиммера.
Электролитические процессы в ЕС-ячейке управляются электрически и не имеют движущихся частей, что требует меньшего обслуживания.
Дозирование поступающих сточных вод с гипохлоритом натрия способствует снижению биохимической потребности в кислороде (БПК) и, как следствие, химической потребности в кислороде (ХПК), хотя этого следует избегать для сточных вод, содержащих высокие уровни органических соединений или растворенного аммиака (NH4 +) из-за образования тригалогенированных метанов ( THMs) или другие хлорированные органические вещества . Гипохлорит натрия можно получить электролитическим способом в ячейке Е с использованием платиновых и аналогичных инертных электродов или с помощью внешних электрохлораторов. ^[12]
Из-за отличного удаления взвешенных твердых частиц с помощью ЭК и простоты работы с ЭК, испытания, проведенные для Управления военно-морских исследований США, пришли к выводу, что наиболее многообещающим применением ЭК в мембранной системе является предварительная обработка многомембранной системы. UF / RO или микрофильтрации / обратного осмоса (MF / RO). В этой функции ЕС обеспечивает защиту мембраны низкого давления, которая является более общей, чем та, которая обеспечивается химической коагуляцией, и более эффективна. ЭК очень эффективен для удаления ряда загрязняющих мембран веществ (таких как диоксид кремния, гидроксиды щелочноземельных металлов и металлов переходной группы), а также для удаления многих частиц, которые невозможно удалить одной химической коагуляцией. (см. Огнеупорные органические вещества )^{[ необходима цитата ]}

См. Также [ править ]

Перечень технологий очистки сточных вод
Очистка промышленных сточных вод
Коагуляция (водоподготовка)

Ссылки [ править ]

^ OilTrap Environmental Products, Тамвотер, Вашингтон. «Система очистки промывочной воды». Архивировано 27 декабря 2011 г.на Wayback Machine, доступ осуществлен 05 декабря 2012 г.
^ Noling, Кальвин (2004-07-01). «Новая система электрокоагуляции решает проблемы промышленных штормов и промывочной воды». Водный мир. PennWell Corporation.
^ Родригес Дж, Stopić S, Krause G, B Фридриха (2007). «Оценка осуществимости электрокоагуляции на пути к новой устойчивой очистке сточных вод». Науки об окружающей среде и исследованиях загрязнения 14 (7), стр. 477–482.
^ Лай, CL, Лин, SH 2003. "Очистка сточных вод химико-механической полировки электрокоагуляцией: характеристики системы и характеристики осаждения шлама". Chemosphere Архивировано 6 сентября 2008 г. в Wayback Machine 54 (3), январь 2004 г., стр. 235-242.
^ Аль-Shannag Мохаммад; Аль-Кода, Закария; Бани-Мельхем, Халид; Qtaishat, Mohammed Rasool; Алкасрави, Малек (январь 2015 г.). «Удаление ионов тяжелых металлов из сточных вод металлических покрытий с помощью электрокоагуляции: исследование кинетики и характеристики процесса». Журнал химической инженерии . 260 : 749–756. DOI : 10.1016 / j.cej.2014.09.035 .
^ Бенефилд, Ларри Д.; Джудкинс, Джозеф Ф .; Weand, Бэррон Л. (1982). Технологическая химия для очистки воды и сточных вод . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. п. 212. ISBN. 978-0-13-722975-8.
^ Woytowich, Дэвид L .; Далримпл, CW; Бриттон, MG (весна 1993 г.). «Электрокоагуляция (CURE) Обработка судовых льяльных вод для береговой охраны США на Аляске» . Журнал Общества морских технологий . 27 (1): 92. ISSN 0025-3324 .
^ Мохамуд, Абдихакем Абди; Чалышкан, Ясемин; Бекташ, Нихал; Ятмаз, Х. Дженгиз (20.03.2018). «Исследование очистки сточных вод судостроительного завода с использованием процесса электрокоагуляции с алюминиевыми электродами». Разделение науки и техники . 53 (15): 2468–2475. DOI : 10.1080 / 01496395.2018.1449860 . ISSN 0149-6395 .
^ де Сантана, Марсела Маркондес; Заноэло, Эвертон Фернандо; Бенинка, Кристина; Фрейре, Флавио Бентес (май 2018 г.). «Электрохимическая очистка сточных вод хлебопекарной промышленности: экспериментальные и модельные исследования». Технологическая безопасность и охрана окружающей среды . 116 : 685–692. DOI : 10.1016 / j.psep.2018.04.001 . ISSN 0957-5820 .
^ Аль-Shannag Мохаммад; Бани-Мельхем, Халид; Аль-Анбер, Заид; Аль-Кода, Закария (январь 2013 г.). «Повышение удаленности ХПК-питательных веществ и фильтруемости вторичных осветлителей городских сточных вод с использованием техники электрокоагуляции». Разделение науки и техники . 48 (4): 673–680. DOI : 10.1080 / 01496395.2012.707729 .
^ Аль-Shannag Мохаммад; Бани-Мельхем, Халид; Аль-Анбер, Заид; Аль-Кода, Закария (2013). «Повышение удаленности ХПК-питательных веществ и фильтруемости вторичных осветлителей городских сточных вод с использованием техники электрокоагуляции». Разделение науки и техники . 48 (4): 673–680. DOI : 10.1080 / 01496395.2012.707729 .
^ Бюро мелиорации США. Юма, Аризона. «Исследовательские комплексы и испытательное оборудование - химические исследовательские подразделения». Архивировано 9 сентября 2015 г. на Wayback Machine. Обновлено27 июля 2012 г..

[1] OilTrap Environmental Products, Тамвотер, Вашингтон. «Система очистки промывочной воды». Архивировано 27 декабря 2011 г.на Wayback Machine, доступ осуществлен 05 декабря 2012 г.

[2] Noling, Кальвин (2004-07-01). «Новая система электрокоагуляции решает проблемы промышленных штормов и промывочной воды». Водный мир. PennWell Corporation.

[3] Родригес Дж, Stopić S, Krause G, B Фридриха (2007). «Оценка осуществимости электрокоагуляции на пути к новой устойчивой очистке сточных вод». Науки об окружающей среде и исследованиях загрязнения 14 (7), стр. 477–482.

[4] Лай, CL, Лин, SH 2003. "Очистка сточных вод химико-механической полировки электрокоагуляцией: характеристики системы и характеристики осаждения шлама". Chemosphere Архивировано 6 сентября 2008 г. в Wayback Machine 54 (3), январь 2004 г., стр. 235-242.

[5] Аль-Shannag Мохаммад; Аль-Кода, Закария; Бани-Мельхем, Халид; Qtaishat, Mohammed Rasool; Алкасрави, Малек (январь 2015 г.). «Удаление ионов тяжелых металлов из сточных вод металлических покрытий с помощью электрокоагуляции: исследование кинетики и характеристики процесса». Журнал химической инженерии . 260 : 749–756. DOI : 10.1016 / j.cej.2014.09.035 .

[6] Бенефилд, Ларри Д.; Джудкинс, Джозеф Ф .; Weand, Бэррон Л. (1982). Технологическая химия для очистки воды и сточных вод . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. п. 212. ISBN. 978-0-13-722975-8.

[7] Woytowich, Дэвид L .; Далримпл, CW; Бриттон, MG (весна 1993 г.). «Электрокоагуляция (CURE) Обработка судовых льяльных вод для береговой охраны США на Аляске» . Журнал Общества морских технологий . 27 (1): 92. ISSN 0025-3324 .

[8] Мохамуд, Абдихакем Абди; Чалышкан, Ясемин; Бекташ, Нихал; Ятмаз, Х. Дженгиз (20.03.2018). «Исследование очистки сточных вод судостроительного завода с использованием процесса электрокоагуляции с алюминиевыми электродами». Разделение науки и техники . 53 (15): 2468–2475. DOI : 10.1080 / 01496395.2018.1449860 . ISSN 0149-6395 .

[9] де Сантана, Марсела Маркондес; Заноэло, Эвертон Фернандо; Бенинка, Кристина; Фрейре, Флавио Бентес (май 2018 г.). «Электрохимическая очистка сточных вод хлебопекарной промышленности: экспериментальные и модельные исследования». Технологическая безопасность и охрана окружающей среды . 116 : 685–692. DOI : 10.1016 / j.psep.2018.04.001 . ISSN 0957-5820 .

[10] Аль-Shannag Мохаммад; Бани-Мельхем, Халид; Аль-Анбер, Заид; Аль-Кода, Закария (январь 2013 г.). «Повышение удаленности ХПК-питательных веществ и фильтруемости вторичных осветлителей городских сточных вод с использованием техники электрокоагуляции». Разделение науки и техники . 48 (4): 673–680. DOI : 10.1080 / 01496395.2012.707729 .

[11] Аль-Shannag Мохаммад; Бани-Мельхем, Халид; Аль-Анбер, Заид; Аль-Кода, Закария (2013). «Повышение удаленности ХПК-питательных веществ и фильтруемости вторичных осветлителей городских сточных вод с использованием техники электрокоагуляции». Разделение науки и техники . 48 (4): 673–680. DOI : 10.1080 / 01496395.2012.707729 .

[12] Бюро мелиорации США. Юма, Аризона. «Исследовательские комплексы и испытательное оборудование - химические исследовательские подразделения». Архивировано 9 сентября 2015 г. на Wayback Machine. Обновлено27 июля 2012 г..

[1]