Jump to content

Электрокоагуляция

Электрокоагуляция (ЭК) — это метод, используемый для очистки сточных вод , очистки промывных вод, промышленно обработанной воды и медицинской обработки. Электрокоагуляция стала быстро растущей областью очистки сточных вод благодаря ее способности удалять загрязнения, которые, как правило, труднее удалить с помощью систем фильтрации или химической обработки , такие как эмульгированная нефть, общие нефтяные углеводороды , тугоплавкие органические вещества, взвешенные твердые вещества и тяжелые металлы . Существует множество марок устройств для электрокоагуляции, и они могут варьироваться по сложности от простых анода и катода до гораздо более сложных устройств с контролем электродных потенциалов, пассивацией, расходом анода, REDOX-потенциалами клеток, а также введением ультразвукового звука, ультрафиолетового излучения. свет и ряд газов и реагентов для достижения так называемых усовершенствованных процессов окисления тугоплавких или неподатливых органических веществ. [1]

Очистка воды и сточных вод

[ редактировать ]

Благодаря новейшим технологиям, снижению требований к электроэнергии и миниатюризации необходимых источников питания, ЕС-системы теперь стали доступными для водоочистных сооружений и промышленных процессов по всему миру. [2]

Электрокоагуляция («электро», что означает приложение электрического заряда к воде, и «коагуляция», что означает процесс изменения поверхностного заряда частиц, позволяющий взвешенным веществам образовывать агломерации) является передовой и экономичной технологией очистки воды. Он эффективно удаляет взвешенные твердые частицы на уровне субмикрометра, разрушает эмульсии, такие как масло и жир или латекс, а также окисляет и удаляет тяжелые металлы из воды без использования фильтров или добавления химикатов для разделения. [3]

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

Преимущества

[ редактировать ]
  • Механическая фильтрация решает только две проблемы в воде для мытья моечных установок: взвешенные твердые частицы размером более 30 мкм и свободное масло и жир. Эмульгированные масло и жир повреждают фильтрующие материалы, что приводит к высоким затратам на техническое обслуживание. Электрокоагуляция не использует размер частиц для обеспечения физического разделения.
  • Химическая обработка направлена ​​на удаление взвешенных твердых частиц, масел и жиров, а также некоторых тяжелых металлов, но для правильной обработки может потребоваться добавление различных флокулянтов и коагулянтов, а также корректировка pH. Эта технология требует добавления химикатов, обработка которых может быть дорогостоящей, грязной, опасной и трудоемкой. Этот процесс также требует добавления сжатого воздуха для флотации коагулированных загрязнений. Обычно фильтрация используется только на этапе последующей обработки полировки.

Технология

[ редактировать ]

Очистка сточных и промывных вод с помощью ЕС практиковалась на протяжении большей части 20-го века и приобретала все большую популярность. В последнее десятилетие эта технология все чаще используется в США, Южной Америке и Европе для очистки промышленных сточных вод, содержащих металлы. [4] Также было отмечено, что в Северной Америке ЭК использовался в первую очередь для очистки сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности, горнодобывающей и металлообрабатывающей промышленности. Крупная градирня производительностью одна тысяча галлонов в минуту в Эль-Пасо, штат Техас, иллюстрирует растущее признание и признание электрокоагуляции в промышленном сообществе. Кроме того, EC применяется для очистки воды, содержащей пищевые отходы, нефтяные отходы, красители, отходы общественного транспорта и пристаней, промывочную воду, чернила, взвешенные частицы , отходы химической и механической полировки, органические вещества из свалок фильтратов , дефторирование воды, стоки синтетических моющих средств и растворы, содержащие тяжелые металлы. Электрокоагуляция обычно не используется для очистки бытовых сточных вод. [5] [6]

Процесс коагуляции

[ редактировать ]

Коагуляция – одна из важнейших физико-химических реакций, используемых при очистке воды. Ионы (тяжелые металлы) и коллоиды (органические и неорганические) в основном удерживаются в растворе за счет электрических зарядов. 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 на протяжении веков. [ когда? ] для очистки сточных вод.

Механизм коагуляции является предметом постоянного изучения. Это общепринято [ нужна ссылка ] что коагуляция происходит в первую очередь за счет уменьшения суммарного поверхностного заряда до точки, в которой коллоидные частицы, ранее стабилизированные электростатическим отталкиванием, могут приблизиться достаточно близко, чтобы силы Ван-дер-Ваальса удерживали их вместе и позволяли агрегацию. Уменьшение поверхностного заряда является следствием уменьшения потенциала отталкивания двойного электрического слоя из-за присутствия электролита, имеющего противоположный заряд. В процессе ЕС коагулянт образуется на месте путем электролитического окисления соответствующего анодного материала. В этом процессе заряженные ионные частицы — металлы или другие — удаляются из сточных вод, позволяя им вступать в реакцию с ионом, имеющим противоположный заряд, или с хлопьями металлов, гидроксидов образующимися в сточных водах.

Электрокоагуляция предлагает альтернативу использованию солей металлов или полимеров и полиэлектролита добавок для разрушения стабильных эмульсий и суспензий . Технология удаляет металлы, коллоидные твердые вещества и частицы, а также растворимые неорганические загрязнители из водных сред путем введения высокозаряженных полимерных гидроксидов металлов. Эти вещества нейтрализуют электростатические заряды взвешенных твердых частиц и капель масла, способствуя агломерации или коагуляции и, как следствие, отделению от водной фазы. Обработка приводит к выпадению в осадок некоторых металлов и солей:

Химическая коагуляция использовалась на протяжении десятилетий для дестабилизации суспензий и осаждения растворимых металлов, а также других неорганических частиц из водных потоков, что позволяло удалить их путем седиментации или фильтрации. В качестве химических коагулянтов использовались квасцы, известь и/или полимеры. Однако эти процессы имеют тенденцию образовывать большие объемы ила с высоким содержанием связанной воды, который может медленно фильтроваться и трудно обезвоживаться. Эти процессы очистки также имеют тенденцию к увеличению общего содержания растворенных твердых веществ (TDS) в сточных водах, что делает их неприемлемыми для повторного использования в промышленных целях. [7]

Хотя механизм электрокоагуляции напоминает химическую коагуляцию в том смысле, что катионные частицы отвечают за нейтрализацию поверхностных зарядов, характеристики электрокоагуляционного хлопья резко отличаются от характеристик, генерируемых при химической коагуляции. Флок, подвергшийся электрокогуляции, обычно содержит меньше связанной воды, более устойчив к сдвигу и легче фильтруется. [8]

Описание

[ редактировать ]

В своей 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 подвергнется пассивации .

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

Расположение монополярных электродов с последовательными ячейками электрически аналогично одной ячейке со многими электродами и соединениями. При последовательном расположении элементов для протекания заданного тока требуется более высокая разность потенциалов, поскольку элементы, соединенные последовательно, имеют более высокое сопротивление. Однако через все электроды будет течь один и тот же ток. Напротив, при параллельном или биполярном расположении электрический ток делится между всеми электродами в зависимости от сопротивления отдельных ячеек, и каждая грань электрода имеет разную полярность.

Во время электролиза положительная сторона подвергается анодным реакциям, а отрицательная — катодным. Расходуемые металлические пластины, такие как железо или алюминий , обычно используются в качестве расходуемых электродов для непрерывного производства ионов в воде. Высвободившиеся ионы нейтрализуют заряды частиц и тем самым инициируют коагуляцию. Высвободившиеся ионы удаляют нежелательные загрязнения либо путем химической реакции и осаждения, либо путем слияния коллоидных материалов, которые затем можно удалить флотацией. Кроме того, когда вода, содержащая коллоидные частицы, масла или другие загрязнения, движется через приложенное электрическое поле, может происходить ионизация , электролиз, гидролиз и образование свободных радикалов , которые могут изменить физические и химические свойства воды и загрязнений. В результате реактивное и возбужденное состояние приводит к высвобождению загрязняющих веществ из воды и их разрушению или снижению их растворимости.

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

Реакции в реакторе электрокоагуляции

[ редактировать ]

В реакторе электрокоагуляции независимо происходят несколько различных электрохимических реакций. Это:

  • Затравка , возникающая в результате анодного восстановления ионов металлов, которые становятся новыми центрами для более крупных, стабильных, нерастворимых комплексов, которые осаждаются в виде сложных ионов металлов.
  • Разрушение эмульсии , возникающее в результате того, что ионы кислорода и водорода связываются с водными рецепторами молекул эмульгированной нефти, создавая водонерастворимый комплекс, отделяющий воду от нефти, бурового раствора, красителей, чернил, жирных кислот и т. д. [9] [10]
  • Галогеновое комплексообразование , 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. Электронное затопление электродов приводит к образованию ионов, переносящих заряд в воду, тем самым устраняя полярный эффект водного комплекса, позволяя коллоидные материалы осаждаются, а управляемый током транспорт ионов между электродами создает осмотическое давление, которое обычно разрушает бактерии, кисты и вирусы.
  • Реакции окисления и восстановления доводятся до своей естественной конечной точки внутри реакционного резервуара, что ускоряет естественный природный процесс, происходящий во влажной химии, где градиенты концентрации и продукты растворимости (KsP) являются главными определяющими факторами, позволяющими реакциям достичь стехиометрического завершения.
  • Электрокоагуляция, индуцирующая pH, колеблется в сторону нейтрального значения.

Оптимизация реакций

[ редактировать ]

Очень важен тщательный выбор материала реакционного резервуара, а также контроль тока, скорости потока и pH . Электроды могут быть изготовлены из железа, алюминия, титана , графита или других материалов, в зависимости от очищаемых сточных вод и удаляемых загрязнений. Температура и давление, по-видимому, оказывают лишь незначительное влияние на процесс.

В процессе ЕС смесь воды и загрязнений разделяется на плавающий слой, богатый минералами хлопьевидный осадок и чистую воду. Плавающий слой обычно удаляется с помощью переливной перегородки или аналогичного метода удаления. Агрегированная хлопьевидная масса под действием силы тяжести оседает либо в реакционном сосуде, либо в последующих отстойниках.

После удаления в резервуар для сбора осадка его обычно обезвоживают до полусухого кека с помощью механического шнекового пресса. Чистая, очищенная (надосадочная) вода обычно затем перекачивается в буферный резервуар для последующей утилизации и/или повторного использования в установленном на заводе процессе.

Преимущества

[ редактировать ]
  • EC требует простого оборудования и прост в эксплуатации, имеет достаточную свободу действий для решения большинства проблем, возникающих при эксплуатации.
  • Сточные воды, обработанные EC, дают вкусную, чистую, бесцветную и не имеющую запаха воду. [ нужна ссылка ]
  • Шлам, образованный ЕС, имеет тенденцию легко отверждаться и легко обезвоживаться по сравнению с обычными шламами гидроксидов алюминия или железа, поскольку в основном оксиды/гидроксиды металлов не имеют остаточного заряда. [ нужна ссылка ]
  • Флоки, образованные EC, аналогичны химическим хлопьям, за исключением того, что хлопья EC имеют тенденцию быть намного крупнее, содержат меньше связанной воды, устойчивы к кислотам и более стабильны и, следовательно, могут быть быстрее отделены фильтрацией. [11]
  • EC 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). EC обычно практически не влияет на ионы натрия и калия в растворе. [ нужна ссылка ]
  • Преимущество EC-процесса заключается в удалении мельчайших коллоидных частиц, поскольку приложенное электрическое поле нейтрализует любой остаточный заряд, тем самым облегчая коагуляцию. [12]
  • Процесс ЕС, как правило, позволяет избежать чрезмерного использования химикатов, поэтому снижается потребность в нейтрализации излишков химикатов и снижается вероятность вторичного загрязнения, вызванного химическими веществами, добавляемыми в высоких концентрациях, как при использовании химической коагуляции сточных вод. [ нужна ссылка ]
  • Пузырьки газа, образующиеся во время электролиза, могут легко переносить загрязняющие компоненты в верхнюю часть раствора, где их легче концентрировать, собирать и удалять с помощью моторизованного скиммера.
  • Электролитические процессы в EC-ячейке контролируются электрически и не имеют движущихся частей, что требует меньшего обслуживания.
  • Дозирование поступающих сточных вод 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 ( THM) или другие хлорированные органические вещества . Гипохлорит натрия можно генерировать электролитически в Е-элементе с использованием платиновых и аналогичных инертных электродов или с помощью внешних электрохлораторов. [13]
  • Благодаря превосходному удалению взвешенных твердых частиц ЭХ и простоте работы ЭХ, испытания, проведенные для Управления военно-морских исследований США , пришли к выводу, что наиболее многообещающим применением ЭХ в мембранной системе является предварительная обработка мультимембранной системы. УФ/ОО или микрофильтрация /обратный осмос (МФ/ОО). В этой функции EC обеспечивает защиту мембраны низкого давления, которая является более общей, чем защита, обеспечиваемая химической коагуляцией, и более эффективной. EC очень эффективен при удалении ряда веществ, загрязняющих мембрану (таких как диоксид кремния, гидроксиды щелочноземельных металлов и металлы переходной группы), а также при удалении многих веществ, которые не может удалить одна лишь химическая коагуляция. (см. Тугоплавкие органические вещества ) [ нужна ссылка ]
Электрокоагуляция
МеШ D004564
Аппарат для медицинской электрокоагуляции

Тонкопроводной зонд или другой механизм доставки используется для передачи радиоволн тканям рядом с зондом. в ткани заставляют вибрировать, что приводит к быстрому повышению температуры, вызывая коагуляцию белков Молекулы в ткани и эффективно убивая ткань. При более мощных применениях полное высыхание возможно тканей.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Вонг, Ю.М.; Гари, генеральный директор (2014). Очистка сточных вод электрокоагуляцией. В: Крейса Г., Ота К., Савинелл Р.Ф. (ред.) Энциклопедия прикладной электрохимии . Спрингер, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. дои : 10.1007/978-1-4419-6996-5_137 .
  2. ^ Эбба, М.; Асайтамби, П.; Алемайеху, Э. (2021). «Исследование рабочих параметров и стоимости использования процесса электрокоагуляции для очистки сточных вод» . Прикладная водная наука . 11 (175): 175. Бибкод : 2021ApWS...11..175E . дои : 10.1007/s13201-021-01517-y . S2CID   239460756 .
  3. ^ Нолинг, Кальвин (1 июля 2004 г.). «Новая система электрокоагуляции решает проблемы, связанные с промышленными штормами и промывочной водой». Водный Мир. Корпорация Пеннвелл.
  4. ^ Родригес Дж., Стопич С., Краузе Г., Фридрих Б. (2007). «Оценка возможности электрокоагуляции для новой устойчивой очистки сточных вод» . Наука об окружающей среде и исследования загрязнения . 14 (7): 477–482. Бибкод : 2007ESPR...14..477R . дои : 10.1065/espr2007.05.424 . ПМИД   18062479 . S2CID   1694182 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  5. ^ Лай, К.Л., Лин, Ш.Х. 2003. «Очистка сточных вод химико-механической полировки методом электрокоагуляции: характеристики системы и характеристики осаждения осадка». Хемосфера. Архивировано 6 сентября 2008 г. в Wayback Machine 54 (3), январь 2004 г., стр. 235–242.
  6. ^ Аль-Шаннаг, Мохаммед; Аль-Кода, Закария; Бани-Мельхем, Халид; Кайшат, Мохаммед Расул; Алкасрави, Малек (январь 2015 г.). «Удаление ионов тяжелых металлов из сточных вод металлообработки с помощью электрокоагуляции: кинетическое исследование и эффективность процесса». Химико-технологический журнал . 260 : 749–756. Бибкод : 2015ЧЭнЖ.260..749А . дои : 10.1016/j.cej.2014.09.035 .
  7. ^ Бенефилд, Ларри Д.; Джадкинс, Джозеф Ф.; Вейнд, Бэррон Л. (1982). Технологическая химия очистки воды и сточных вод . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. п. 212. ИСБН  978-0-13-722975-8 .
  8. ^ Войтович, Дэвид Л.; Далримпл, штат Вашингтон; Бриттон, МГ (весна 1993 г.). «Электрокоагуляция (CURE) Очистка льяльных вод судов для береговой охраны США на Аляске» . Журнал Общества морских технологий . 27 (1): 92. ISSN   0025-3324 .
  9. ^ Мохамуд, Абдихакем Абди; Чалышкан, Ясемин; Бекташ, Нихал; Ятмаз, Х. Дженгиз (20 марта 2018 г.). «Исследование очистки сточных вод судостроительных заводов методом электрокоагуляции с алюминиевыми электродами». Разделение науки и техники . 53 (15): 2468–2475. дои : 10.1080/01496395.2018.1449860 . ISSN   0149-6395 . S2CID   103513313 .
  10. ^ де Сантана, Марсела Маркондес; ЗАНОЭЛО, Эвертон Фернандо; Бенинка, Кристина; Фрейре, Флавио Бентес (май 2018 г.). «Электрохимическая очистка сточных вод хлебопекарного производства: Экспериментальное и модельное исследование». Технологическая безопасность и защита окружающей среды . 116 :685–692. дои : 10.1016/j.psep.2018.04.001 . ISSN   0957-5820 .
  11. ^ Аль-Шаннаг, Мохаммед; Бани-Мельхем, Халид; Аль-Анбер, Заид; Аль-Кода, Закария (январь 2013 г.). «Повышение удаления питательных веществ ХПК и фильтруемости муниципальных сточных вод вторичного осветлителя с использованием метода электрокоагуляции». Разделение науки и техники . 48 (4): 673–680. дои : 10.1080/01496395.2012.707729 . S2CID   96296062 .
  12. ^ Аль-Шаннаг, Мохаммед; Бани-Мельхем, Халид; Аль-Анбер, Заид; Аль-Кода, Закария (2013). «Повышение удаления питательных веществ ХПК и фильтруемости муниципальных сточных вод вторичного осветлителя с использованием метода электрокоагуляции». Разделение науки и техники . 48 (4): 673–680. дои : 10.1080/01496395.2012.707729 . S2CID   96296062 .
  13. ^ Бюро мелиорации США. Юма, Аризона. «Исследовательские установки и испытательное оборудование – химические исследовательские подразделения». Архивировано 9 сентября 2015 г. на Wayback Machine . Обновлено 27 июля 2012 г.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 2f3ecf154261ce2e242e2368559bd95a__1715378160
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/2f/5a/2f3ecf154261ce2e242e2368559bd95a.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Electrocoagulation - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)