Elektrokoagulacja (EC) do uzdatniania wody (ściekowej)
1. Teoria procesu
Gdy prÄ…d elektryczny jest doprowadzany do pÅ‚yt Fe (to samo dzieje siÄ™ w przypadku Al), sole wodorotlenku Fe (wytrÄ…canie Fe) tworzÄ… siÄ™ in situ z powodu rozpuszczenia protektorowych anod Fe (0). Fe (0) utlenia siÄ™ do rozpuszczonego Fe (II), które nastÄ™pnie utlenia siÄ™ dalej do Fe (III). Woda jest redukowana do gazowego wodoru (H2) i jonów hydroksylowych (OH-) na katodzie, a te jony hydroksylowe mogÄ… Å‚Ä…czyć siÄ™ z jonami metali, tworzÄ…c wodorotlenki metali. Szybkość powstawania tych gatunków jest bezpoÅ›rednio zwiÄ…zana z zastosowanym natężeniem prÄ…du, ponieważ ich powstawanie jest ograniczone przez przeniesienie elektronu. Po ich utworzeniu jony metali i wodorotlenki metali dziaÅ‚ajÄ… jako koagulanty w procesie koagulacji. pH jest ważnym czynnikiem w obróbce EC, ponieważ determinuje specjacjÄ™ powstajÄ…cych kompleksów jonów metali (Fe(OH)2+, Fe(OH)4- , Fe(OH)3 , Fe2(OH)2 4+), jak pokazano na rysunku 1.2, a ze wzglÄ™du na swojÄ… polaryzacjÄ™ przyciÄ…gajÄ… zanieczyszczenia. WiÄ™kszość z tych kompleksów sÅ‚abo rozpuszcza siÄ™ w wodzie i dlatego wytrÄ…ca i usuwa zanieczyszczenia z wody.
PrzeglÄ…d reakcji zachodzÄ…cych podczas leczenia EC przedstawiono na rysunku 1.1.
Rysunek 1‑2 Kompleksy metali powstały podczas elektrokoagulacji Al i Fe
2. Zalety WE
Siła tej technologii polega na usuwaniu szerokiej gamy zanieczyszczeń:
- DORSZ / BZT
- Jony metali i metali ciężkich
- Zawieszone ciała stałe
- Fosforany
- Ciała koloidalne
- Kolorowe zwiÄ…zki
- Rozpuszczone ciała stałe
- Åšrodki powierzchniowo czynne
- TÅ‚uszcz, olej i smar
- Krzemionka
- Twardość
- Diesel
- Złożone związki organiczne
- Bakterie i wirusy
Zaletami elektrokoagulacji, oprócz szerokiego zakresu zanieczyszczeÅ„, które można usunąć, sÄ…:
- Bez dodatkowego dodawania chemikaliów
- Mniejsza produkcja osadu
- Osad jest Å‚atwy do odwodnienia (do 60% sm), bez dodawania chemikaliów
- Niższe CAPEX i OPEX w stosunku do klasycznej fizykochemicznej obróbki wstÄ™pnej
- Prosty sprzÄ™t bez ruchomych elementów
- Bezbarwna i bezzapachowa obróbka
- Dobre osiedlanie siÄ™ kÅ‚aczków
- Usunięto nawet najmniejsze koloidy
- Niskie zużycie energii
- Oddzielanie osadu przez prostÄ… sedymentacjÄ™
- Kompaktowa konstrukcja w pojemniku, wtyczce i wzmacniaczu; grać
- Niewielki ślad
W zależnoÅ›ci od rodzaju Å›cieków, technologiÄ™ można wdrożyć w systemie ZLD jako:
- Polerowanie wstępne
- Po leczeniu
Rysunek 2‑1 Usuwanie koloru za pomocą EC
Punkt uwagi
Wydajność i efektywność energetyczna, w zależnoÅ›ci od konfiguracji ogniwa elektrokoagulacyjnego i poÅ‚Ä…czenia anod, sÄ… również zwiÄ…zane z reakcjami zachodzÄ…cymi na interfejsie elektrody–roztwór.
W szczególnoÅ›ci tworzenie warstw pasywnych lub tlenków hamuje rozpuszczanie i ogranicza reakcjÄ™ przenoszenia Å‚adunku na styku anoda-roztwór, co prowadzi do nadmiernego zużycia energii elektrycznej i zmniejsza wydajność energetycznÄ… procesu. Nadmierne zużycie energii, jednorodność rozpuszczania i zanieczyszczenie anod to gÅ‚ówne problemy, które mogÄ… wystÄ…pić.
Dzięki know-how EColoRO, QStone Capital i Lenntech zdołały przezwyciężyć te problemy poprzez optymalizację projektu pod względem rozwiązań hydraulicznych i elektrycznych.
3. System EC
Reaktor do elektrokoagulacji to reaktor, który elektrochemicznie oczyszcza Å›cieki. Obróbka usunie czÄ…stki ChZT/BZT, krzemionkÄ™, TSS, zmÄ™tnienie, metale ciężkie, twardość, częściowo skÅ‚adniki azotu, fosforany i kolor. Wszystkie te skÅ‚adniki zostanÄ… wychwycone w kÅ‚aczkach koagulacyjnych i zostanÄ… usuniÄ™te z wody przez sedymentacjÄ™ lub flotacjÄ™.
Ogólnie rzecz biorÄ…c, jednostka do elektrokoagulacji skÅ‚ada siÄ™ z:
- Przesiewanie i neutralizacja
- Reaktor EC
- Zbiornik koagulacyjny
- Jednostka flotacyjna lub sedymentacyjna
- Zbiornik do przechowywania soli/chemikaliów + pompy dozujÄ…ce
- Inwertery dostarczajÄ…ce wymagany prÄ…d
- Zewnętrzna prasa filtracyjna/system odwadniania
4. Aplikacja
BiorÄ…c pod uwagÄ™ różnorodność usuwania zanieczyszczeÅ„, technologiÄ™ EC można zastosować w nastÄ™pujÄ…cych gaÅ‚Ä™ziach przemysÅ‚u:
- Tekstylia
- Miazga i papier
- Motoryzacja
- Chemiczne i farmaceutyczne
- Kosmetyki i detergenty
- Lotniska
- Malarstwo
- Odpady stałe
- Plastik
- Browary i winnice
- Rzeźnie
- Krajowy i hotelowy
- Owoce i warzywa
- Oczyszczanie wody balastowej
- Wieże chłodnicze
5. PrzykÅ‚ady peÅ‚nych systemów
Znormalizowane systemy zdecentralizowane są oparte na przepływie do leczenia:
- 25-50 m3/dzieÅ„ – Kontener 20 stóp
- 100-300 m3/dzieÅ„ – Kontener 20 stóp
- 300-500 m3/dzieÅ„ – 40-stopowy kontener
- Powyżej 500 m3/dzieÅ„ – Kilka 40-stopowych kontenerów
Przykład 1. Instalacja pilotażowa 1 m3/h
Rysunek 5‑1 Pilot EColoRO
Przykład 2. Browar w Ugandzie
- Pasza: ścieki beztlenowe
- Wydajność: 25 m3/h
- Cel: usuwanie fosforanów
Rysunek 5-2 System EC zainstalowany w browarze w Ugandzie
Rysunek 5-3 Widok wnętrza systemu EC dostarczonego do browaru w Ugandzie
PrzykÅ‚ad 3. PrzemysÅ‚owe usuwanie odpadów staÅ‚ych w Holandii
- Pasza: skÅ‚adowisko perkolacyjne (popióÅ‚ denny i urobek z pogÅ‚Ä™biania)
- Wydajność: 25 m3/h
- Cel: usuwanie metali ciężkich
Rysunek 5-4 Oczyszczalnia Å›cieków
PrzykÅ‚ad 4. PrzemysÅ‚owe usuwanie odpadów staÅ‚ych w Holandii
- Pasza: skÅ‚adowisko perkolacyjne (popióÅ‚ denny i urobek z pogÅ‚Ä™biania)
- Wydajność: 25 m3/h
- Cel: usuwanie metali ciężkich
Rysunek 5-5 PopioÅ‚y ze spalania odpadów staÅ‚ych
PrzykÅ‚ad 5. Fabryka farbowania tekstyliów w Tamil Nadu w Indiach
- Pasza: Farbowanie tekstyliów i proces prania
- Wydajność: 25 m3/h
- Cel: ChZT, kolor, usuwanie twardości
Rysunek 5-6 System EC oddany do użytku w Indiach
Figure 5‑7 Colour removal in textile wastewater
Rysunek 5-7 Usuwanie koloru w ściekach tekstylnych
6. Historia w tle
QStone i EColoRO wspóÅ‚pracujÄ… nad zastosowaniem EC w Azji od 2019 roku. Kiedy EColoRO niestety musiaÅ‚o ogÅ‚osić upadÅ‚ość w 2020 roku, QStone zaÅ‚ożyÅ‚o spóÅ‚kÄ™ córkÄ™ QStone EC Water Treatment Solutions z udziaÅ‚em zaÅ‚ożycieli EColoRO i zatrudniÅ‚ byÅ‚ego starszego inżyniera procesu EColoRO na liÅ›cie pÅ‚ac.
W 2021 r. QStone EC i Lenntech rozpoczęły wspóÅ‚pracÄ™ w celu dalszego rozwoju technologii uzdatniania wody EC w Europie i poza niÄ….