Elektrokoagulacja (EC) do uzdatniania wody (ściekowej)
1. Teoria procesu
Gdy prąd elektryczny jest doprowadzany do płyt Fe (to samo dzieje się w przypadku Al), sole wodorotlenku Fe (wytrącanie Fe) tworzą się in situ z powodu rozpuszczenia protektorowych anod Fe (0). Fe (0) utlenia się do rozpuszczonego Fe (II), które następnie utlenia się dalej do Fe (III). Woda jest redukowana do gazowego wodoru (H2) i jonów hydroksylowych (OH-) na katodzie, a te jony hydroksylowe mogą łączyć się z jonami metali, tworząc wodorotlenki metali. Szybkość powstawania tych gatunków jest bezpośrednio związana z zastosowanym natężeniem prądu, ponieważ ich powstawanie jest ograniczone przez przeniesienie elektronu. Po ich utworzeniu jony metali i wodorotlenki metali działają jako koagulanty w procesie koagulacji. pH jest ważnym czynnikiem w obróbce EC, ponieważ determinuje specjację powstających kompleksów jonów metali (Fe(OH)2+, Fe(OH)4- , Fe(OH)3 , Fe2(OH)2 4+), jak pokazano na rysunku 1.2, a ze względu na swoją polaryzację przyciągają zanieczyszczenia. Większość z tych kompleksów słabo rozpuszcza się w wodzie i dlatego wytrąca i usuwa zanieczyszczenia z wody.
Przegląd reakcji zachodzących 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 związki
- Rozpuszczone ciała stałe
- Środki powierzchniowo czynne
- Tłuszcz, olej i smar
- Krzemionka
- Twardość
- Diesel
- Złożone związki organiczne
- Bakterie i wirusy
Zaletami elektrokoagulacji, oprócz szerokiego zakresu zanieczyszczeń, które można usunąć, są:
- Bez dodatkowego dodawania chemikaliów
- Mniejsza produkcja osadu
- Osad jest łatwy do odwodnienia (do 60% sm), bez dodawania chemikaliów
- Niższe CAPEX i OPEX w stosunku do klasycznej fizykochemicznej obróbki wstępnej
- Prosty sprzęt bez ruchomych elementów
- Bezbarwna i bezzapachowa obróbka
- Dobre osiedlanie się kłaczków
- Usunięto nawet najmniejsze koloidy
- Niskie zużycie energii
- Oddzielanie osadu przez prostą sedymentację
- Kompaktowa konstrukcja w pojemniku, wtyczce i wzmacniaczu; grać
- Niewielki ślad
W zależności od rodzaju ścieków, technologię 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 zależności od konfiguracji ogniwa elektrokoagulacyjnego i połączenia anod, są również związane z reakcjami zachodzącymi na interfejsie elektrody–roztwór.
W szczególności tworzenie warstw pasywnych lub tlenków hamuje rozpuszczanie i ogranicza reakcję przenoszenia ładunku na styku anoda-roztwór, co prowadzi do nadmiernego zużycia energii elektrycznej i zmniejsza wydajność energetyczną procesu. Nadmierne zużycie energii, jednorodność rozpuszczania i zanieczyszczenie anod to główne problemy, które mogą wystąpić.
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 ścieki. Obróbka usunie cząstki ChZT/BZT, krzemionkę, TSS, zmętnienie, metale ciężkie, twardość, częściowo składniki azotu, fosforany i kolor. Wszystkie te składniki zostaną wychwycone w kłaczkach koagulacyjnych i zostaną usunięte z wody przez sedymentację lub flotację.
Ogólnie rzecz biorąc, jednostka do elektrokoagulacji składa się z:
- Przesiewanie i neutralizacja
- Reaktor EC
- Zbiornik koagulacyjny
- Jednostka flotacyjna lub sedymentacyjna
- Zbiornik do przechowywania soli/chemikaliów + pompy dozujące
- Inwertery dostarczające wymagany prąd
- Zewnętrzna prasa filtracyjna/system odwadniania
4. Aplikacja
Biorąc pod uwagę różnorodność usuwania zanieczyszczeń, technologię EC można zastosować w następujących gałęziach przemysłu:
- 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. Przykłady pełnych systemów
Znormalizowane systemy zdecentralizowane są oparte na przepływie do leczenia:
- 25-50 m3/dzień – Kontener 20 stóp
- 100-300 m3/dzień – Kontener 20 stóp
- 300-500 m3/dzień – 40-stopowy kontener
- Powyżej 500 m3/dzień – 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
Przykład 3. Przemysłowe usuwanie odpadów stałych w Holandii
- Pasza: składowisko perkolacyjne (popiół denny i urobek z pogłębiania)
- Wydajność: 25 m3/h
- Cel: usuwanie metali ciężkich
Rysunek 5-4 Oczyszczalnia ścieków
Przykład 4. Przemysłowe usuwanie odpadów stałych w Holandii
- Pasza: składowisko perkolacyjne (popiół denny i urobek z pogłębiania)
- Wydajność: 25 m3/h
- Cel: usuwanie metali ciężkich
Rysunek 5-5 Popioły ze spalania odpadów stałych
Przykład 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 współpracują nad zastosowaniem EC w Azji od 2019 roku. Kiedy EColoRO niestety musiało ogłosić upadłość w 2020 roku, QStone założyło spółkę córkę QStone EC Water Treatment Solutions z udziałem założycieli EColoRO i zatrudnił byłego starszego inżyniera procesu EColoRO na liście płac.
W 2021 r. QStone EC i Lenntech rozpoczęły współpracę w celu dalszego rozwoju technologii uzdatniania wody EC w Europie i poza nią.