טכנולוגיית אלקטרוליזה-קטליטית לטיפול בשפכים תעשייתיים

עם תיעוש מואץ, ריכוז גבוה-שפכים סוררים שהוזרמו מתעשיות כמו צביעה, תרופות וכימיקלים הפכו לבעיית זיהום סביבתית מרכזית. שיטות טיפול ביולוגיות מסורתיות אינן יעילות עבור שפכים רעילים וכרומטיים ביותר, בעוד שטכנולוגיות חמצון מתקדמות עומדות בפני צוואר בקבוק של עלויות גבוהות. ברזל-מיקרו-אלקטרוליזה של ברזל (Fe/C Micro-אלקטרוליזה), כתהליך טיפול מוקדם פיזיקוכימי בצריכה ירוקה- נמוכה, משפרת משמעותית את ההתכלות הביולוגית של שפכים ומפרקת ביעילות מזהמים באמצעות ההשפעה הסינרגטית של פריקה אלקטרו-טכנולוגית וחמצון חימצון אלקטרו-כימי. מערכות לטיפול בשפכים תעשייתיים.

בשנות ה-70, טכנולוגיית אלקטרוליזה של ברזל-פחמן- יושמה לראשונה לטיפול בשפכים. מכיוון שטכנולוגיית מיקרו-אלקטרוליזה מתיישרת עם תפיסת ההגנה על הסביבה של "טיפול בפסולת עם פסולת", בעלת יחס עלות-יעילות גבוה ותוצאות טיפול טובות, היא נמצאת כיום בשימוש נרחב לטיפול בסוגים שונים של שפכים תעשייתיים. מנגנון התגובה להסרת מזהמים על ידי טכנולוגיית אלקטרוליזה של ברזל-מיקרו-מתואר באיור 4, כולל בעיקר תגובות הפחתת חמצון, צפיפות וספיחה, העשרה אלקטרוכימית וספיחה פיזית.

1) חמצון-תגובות הפחתת

טכנולוגיית האלקטרוליזה של ברזל-פחמן{{1} ממקמת ברזל (אנודה) ופחמן (קתודה) בשפכים תעשייתיים ליצירת תא גלווני, ומייצרת סדרה של חומרים מחמצנים ומפחיתים כדי לבזות מזהמים בשפכים. פוטנציאל האלקטרודה של אנודת הברזל, E(Fe/Fe2+), הוא -0.44V, יוצר הפרש פוטנציאל של 1.2V עם קתודית הפחמן, מה שמאפשר לתגובות אלקטרודות להתרחש בשתי האלקטרודות.

2) פלוקולציה וספיחה.

במהלך תגובת המיקרו-אלקטרוליזה, מתכת האנודה קורוזיה כדי ליצור יוני מתכת. בתנאים אלקליים, יוני מתכת אלו יוצרים קבוצות הידרוקסיד עם שטח פנים ספציפי גדול, שיכולים לספוח במהירות חומר אורגני מומס וחלקיקים אורגניים מרחפים בשפכים התעשייתיים. כאשר צפיפות הגוש גדולה מצפיפות מי השפכים, ניתן להשיג הפרדת נוזלים מוצקים באמצעות אוורור, ציפה או שקיעה.

3) העשרה אלקטרוכימית.

במהלך תהליך המיקרו-אלקטרוליזה, מתרחשות תגובות אלקטרודות באנודה ובקתודה, ויוצרות ביניהן שדה חשמלי יציב. חלקיקים וקולואידים טעונים בשפכים נעים על פי העיקרון של מטענים מנוגדים שנמשכים תחת משיכה אלקטרוסטטית, וכתוצאה מכך אלקטרופורזה. בסופו של דבר, החלקיקים הטעונים והקולואידים מצטברים על האלקטרודות, ומשיגים הסרה של חומרים טעונים מהמים באמצעות צבירה אלקטרוכימית.

4) ספיחה פיזית.

נכון לעכשיו, פחם פעיל (AC) משמש בעיקר כחומר הקתודה באריזת מיקרו-אלקטרוליזה. הנקבוביות הפנימיות הרבות שלו מעניקות לו יכולת ספיחה חזקה, סופגת ביעילות גם מזהמים אורגניים וגם יוני מתכות כבדות בשפכים.

טכנולוגיית אלקטרוליזה של-פחמן-ברזל נמצאת בשימוש נרחב בטיפול בשפכים תעשייתיים שונים.

תנאי התהליך האופטימליים לטיפול בשפכי מלח דיאזוניום באמצעות טכנולוגיית אלקטרוליזה של-פחמן-ברזל הם: טמפרטורת החדר, pH ראשוני של שפכים=2, יחס נוזל-ל-מוצק 12:5 וזמן תגובה 2.0 שעות. בתנאים אלה, שיעור הסרת COD מגיע ל-60.28%.

נעשה שימוש בתהליך מיקרו-אלקטרוליזה באמצעות ברזל-פחמן כדי לטפל בשפכי צביעה והדפסה. בתנאי תגובה אופטימליים, שיעורי ההסרה של COD, עכירות, צבע, חנקן אמוניה ו-TOC בשפכים היו 75.48%, 87.88%, 75.34%, 92.01% ו-81.09%, בהתאמה. התהליך אושר על ידי ספקטרוסקופיה וכרומטוגרפיה של גז-לפירוק יעיל של מזהמים כגון אסטרים ואלכוהול, והפיכתם למזהמים אורגניים-קטנים מולקולות המטופלות בקלות ביוכימית.

מערכת מיקרו-אלקטרוליזה המשתמשת בברזל אפס- ופחם פעיל גרגירי שימשה לטיפול מוקדם בשפכי בית הזיקוק. בתנאים של pH =3, מינון ברזל אפס- ערכי של 30 גרם/ליטר, מינון פחם פעיל גרגירי של 5.75 גרם/ליטר וזמן תגובה של 15 דקות, השיגה המערכת קצב הסרת COD של 38.3% עבור מי שפכים של בתי הזיקוק.

1. בקרת pH:

סביבה חומצית (pH=2~3): משפרת את תגובת התפתחות המימן הקתודית ומעודדת היווצרות [H], אך יש לשקול את הסיכון של קורוזיה בציוד.

מעבר נייטרלי: יש להתאים את ה-pH ל-8-9 כדי לאפשר כמות מספקת של פקקולציה ומשקעים של יוני ברזל.

2. מבנה אריזה חדשני:

עיצוב נגד-התגבשות: השתמש בחלקיקי פחמן מרוכבים-ברזל (כגון Fe/C@Al₂O₃) או בכורים עם מיטה נוזלית כדי להפחית את פסיבית האריזה.

שינוי קטליטי: טעינה עם מתכות כמו Cu ו-Mn משפרת את יעילות העברת האלקטרונים (ניתן להגדיל את קצב הסרת COD ב-15%-20%).

3. בקרת אוורור דינמית:

יחס אוויר-ל-מים של 3:1 עד 5:1 מונע התגבשות אריזה ומספק חומר מחמצן.

מצב אוורור לסירוגין (10 דקות אוורור, 20 דקות כיבוי) יכול לחסוך 30% מצריכת האנרגיה.

4. פרמטרים של עיצוב הנדסי אריזה:

Particle Size Distribution: The packing particle size should not be too small. It is recommended to use 2-5cm shuttle-shaped packing with a porosity >60% and a strength >600 ק"ג/מ"ר.

גובה הערימה של אריזה: מומלץ ב-2.0-3.0 מטר כדי למנוע צפיפות אריזה מוגזמת.

גובה נטו: גובה כור אפקטיבי 1.2-1.5 מ', עם שטח הרחבה של 20%.

יחס מסת פחמן-ברזל: 3:1 עד 5:1, הגדל את יחס הפחמן עבור עומסים אורגניים גבוהים.

1. תהליך מיקרו-אלקטרוליזה-Fenton (ME-Fenton) Co-

ניצול Fe²⁺ שנוצר על ידי מיקרו-אלקטרוליזה כדי לזרז H₂O₂ באתרו: יתרונות: אין צורך במלחי ברזל חיצוניים, ייצור בוצה מופחת ב-40%, מתאים לשפכים בריכוז גבוה- עם COD > 5000 מ"ג/ליטר.

2. שילוב מיקרו-אלקטרוליזה-שיטה ביולוגית (ME-BAF)

זרימת תהליך: תא מיקרו-אלקטרוליזה ← שיקוע ניטרליזציה ← מסנן ביולוגי מאוורר (BAF)

השפעות סינרגטיות:

מיקרו-אלקטרוליזה מסירה חומרים ביו-טוקסיים (כגון פורמלדהיד ופנול)

משפר את הפירוק הביולוגי של שפכים (BOD₅/COD עולה מ-0.15 ל-0.35-0.45)

הסרה עמוקה של חומר אורגני מסיס בשיטות ביולוגיות

3. מיקרו-אלקטרוליזה-טכנולוגיית הפרדת ממברנה

ME-UF/MF: פקקי מיקרו-אלקטרוליזה משמשים כטיפול מקדים לפני טיפול בממברנה, מפחיתים עכירות ממברנות ומגדילים את שיעור התאוששות השטף ב-25%.

1. שילוב תהליכים:

"מיקרו-אלקטרוליזה-ביוריאקטור ממברנה" (ME-MBR): טיפול מקדים במיקרו-אלקטרוליזה + שיפור ביוכימי + הפרדת ממברנה משיגה כמעט-אפס פליטות.

2. פונקציונליות החומר:

חומר מרוכב פחמן ננו-אפס-ברזל-: שטח פנים ספציפי גדל ל-200 מ"ר לגרם, קצב התגובה גדל פי 3.

3. שליטה חכמה:

מערכת אופטימיזציה דינמית בינה מלאכותית: מכוונן את ה-pH וקצב האוורור בזמן אמת על סמך נתוני חיישני איכות המים, ומפחית את צריכת האנרגיה ב-15%~25%.