Elektrokoagulacio

Elektrokoagulado (EK), alinome radifrekvanca diatermio aŭ mallongonda elektrolizo, estas tekniko uzata por trakti lavakvon, uzitan akvon, industrie pretigitan akvon kaj por kuraca traktado. Elektrokoagulado forigas malpuraĵojn, kiuj estas ĝenerale pli malfacile forigeblaj per filtrado aŭ kemiaj traktado, kiel ekzemple emulsigita oleo, totalaj petrolaj hidrokarbonoj, refraktaraj organikaĵoj, suspensiigitaj solidoj kaj pezaj metaloj. Disponeblas multaj markoj de electrokoaguladaj aparatoj kaj ilia komplekseco varias inter simpla anodo kaj katodo al multe pli kompleksaj aparatoj kun regado pri elektrodaj potencialoj, pasivigo, konsumi anodon, ĉela REDOX potencialoj, la enkonduko ultrasonon, ultraviolan lumon kaj gamon de gasoj kaj reakciantoj por atingi la tiel nomatan Avancintan Oksidadan Procezon por refraktaraj organikaj substancoj. 

Kuraca traktado

Oni uzas fajnan dratan esplorilon, aŭ alian liveran ilon, por elsendi radiajn ondojn al histoj proksime al la esplorilo. Tio vibrigas molekulojn ene de la histo, kaj rapide pliigas la temperaturon, kaŭzante koaguladon de la proteinoj ene de la histo, efike mortiganta la histon. Per apliko de granda povo, eblas tute elsekigi la histon.

Akvotraktado

Per la modernaj teknologioj, redukto de elektraj bezonoj kaj miniaturigo de la bezonataj elektroproviziloj, EK-sistemoj fariĝis malaltekostaj por akvotraktado kaj industriaj procezoj tutmonde. [Tria-partia fonto bezonata]

Fono

Electrokoagulado ("elektro", signifanta apliki elektran kurenton al akvo kaj "koagulado", signifanta la procezon ŝanĝi la partiklan surfacan ŝargon, por ke la suspensiigita materio formu aglomeraĵon) estas altnivela kaj ekonomia akvotraktada teknologio. Ĝi efike forigas suspensiigitajn partiklojn eĉ sub mikrometraj niveloj, rompas emulsiojn kiel oleo kaj graso aŭ latekso, kaj oksidigas kaj eliminas pezajn metalojn el akvo sen uzi filtrilojn aŭ aldoni apartigajn kemiaĵojn.

Konata estas larĝa gamo de teknikoj por trakti uzitan akvon, kiuj inkluzivas biologiajn procezojn por nitratigado, sennitratigado kaj por forigi forsforon, kaj ankaŭ gamo de fiziko-kemiaj procezoj kiuj postulas kemian aldonon. La ofte uzitaj fiziko-kemiaj traktaj procezoj estas filtrado, aeroforigo, joninterŝanĝo, kemia precipitado, kemia oksidigado, karbona adsorbado, ultrafiltrado (UF), inversa osmoso (RO), elektrodializo, volatiligado kaj gasoforigo.

Utiloj

• Mekanika Filtrado traktas nur du aferojn pri malpura akvo: suspensiigitajn partiklojn pli grandajn ol 30µm kaj liberan oleon kaj grason.  Emulsiigita petrolo kaj graso damaĝas la filtrilojn, rezultante en tre altaj bontenaj kostoj. Elektrokoagulado traktas ajnan grandecon de suspensiigitaj solidoj (inkluzivanta detruajn >30µm partiklojn kaj pezajn metalojn kiuj povas erodi premodisketojn kaj prezenti danĝeron al la ekologio kaj al dungitoj). 
• Kemia trakto traktas suspensiigitajn solidojn, petrolon kaj grason kaj iujn pezajn metalojn—sed povas postuli ĝis tri polimerajn ŝanĝojn kaj multajn pH-ŝanĝojn por efika traktado. Ĉi tiu teknologio postulas la aldonon de kemiaĵoj, rezultante en altkosta, malorda kaj laborintensa traktado. Ĝi ankaŭ postulas uzi kunpremitan aeron por fluigi koagulitajn malpuraĵojn. Ĝenerale filtrado estas ankaŭ bezonata kiel posttraktada fazo por poluri. Elektrokoagulado postulas neniujn filtrilojn, nenian ĉiutagan bontenadon, neniujn aldonaĵojn kaj forigas ajnan grandecon de suspensiigitaj solidoj, petrolon, grason kaj pezajn metalojn.

Teknologio

Trakti uzitan akvon per EK estis praktikata dum la plejparto de la 20a jarcento kun kreskanta populareco. En la 2010-aj jaroj, oni uzadis ĉi tiun teknologion en Usono, Sud-Ameriko kaj Eŭropo por trakti industrian uzitan akvon kiu enhavas metalojn. Estas notinde ke en Nordameriko EK estas ĉefe uzata por trakti lavakvon el la industrioj pri pulpo kaj papero, la minindo kaj la metalotraktado. Granda malvarmiga turo (3800 litroj/minuto) en El Paso, Teksaso, ilustras la kreskantan akcepton de elektrokoagulado al la industria komunumo. Krome, EK estis aplikita trakti akvon enhavanta rekrementon, petrolajn forĵetaĵojn, tinkturojn, forĵetaĵojn el jaktejoj, publika transito, lavakvo, inko, suspensiigitaj partikloj, kemiaĵoj, forĵetaĵoj el mekanika polurado, organika materio el rubodeponeja trafiltraĵo, malfluorizado de akvo, forĵetataj sintezaj lesivoj kaj solvaĵoj enhavantaj pezajn metalojn.

Koagulado

Koagulado estas unu el la plej gravaj fiziko-kemiaj reakcioj uzata en akvotraktado. Jonojn (de pezaj metaloj) kaj koloidojn (organikajn kaj neorganikajn) plejparte tenas en solvaĵo elektraj ŝargoj. Aldoni jonojn kun kontraŭaj ŝargoj, malstabiligas la koloidojn, koagulante ilin. Koagulado estas atingebla per kemiaj aŭ elektraj metodoj. Aluno [Al₂(SO₄)₃^.18H₂O] estas tia kemia substanco, kiu estas ĝenerale uzata dum longa tempo por trakti uzitan akvon.

Oni daŭre rekonsideras la mekanismon de koagulado. Oni ĝenerale akceptas[citaĵo bezonata], ke koaguladon igas la redukto de la surfaca ŝargo al punkto kie la koloidaj partikloj, antaŭe stabiligita de elektrostata repulso, povas alproksimiĝi sufiĉe por ke la forto de van der Waals tenu ilin kune kaj kaŭzi agregadon. La redukto de la surfaca ŝargo estas sekvo de la malkresko de la forpela potencialo de la elektra duobla tavolo en la ĉeesto de elektrolito havanta kontraŭan ŝargon. En la EK-procezo, la koagulanto estas produktita tie de elektroliza oksidado de konvena anoda materialo. En ĉi tiu procezo, ŝargitaj jonoj—metaloj aŭ aliaj—estas forigataj el uzita akvo, igante ĝin reakcii kun jono havanta kontraŭan ŝargon, aŭ kun floko de metala hidroksido produktita ene de la elfluaĵo.

Eletrokoagulado donas alternativon al la uzo de metalaj saloj aŭ polimeroj kaj polielektrolitoj por rompi stabilajn emulsiojn kaj suspensiojn. La teknologio forigas metalojn, koloidajn solidojn kaj partiklojn, kaj solveblajn neorganikajn malpuraĵojn el akva medio per la aldono de tre ŝargitaj polimeraj metalhidroksidoj. Tiuj neŭtraligas la elektrostatajn ŝargojn sur suspensiitaj solidoj kaj petrolaj gutetoj, por faciligi aglomeradon aŭ koaguladon kaj rezultan apartigon de la akva fazo. La traktado instigas la precipitadon de certaj metaloj kaj saloj.

"Kemia koagulado estis uzata dum jardekoj por malstabiligi suspensiojn kaj precipitigi solveblajn metalajn entojn, kaj aliajn neorganikajn entojn el akvaj fluaĵoj, tiel ebligante ilian forigon per sedimentado aŭ filtrado. Oni uzas alunon, kalkon aŭ polimerojn kiel kemiajn koaguligantojn. Ĉi tiuj procezoj, tamen, emas produkti grandan volumenon de ŝlimo kun forte ligita akvo ene, kiu eble estos malrapide filtrebla kaj malfacile senakvigebla. Tia traktado ankaŭ emas pliigi la totalan solvitan solidan (TDS) enhavon en la elfluaĵo, farante ĝin neakceptebla por reuzi ene de industriaj aplikoj." "Kvankam la elektrokoagulada mekanismo similas kemian koaguladon ĉar la katjona ento neŭtraligas surfacajn ŝargojn, la karakterizoj de la elektrokoagulita floko tre diferencas de tiuj produktitaj de kemia koagulado. Elektrokogulita floko emas enhavi malpli da ligita akvo, estas pli ŝirorezista kaj estas pli facile filtrebla"

Priskribo

En ĝia plej simpla formo, elektrokoagulada reaktoro konsistas el elektroliza ĉelo kun unu anodo kaj unu katodo. Kiam konektita al ekstera elektrofonto, la anoda materialo volas elektrokemie korodiĝi pro oksidigo, dum la katodo estos submetita al pasivigo.

EK-sistemo esence konsistas el paroj de konduktaj metalaj platoj paralelaj, kiuj agas kiel unupolusaj elektrodoj. Ĝi bezonas fonton de kontinua kurento, rezistan skatolon por regi la kurentan densecon kaj plurmezurilon por mezuri la kurenton. La konduktivaj metalaj platoj ĝenerale nomiĝas "konsumeblaj elektrodoj." La konsumebla anodo malaltigas la likvigan potencialon de la anodo kaj minimumigas la pasivigon de la katodo. La konsumeblaj anodoj kaj katodoj povas esti el la sama aŭ malsama materialo.

La aranĝo de unupolusaj elektrodoj kun ĉeloj en serio estas elektre simila al unu sola ĉelo kun multaj elektrodoj kaj interligoj. En seriĉela aranĝo, pli alta potenciala diferenco estas bezonata por fluigi specifan kurenton, ĉar la ĉeloj konektitaj en serio havas pli altan reziston. Tamen, la sama kurento fluas tra ĉiuj elektrodoj. Aliflanke, en paralela aŭ dupolusa aranĝo, la elektra kurento estas dividata inter ĉiuj elektrodoj en rilato al la rezisto de la individuaj ĉeloj, kaj ĉiu faco sur la elektrodo havas malsaman polusecon.

Dum elektrolizo, ĉe la pozitiva flanko okazas anodaj reakcioj, dum sur la negativa flanko, katodaj reakcioj okazas. Konsumeblaj metalaj platoj, kiel fero aŭ aluminio, estas kutime uzataj kiel konsumeblaj elektrodoj por kontinue produkti jonojn en la akvo. La liberigitaj jonoj neŭtraligas la ŝargojn de la partikloj kaj tiel instigas koaguladon. La liberigitaj jonoj forigas nedezirindan malpuraĵojn aŭ per kemia reakcio kaj precipitado, aŭ kaŭzante la koloidan materialon al unuiĝi, kiu tiam povas esti forigita per flosigado. Krome, kiel akvohavantaj koloidaj partikloj, petrolaj aŭ aliaj malpuraĵoj moviĝas tra la aplikata elektra kampo, tie eble okazas jonigo, elektrolizo, hidrolizo kaj aperas liberaj radikaloj, kiuj povas ŝanĝi la fizikajn kaj kemiajn ecojn de la akvo kaj malpuraĵoj. Tial, la reakcia kaj ekscitita stato liberigas malpuraĵojn for de la akvo kaj detruas aŭ solvigas ilin.

Gravas noti, ke elektrokoagulada teknologio ne povas forigi senlime solveblan materion. Tial jonoj kun molekulaj masoj pli malgrandaj ol tiuj de Ca⁺² aŭ Mg⁺² ne povas esti forigitaj el la akva medio.

Reakcioj ene de la elektrokoagulada reaktoro

Ene de la elektrokoagulado reaktoro, pluraj apartaj elektrokemiaj reakcioj okazas sendepende. Ĉi tiuj estas:

• Ekkristaligo, rezultanta de la anoda redukto de metalaj jonoj kiuj fariĝas novaj centroj por pli grandaj, stabilaj, nesolveblaj kompleksoj, kiuj precipitas kiel kompleksaj metalaj jonoj.
• Rompi emulsion, rezultante de la oksigeno kaj hidrogenaj jonoj kiuj ligas al la akvaj receptoraj ejoj de emulsiaj petrolaj molekuloj, kreante nesolveblan komplekson apartiganta akvon de petrolo, la drilkoto, tinkturoj, inkoj, ktp.
• Halogen-kompleksado, dum la metalaj jonoj ligas sin mem al kloro en klorizita hidrokarbona molekulo, rezultanta en granda nesolvebla komplekso apartiganta akvon de insekticidoj, herbicidoj, klorizitaj poliklorizita bifenilo (PKD), ktp.
• Blankigado de la oksigenaj jonoj produktitaj en la reakcia ĉambro oksidigas tinkturojn, cianidojn, bakteriojnj, virusojn, biologiajn venenojn, ktp. Elektrona inundo de la elektrodoj kaŭzas la formiĝon de jonoj, kiuj portas la ŝargojn en la akvon, elimimante la polusan efikon de la akva komplekso, precipitas koloidajn materiojn, kaj la kurentrega jontransporto inter la elektrodoj kreas osmotan premon kiu fendas bacteriojn, kistojn kaj virusojn.
• Redoksaj reakcioj estas devigitaj reakcii ĝis ilia natura finpunkto ene de la reakcia rezervujo, kiu rapidigas la naturan procezon kiu okazas en malseka kemio, kie koncentriĝaj gradientoj kaj solveblecaj produtoj (KsP) plejparte ebligas ke la reakcioj atingas stekiometrian kompletecon.
• Elektrokoagulado puŝas la pH al neŭtrala.

Optimumaj reakcioj

Nepras zorge elekti la materion por la reakcia rezervujo, kaj regi la fluon, flurapidon kaj pH. Elektrodoj povas esti faritaj el fero, aluminio, titanio, grafito aŭ aliaj materioj, depende de la uzita akvo traktota kaj la malpuraĵoj forigotaj. Temperaturo kaj premo ŝajne havas malgrandan efikon sur la procezo.

En la EK-precezo la malpura akvomiksaĵo apartiĝas en flosanta tavolo, mineralriĉa floka amaso alfundiĝas aŭ en la reakciujo aŭ en posta rezervujo. La flosanta tavolo estas forigita per troaĵa bariero kaj movita al ŝlimkolekta rezervujo. Post apartigo, la ŝlimo estas sekigita al duonseka stato per mekanika premilo.

Avantaĝoj

• EK postulas simplan ekipaĵon kaj facile funkcias kun sufiĉa operacia latitudo pritrakti plejpartojn de problemoj renkontitaj dum funkciado.
• Uzita akvo traktita per EK donas trinkinda, klara, senkolora kaj senodora akvo.[Citaĵo bezonata]
• Ŝlimo formita per EK emas facile precipiti kaj estas facile senakvigebla, kompare al tradiciaj ŝlimoj per aluno aŭ fera hidroksido, ĉar la plejparte metalaj oksidoj/hidroksidoj ne havas restantan ŝargon.
• Flokoj formitaj per EK estas similaj al kemia floko, escepte ke EK-floko emas esti multe pli granda, enhavas malplian malliberan akvon, estas acidrezista kaj pli stabila, kaj sekve, estas apartigebla pli rapide per filtrado.
• EK povas produkti elfluaĵon kun malpli da TDS (solida) enhavo kompare kun kemiaj traktoj, precipe se ili estas precipiteblaj kiel hidroksidoj aŭ karbonatoj (ekzemple magnezio kaj kalcio). EK ĝenerale ne, aŭ nur iomete, influas natriajn aŭ kaliajn jonojn en la solvaĵo.[Citaĵo bezonata]
• Se ĉi tiu akvo estas reuzota, la malalta TDS-nivelo kontribuas al reduktita akvoretrovo kosto.
• La EK-procezo havas la avantaĝon forigi la plej malgrandajn koloidajn partiklojn, ĉar la aplikata elektra kampo neutraligas eventualan restantan ŝargon, tiel faciligante la koaguladon.
• La EK-procezo ĝenerale evitas troan uzon de kemiaĵoj kaj sekve reduktas la postulon neŭtraligi ekscesajn kemiaĵojn, kaj reduktas la eblecon de duaranga polucio kaŭzita de kemiaj substancoj aldonitaj je alta koncentriĝo, kiel kiam oni uzas kemian koaguladon de uzita akvo.
• La gaso eferveskanta dum elektrolizo povas konvene porti la malpuraĵajn erojn al la supro de la solvaĵo, kie ĝi povas esti pli facile koncentrita, kolektita kaj forigita de motora senŝaumigilo.
• La elektrolizaj procezoj en la EK-ĉelo estas regataj elektre, kaj kun neniuj moviĝantaj partoj, kaj tiel postulas malplian bontenadon.
• Dozi alvenantan uzitan akvon per natria hipoklorito helpas redukti la biokemian oksigenan postulon (BOD), kaj sekve la kemian oksigenan postulon (MORUO), kvankam oni devus eviti tion por uzita akvo enhavanta altajn nivelojn de solvita amoniako (NH4+), pro la formado de trihalogenigitaj metanoj (THM). Natria hipoklorito povas esti produktita uzanta elektroklorigado.
• Pro la bonegaj rezultoj de EK por forigi suspensiitajn solidojn kaj pro la simpleco de la EK-funkciado, elprovoj faritaj por la Usona Oficejo de Maramea Esplorado montris, ke la plej promesplena apliko de EK en membrana sistemo estis la antaŭtraktado al multimembrana sistemo de UFa/RO aŭ mikrofiltra/inversa osmozo (MFa/RO). En ĉi tiu funkcio la EK protektas la malalta-preman membranon, kiu estas pli ĝenerala ol protekto de kemia koagulado kaj pli efika. EK estas tre efika forigi nombron da membranmalpurigaj entoj, (kiel silico, alkalteraj metalaj hidroksidoj kaj transirgrupaj metaloj), kaj ankaŭ por forigi multajn specojn, kiujn kemia koagulado sole ne povas forigi. (Vidu Refraktara Organikaĵoj) [Citaĵo bezonata]

Vidu ankaŭ

• Industria traktado de uzita akvo
• Koagulado (akvotraktado)