میکرو کاتالیزوری-فناوری الکترولیز برای تصفیه فاضلاب صنعتی

با صنعتی شدن شتابان، غلظت{0} بالا و فاضلاب غیرقابل تحملی که از صنایعی مانند رنگرزی، داروسازی و مواد شیمیایی تخلیه می‌شود، به یک مشکل اصلی آلودگی زیست‌محیطی تبدیل شده است. روش‌های تصفیه بیولوژیکی سنتی برای فاضلاب‌های بسیار سمی و رنگی ناکارآمد هستند، در حالی که فناوری‌های اکسیداسیون پیشرفته با گلوگاه هزینه‌های بالا مواجه هستند. الکترولیز آهن{3}}میکرو کربن- (Fe/C میکرو-الکترولیز)، به عنوان یک فرآیند پیش تصفیه فیزیکوشیمیایی سبز و کم مصرف{6}، به طور قابل توجهی تجزیه پذیری زیستی فاضلاب را بهبود می‌بخشد و آلاینده‌ها را به طور موثری از طریق اثر هم‌افزایی تکنولوژیکی{7} تجزیه و تحلیل می‌کند. در سیستم های تصفیه فاضلاب صنعتی

در دهه 1970، فناوری الکترولیز آهن{1}}میکرو کربن- برای اولین بار برای تصفیه فاضلاب استفاده شد. از آنجایی که فناوری میکرو{4}}الکترولیز با مفهوم حفاظت از محیط زیست "تصفیه زباله با زباله"، دارای نسبت اثربخشی هزینه{5} بالا و نتایج تصفیه خوب است، اکنون به طور گسترده برای تصفیه انواع مختلف فاضلاب صنعتی استفاده می شود. مکانیسم واکنش برای حذف آلاینده توسط فناوری الکترولیز آهن-میکرو کربن-در شکل 4 نشان داده شده است، که عمدتاً شامل واکنش‌های کاهش اکسیداسیون، لخته‌سازی و جذب، غنی‌سازی الکتروشیمیایی و جذب فیزیکی می‌شود.

1) اکسیداسیون{1}}واکنش‌های کاهش

فن‌آوری الکترولیز آهن{0}}میکرو کربن- آهن (آند) و کربن (کاتد) را در فاضلاب صنعتی قرار می‌دهد تا یک سلول گالوانیکی ایجاد کند و مجموعه‌ای از مواد اکسیدکننده و کاهنده را برای تخریب آلاینده‌ها در فاضلاب تولید کند. پتانسیل الکترود آند آهن، E(Fe/Fe2+)، -0.44V است، که اختلاف پتانسیل 1.2V را با کاتد کربن ایجاد می‌کند و اجازه می‌دهد واکنش‌های الکترود در هر دو الکترود رخ دهد.

2) لخته سازی و جذب.

در طی واکنش میکرو{0}}الکترولیز، فلز آند خورده می‌شود و یون‌های فلزی تولید می‌کند. در شرایط قلیایی، این یون‌های فلزی لخته‌های هیدروکسیدی با سطح ویژه بزرگ تشکیل می‌دهند که می‌توانند به سرعت مواد آلی محلول و ذرات آلی معلق را در فاضلاب صنعتی جذب کنند. هنگامی که چگالی لخته بیشتر از چگالی فاضلاب است، جداسازی جامد{3}}مایع را می توان از طریق هوادهی، شناورسازی یا ته نشینی به دست آورد.

3) غنی سازی الکتروشیمیایی.

در طی فرآیند میکرو{0}}الکترولیز، واکنش‌های الکترودی در آند و کاتد رخ می‌دهد و یک میدان الکتریکی پایدار بین آنها ایجاد می‌کند. ذرات باردار و کلوئیدها در فاضلاب بر اساس اصل جذب بارهای مخالف تحت جاذبه الکترواستاتیک حرکت می کنند و در نتیجه الکتروفورز انجام می شود. در نهایت، ذرات باردار و کلوئیدها روی الکترودها انباشته می شوند و از طریق تجمع الکتروشیمیایی، مواد باردار از آب حذف می شوند.

4) جذب فیزیکی.

در حال حاضر، کربن فعال (AC) بیشتر به عنوان ماده کاتد در بسته‌بندی میکرو{0}الکترولیز استفاده می‌شود. منافذ داخلی متعدد آن به آن ظرفیت جذب قوی می دهد و به طور موثر هم آلاینده های آلی و هم یون های فلزات سنگین را در فاضلاب جذب می کند.

فناوری الکترولیز{0}}میکرو کربن- آهن به طور گسترده در تصفیه فاضلاب های صنعتی مختلف استفاده می شود.

شرایط فرآیند بهینه برای تصفیه فاضلاب نمک دیازونیوم با استفاده از فناوری الکترولیز آهن -میکرو کربن- عبارتند از: دمای اتاق، pH اولیه فاضلاب=2، نسبت مایع-به جامد 12:5 و زمان واکنش 2.0 ساعت. در این شرایط میزان حذف COD به 60.28 درصد می رسد.

یک فرآیند میکرو{0}}الکترولیز با استفاده از آهن-کربن برای تصفیه فاضلاب رنگرزی و چاپ استفاده شد. در شرایط واکنش بهینه، میزان حذف COD، کدورت، رنگ، نیتروژن آمونیاکی و TOC در فاضلاب به ترتیب 75.48، 87.88، 75.34، 92.01 درصد و 81.09 درصد بود. این فرآیند توسط طیف‌سنجی و کروماتوگرافی گازی{9}}طیف‌سنجی جرمی برای تجزیه مؤثر آلاینده‌هایی مانند استرها و الکل‌ها، تبدیل آنها به آلاینده‌های آلی مولکولی کوچک که به راحتی از نظر بیوشیمیایی قابل درمان هستند، تأیید شد.

یک سیستم میکرو{0}}الکترولیز با استفاده از آهن-صفر ظرفیت و کربن فعال دانه‌ای برای پیش تصفیه فاضلاب پالایشگاه استفاده شد. در شرایط pH{3}}، دوز آهن صفر{{4} 30 گرم در لیتر، دوز کربن فعال گرانولی 5.75 گرم در لیتر و زمان واکنش 15 دقیقه، سیستم به نرخ حذف COD 38.3 درصد برای فاضلاب پالایشگاه دست یافت.

1. کنترل pH:

محیط اسیدی (pH{0}}~3): واکنش تکامل هیدروژن کاتد را افزایش می‌دهد و تشکیل [H] را تقویت می‌کند، اما خطر خوردگی تجهیزات باید سنجیده شود.

انتقال خنثی: pH باید روی 8-9 تنظیم شود تا امکان لخته سازی و رسوب کافی یون های آهن فراهم شود.

2. ساختار بسته بندی نوآورانه:

طراحی ضد کیک شدن: از ذرات کامپوزیت آهن-کربن (مانند Fe/C@Al2O3) یا راکتورهای بستر سیال برای کاهش غیرفعال شدن بسته بندی استفاده کنید.

اصلاح کاتالیزوری: بارگیری با فلزاتی مانند مس و منگنز راندمان انتقال الکترون را بهبود می بخشد (نرخ حذف COD را می توان 15٪ -20٪ افزایش داد).

3. کنترل هوادهی دینامیکی:

نسبت هوا به آب 3:1 تا 5:1-به-از بسته‌بندی جلوگیری می‌کند و اکسیدان را فراهم می‌کند.

حالت هوادهی متناوب (10 دقیقه هوادهی، 20 دقیقه خاموشی) می تواند 30٪ در مصرف انرژی صرفه جویی کند.

4. پارامترهای طراحی مهندسی بسته بندی:

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 کیلوگرم بر متر مربع

ارتفاع انباشته بسته بندی: برای جلوگیری از تراکم بسته بندی بیش از حد، در 2.0-3.0 متر توصیه می شود.

ارتفاع خالص: ارتفاع موثر راکتور 1.2-1.5 متر، با فضای انبساط 20٪.

نسبت جرم آهن-کربن: 3:1 تا 5:1، نسبت کربن را برای بارهای آلی بالا افزایش دهید.

1. فرآیند میکرو-الکترولیز-Fenton (ME-Fenton)-

استفاده از Fe2+ تولید شده توسط میکرو-الکترولیز برای کاتالیز H2O2 در محل: مزایا: عدم نیاز به نمک های آهن خارجی، تولید لجن تا 40% کاهش می یابد، مناسب برای فاضلاب با غلظت بالا با COD > 5000 میلی گرم در لیتر.

2. ترکیب میکرو-الکترولیز-روش بیولوژیکی (ME-BAF)

جریان فرآیند: میکرو-سلول الکترولیز ← رسوب خنثی سازی ← فیلتر بیولوژیکی هوادهی (BAF)

اثرات هم افزایی:

میکرو-الکترولیز مواد بیوتوکسیک (مانند فرمالدئید و فنل) را حذف می‌کند.

تجزیه پذیری فاضلاب را بهبود می بخشد (BOD5/COD از 0.15 به 0.35-0.45 افزایش می یابد)

حذف عمیق مواد آلی محلول با روش های بیولوژیکی

3. میکرو-الکترولیز{2}}فناوری جداسازی غشایی

ME-UF/MF: میکرو-لخته های الکترولیز به عنوان پیش تصفیه قبل از عملیات غشایی عمل می کنند، رسوب غشاء را کاهش می دهند و نرخ بازیابی شار را تا ۲۵٪ افزایش می دهند.

1. یکپارچه سازی فرآیند:

"میکرو{0}}الکترولیز-بیوراکتور غشایی" (ME-MBR): پیش تصفیه میکرو-الکترولیز + بهبود بیوشیمیایی + جداسازی غشاء تقریباً-صفر انتشار می‌یابد.

2. عملکرد مواد:

مواد کامپوزیت نانو-صفر-آهن ظرفیت-کربن: سطح ویژه به 200 متر مربع در گرم افزایش یافت، سرعت واکنش 3 برابر افزایش یافت.

3. کنترل هوشمند:

سیستم بهینه‌سازی دینامیک هوش مصنوعی: pH و نرخ هوادهی را در زمان واقعی بر اساس داده‌های سنسور کیفیت آب تنظیم می‌کند و مصرف انرژی را 15% تا 25% کاهش می‌دهد.