ไมโครเร่งปฏิกิริยา-เทคโนโลยีอิเล็กโทรไลซิสสำหรับการบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรม

ด้วยการพัฒนาอุตสาหกรรมที่เร่งขึ้น -ความเข้มข้นสูง น้ำเสียที่ไม่เป็นระเบียบที่ถูกปล่อยออกจากอุตสาหกรรม เช่น การย้อมสี ยา และสารเคมี ได้กลายเป็นปัญหามลพิษทางสิ่งแวดล้อมหลัก วิธีบำบัดทางชีวภาพแบบดั้งเดิมไม่มีประสิทธิภาพสำหรับน้ำเสียที่มีพิษสูงและมีสี ในขณะที่เทคโนโลยีออกซิเดชันขั้นสูงต้องเผชิญกับปัญหาคอขวดด้านต้นทุนสูง เหล็ก-คาร์บอนไมโคร-อิเล็กโตรไลซิส (Fe/C Micro-อิเล็กโทรไลซิส) ซึ่งเป็นกระบวนการปรับสภาพเคมีกายภาพและเคมีเชิงฟิสิกส์ที่ใช้พลังงานสีเขียวและต่ำ- ช่วยเพิ่มความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพของน้ำเสียได้อย่างมีนัยสำคัญ และสลายสารมลพิษได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านผลการทำงานร่วมกันของการลดออกซิเดชันเคมีไฟฟ้า- กลายเป็นความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สำคัญในระบบบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรม

ในทศวรรษ 1970 เทคโนโลยีอิเล็กโทรไลซิสของเหล็ก-คาร์บอนไมโคร-ถูกนำมาใช้ในการบำบัดน้ำเสียเป็นครั้งแรก เนื่องจากเทคโนโลยีไมโคร-อิเล็กโตรไลซิสสอดคล้องกับแนวคิดการปกป้องสิ่งแวดล้อมของ "การบำบัดของเสียด้วยของเสีย" มีต้นทุน-อัตราส่วนประสิทธิผลสูง และให้ผลการบำบัดที่ดี ปัจจุบันจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรมประเภทต่างๆ กลไกการเกิดปฏิกิริยาสำหรับการกำจัดมลพิษด้วยเทคโนโลยีอิเล็กโตรไลซิสของเหล็ก-คาร์บอนไมโคร-แสดงในรูปที่ 4 ซึ่งส่วนใหญ่รวมถึงปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเดชัน- การตกตะกอนและการดูดซับ การเสริมสมรรถนะทางเคมีไฟฟ้า และการดูดซับทางกายภาพ

1) ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-ปฏิกิริยารีดักชัน

เทคโนโลยีอิเล็กโทรไลซิสของเหล็ก-คาร์บอนไมโคร-วางเหล็ก (แอโนด) และคาร์บอน (แคโทด) ในน้ำเสียทางอุตสาหกรรมเพื่อสร้างเซลล์กัลวานิก ซึ่งสร้างชุดของสารออกซิไดซ์และรีดิวซ์เพื่อย่อยสลายมลพิษในน้ำเสีย ศักย์ไฟฟ้าของขั้วบวกเหล็ก E(Fe/Fe2+) อยู่ที่ -0.44V สร้างความต่างศักย์ 1.2V ด้วยแคโทดคาร์บอน ทำให้เกิดปฏิกิริยาอิเล็กโทรดเกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง

2) การตกตะกอนและการดูดซับ

ในระหว่างปฏิกิริยาไมโคร-อิเล็กโทรไลซิส โลหะแอโนดจะกัดกร่อนเพื่อสร้างไอออนของโลหะ ภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง ไอออนของโลหะเหล่านี้จะก่อตัวเป็นก้อนไฮดรอกไซด์ที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถดูดซับอินทรียวัตถุที่ละลายและอนุภาคอินทรีย์แขวนลอยในน้ำเสียทางอุตสาหกรรมได้อย่างรวดเร็ว เมื่อความหนาแน่นของตะกอนมากกว่าความหนาแน่นของน้ำเสีย การแยกของแข็ง-ของเหลวสามารถทำได้โดยการเติมอากาศ การลอยอยู่ในน้ำ หรือการตกตะกอน

3) การเพิ่มคุณค่าทางเคมีไฟฟ้า

ในระหว่างกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสระดับไมโคร- ปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดจะเกิดขึ้นที่แอโนดและแคโทด ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่เสถียรระหว่างทั้งสอง อนุภาคที่มีประจุและคอลลอยด์ในน้ำเสียจะเคลื่อนที่ตามหลักการของประจุตรงข้ามที่ดึงดูดภายใต้แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต ส่งผลให้เกิดอิเล็กโตรโฟรีซิส ในที่สุด อนุภาคที่มีประจุและคอลลอยด์จะสะสมบนอิเล็กโทรด ทำให้สามารถกำจัดสารที่มีประจุออกจากน้ำได้ผ่านการรวมตัวทางเคมีไฟฟ้า

4) การดูดซับทางกายภาพ

ในปัจจุบัน ถ่านกัมมันต์ (AC) ส่วนใหญ่จะใช้เป็นวัสดุแคโทดในการบรรจุไมโคร-อิเล็กโทรไลซิส รูพรุนภายในจำนวนมากทำให้มีความสามารถในการดูดซับสูง โดยดูดซับทั้งมลพิษอินทรีย์และไอออนของโลหะหนักในน้ำเสียได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เทคโนโลยีอิเล็กโทรไลซิสของเหล็ก-คาร์บอนไมโคร-ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรมต่างๆ

สภาวะกระบวนการที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการบำบัดน้ำเสียจากเกลือไดอาโซเนียมโดยใช้เทคโนโลยี-คาร์บอนไมโคร-เหล็กคือ: อุณหภูมิห้อง ค่า pH ของน้ำเสียเริ่มต้น=2 อัตราส่วนของเหลว-ต่อ-ของแข็ง 12:5 และเวลาปฏิกิริยา 2.0 ชั่วโมง ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ อัตราการกำจัด COD ถึง 60.28%

กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสระดับไมโคร-โดยใช้เหล็ก-คาร์บอนถูกนำมาใช้ในการบำบัดน้ำเสียจากการย้อมและการพิมพ์ ภายใต้สภาวะการทำปฏิกิริยาที่เหมาะสม อัตราการกำจัด COD ความขุ่น สี แอมโมเนียไนโตรเจน และ TOC ในน้ำเสียอยู่ที่ 75.48%, 87.88%, 75.34%, 92.01% และ 81.09% ตามลำดับ กระบวนการนี้ได้รับการยืนยันโดยสเปกโทรสโกปีและแก๊สโครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมทรีเพื่อสลายสารมลพิษ เช่น เอสเทอร์และแอลกอฮอล์อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเปลี่ยนให้เป็นสารมลพิษอินทรีย์โมเลกุลขนาดเล็ก-ที่บำบัดทางชีวเคมีได้ง่าย

ระบบอิเล็กโทรไลซิสระดับไมโคร-ที่ใช้ธาตุเหล็ก-วาเลนต์เป็นศูนย์และถ่านกัมมันต์แบบเม็ดถูกนำมาใช้ในการบำบัดน้ำเสียจากโรงกลั่นล่วงหน้า ภายใต้สภาวะของ pH=3 ปริมาณธาตุเหล็กวาเลนต์-เป็นศูนย์ที่ 30 กรัม/ลิตร ปริมาณถ่านกัมมันต์แบบเม็ด 5.75 กรัม/ลิตร และเวลาปฏิกิริยา 15 นาที ระบบได้รับอัตราการกำจัด COD อยู่ที่ 38.3% สำหรับน้ำเสียจากการกลั่น

1. การควบคุมค่า pH:

สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด (pH=2~3): ช่วยเพิ่มปฏิกิริยาวิวัฒนาการของไฮโดรเจนแบบแคโทด และส่งเสริมการก่อตัวของ [H] แต่ต้องชั่งน้ำหนักความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนของอุปกรณ์

การเปลี่ยนผ่านที่เป็นกลาง: ต้องปรับ pH ไปที่ 8-9 เพื่อให้เกิดการตกตะกอนและการตกตะกอนของไอออนเหล็กที่เพียงพอ

2. โครงสร้างการบรรจุที่เป็นนวัตกรรมใหม่:

การออกแบบป้องกันการจับตัวเป็นก้อน: ใช้อนุภาคคาร์บอนคอมโพสิต-เหล็ก (เช่น Fe/C@Al₂O₃) หรือเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดเพื่อลดการเกิดฟิล์มทู่

การปรับเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยา: การใส่โลหะ เช่น Cu และ Mn ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายโอนอิเล็กตรอน (อัตราการกำจัด COD สามารถเพิ่มได้ 15%-20%)

3. การควบคุมการเติมอากาศแบบไดนามิก:

อัตราส่วนอากาศ-}ต่อ-น้ำ 3:1 ถึง 5:1 ป้องกันการเกาะตัวเป็นก้อนและให้สารออกซิแดนท์

โหมดเติมอากาศเป็นระยะ (เติมอากาศ 10 นาที ปิดเครื่อง 20 นาที) สามารถประหยัดพลังงานได้ 30%

4. พารามิเตอร์การออกแบบทางวิศวกรรมการบรรจุ:

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 >600กก./ตรม.

ความสูงของการบรรจุซ้อน: แนะนำที่ 2.0-3.0 ม. เพื่อหลีกเลี่ยงความหนาแน่นของการบรรจุมากเกินไป

ความสูงสุทธิ: ความสูงของเครื่องปฏิกรณ์ที่มีประสิทธิภาพ 1.2-1.5 ม. พร้อมพื้นที่ขยาย 20%

เหล็ก-อัตราส่วนมวลคาร์บอน: 3:1 ถึง 5:1 เพิ่มอัตราส่วนคาร์บอนสำหรับปริมาณอินทรีย์ที่สูง

1. กระบวนการไมโคร-อิเล็กโตรไลซิส-เฟนตัน (ME-เฟนตัน) โค-

การใช้ Fe²⁺ ที่สร้างโดยอิเล็กโตรไลซิสระดับไมโคร-เพื่อกระตุ้น H₂O₂ ในแหล่งกำเนิด: ข้อดี: ไม่ต้องใช้เกลือเหล็กภายนอก การผลิตตะกอนลดลง 40% เหมาะสำหรับน้ำเสียที่มีความเข้มข้นสูง-ที่มี COD > 5000 มก./ลิตร

2. การผสมไมโคร-อิเล็กโตรไลซิส-โดยวิธีทางชีวภาพ (ME-BAF)

ผังกระบวนการ: เซลล์อิเล็กโทรไลซิสระดับไมโคร- → การทำให้ตะกอนเป็นกลาง → ตัวกรองชีวภาพแบบเติมอากาศ (BAF)

ผลเสริมฤทธิ์กัน:

ไมโคร-อิเล็กโตรไลซิสกำจัดสารพิษทางชีวภาพ (เช่น ฟอร์มาลดีไฮด์และฟีนอล)

ปรับปรุงความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพของน้ำเสีย (BOD₅/COD เพิ่มขึ้นจาก 0.15 เป็น 0.35-0.45)

การกำจัดอินทรียวัตถุที่ละลายน้ำได้ลึกโดยวิธีทางชีวภาพ

3. เทคโนโลยีการแยกเมมเบรนแบบไมโคร-ด้วยกระแสไฟฟ้า-

ME-UF/MF: ไมโคร-อิเล็กโตรไลซิสฟล็อคทำหน้าที่เป็นการปรับสภาพก่อนการบำบัดเมมเบรน ลดการเปรอะเปื้อนของเมมเบรน และเพิ่มอัตราการนำฟลักซ์กลับคืนมา 25%

1. บูรณาการกระบวนการ:

"เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบเมมเบรน-อิเล็กโทรไลซิส- (ME-MBR): การบำบัดด้วยอิเล็กโทรไลซิสระดับไมโคร- + การเพิ่มประสิทธิภาพทางชีวเคมี + การแยกเมมเบรนทำให้มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเกือบ-เป็นศูนย์

2. การทำงานของวัสดุ:

วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนนาโน-ศูนย์-วาเลนต์-: พื้นที่ผิวจำเพาะเพิ่มขึ้นเป็น 200 ตร.ม./กรัม อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น 3 เท่า

3. การควบคุมอัจฉริยะ:

ระบบเพิ่มประสิทธิภาพไดนามิก AI: ปรับ pH และอัตราการเติมอากาศแบบเรียลไทม์ตามข้อมูลเซ็นเซอร์คุณภาพน้ำ ลดการใช้พลังงานลง 15%~25%