انعقاد الکتریکی تکنولوژی الکتروشیمیایی است که از طریق تولید یون‌های فلزی مانند Fe3+ و Al3+ که نقش ناپایدار ساز و منعقد کننده را داشته و باعث خنثی شدن بار الکتریکی آلاینده‌ها و ته نشینی و حذف آن‌ها می‌گردد. در این فرایند منعقد کننده در خود فرایند از طریق اکسید شدن الکترودها تولید می‌شود. یون‌های فلزی از طریق اکسید شدن و انحلال الکتروشیمیایی آند تولید می‌شوند. آهن و آلومینیوم به علت دسترسی آسان، فراوانی و ارزان بودن، غیر سمی بودن و ظرفیت الکتریکی بالا، متداول‌ترین مواد برای الکترود می‌باشند.
فرایند انعقاد الکتریکی در تصفیه پساب‌های مختلف از جمله پساب صنایع نساجی و رنگ، صنایع غذایی،پساب کارواش، پساب‌های دارای چربی و فلزات سنگین، تصفیه فاضلاب خانگی و… کاربرد داشته و در حذف آلاینده‌های این پساب‌ها موفق بوده است.
وووووتصفیه پساب توسط فرآیند انعقاد الکتریکی در محیط آزمایشگاه
مکانیسم فرایند EC:
در اين فرايند عامل حذف آلاينده ها که همان لخته هاي هيدروکسيد آهن يا آلومينيوم هستند، با اعمال جريان الکتريکي به الکترودهاي صفحه‌هاي شناور در نمونه مورد تصفيه، توليد مي‌شوند. خلاصه واکنش‌های انجام شده در الکترودها به صورت زیر می‌باشد.
واکنش‌های آند: انحلال شیمیایی در آند رخ می‌دهد و فلز به کاتیون اکسید می‌شود.
Z ظرفیت یون و میزان الکترون آزاد شده می‌باشد، هرچه تعداد این الکترون‌ها بیشتر باشد، ظرفیت حذف آلاینده بیشتر می‌باشد. رایج‌ترین پدیده برای کاتیون‌های فلزی آزاد شده از آند، تشکیل هیدروکسید این فلزات می‌باشد که انحلال‌پذیری بسیار کمی داشته و رسوب می‌کنند. آلاینده‌های آب توسط جذب فیزیکی یا شیمیایی همراه با این رسوبات ته‌نشین می‌شوند.
واکنش‌های کاتد: آب به هیدروژن و یون هیدروکسید کاهیده می‌شود.
علاوه بر این واکنش‌های پایه، واکنش‌های ثانویه‌ای هم انجام می‌گیرد و حذف آلاینده‌ها در این فرایند مکانیسم های متفاوتی می‌تواند داشته باشد، که این مکانیسم‌ها بستگی به طبیعت و جنس آلاینده دارد.
شماتیکی از برهم‌کنش های موجود در فرایند انعقاد الکتریکی در شکل زیر ارائه شده است.
ووووووووووووووووووووووووووشماتیک فرایند انعقاد الکتریکی
مزایا و معایب فرایند انعقاد الکتریکی:
مزایا:
- ترکیب اکسیداسیون، انعقاد و ته‌نشینی در نتیجه هزینه سرمایه‌گذاری کمتر
- کاهش مصرف مواد شیمیایی
- کاهش هزینه عملیاتی
- کاهش خطر تولید آلاینده‌های ثانویه
- تشکیل لجن کمتر و پایدارتر، با میزان آب کمتر
- عدم نیاز به قطعات متحرک
- قابلیت استفاده از انرژی خورشیدی
معایب:
- غیرفعال شدن الکترودها با گذشت زمان
- نیاز به پسابی با رسانایی بالا.
پارامترهای موثر در فرایند انعقاد الکتریکی
-
دانسیته جریان الکتریکی:
انعقاد الکتریکی به عنوان تابعی از جریان الکتریکی تعریف می‌شود.
I: جریان الکتریکی
iA و ic : نسبت جریان به سطح کاتد و آند (دانسیته جریان الکتریکی)
SA و Sc : سطح کاتد و آند
افزایش دانسیته جریان، دوز منعقدکننده ها (هیدروکسید های فلزی) و نرخ تولید هیدروژن را افزایش می‌دهد. با افزایش تولید هیدروژن نرخ تولید حباب‌ها افزایش می‌یابد که باعث بهبود انتقال جرم بین آلاینده، منعقدکننده و گاز می‌گردد.
-
pH :
از آنجایی که جذب توسط رسوبات هیدروکسید فلزی صورت می‌گیرد بنابراین جذب و انعقاد بسیار وابسته به pH می‌باشد و این پارامتر بر مکانیسم تولید منعقد کننده ها نیز تاثیر می‌گذارد.
-
رسانایی پساب:
دانسیته جریان بسیار وابسته به رسانایی پساب می‌باشد. افزایش رسانایی مصرف انرژی و زمان ماند لازم برای میزان حذف مشخص را کاهش می‌دهد. برای افزایش رسانایی آب معمولا از نمک سدیم کلراید استفاده می‌شود. کلر موجود در این نمک از تشکیل رسوب کلسیم کربنات بر روی سطح الکترودها نیز جلوگیری می‌کند.
-
دما:
با توجه به نوع پساب افزایش دما می‌تواند تاثیر مثبت یا منفی بر فرایند انعقاد الکتریکی داشته باشد.
-
غلظت آنیون‌ها:
حضور آنیون‌های مختلف تاثیرات متفاوتی بر ناپایدارسازی یون‌های فلزی دارد. برای مثال یون سولفات از خوردگی و انحلال الکترودها جلوگیری کرده و باعث کاهش راندمان ناپایدارسازی کلوییدها می‌شود. از طرفی یون کلراید و نیترات با تجزیه لایه غیرفعال تشکیل شده توسط یون سولفات، باعث انحلال بهتر الکترود و افزایش راندمان می‌گردد.
-
طراحی وهندسه الکترودها:
آرایش الکترودها:
فرایند انعقاد الکتریکی تحت تاثیر آرایش و فواصل الکترودها می‌باشد. با افزایش فاصله الکترودها، افت اهمی و مصرف انرژی افزایش می‌یابد. هرچه فاصله الکترودها کمتر باشد، حباب‌های بیشتری تولید شده، سطح انتقال جرم افزایش یافته و سرعت واکنش منعقد کننده و آلاینده افزایش می‌یابد. از طرفی فاصله الکترودها تعیین کننده زمان ماند پساب در راکتور می‌باشد. دو نوع آرایش کلی برای الکترودها وجود دارد:
آرایش تک‌قطبی (Monopolar): در این نوع آرایش کاتدها به یکدیگر و آندها نیز به یکدیگر متصل هستند.
آرایش دو قطبی (Bipolar): در این نوع آرایش فقط الکترودهای ابتدا و انتها به منبع تغذیه وصل هستند و الکترودهای بین آن‌ها توسط القای الکتریکی، قطبی می‌شوند.
شکل زیر شماتیک این دو نوع آرایش را نشان می‌دهد.
ووووووووووووووووووو دa) آرایش دو قطبی b) آرایش تک قطبی
طراحی راکتور:
این پارامتر بر رژیم جریان، تشکیل توده، بازدهی حذف و ته‌نشینی/شناورسازی تاثیر می‌گذارد و طراحی آن با در نظر گرفتن هدف نهایی صورت می‌گیرد.
یکی از چالش‌های احداث واحد فرایند انعقاد الکتریکی در مقیاس صنعتی، طراحی یک راکتور با عملکرد بهینه می‌باشد. متاسفانه راکتورهای فرایند انعقاد الکتریکی موجود در صنعت، به علت عدم طراحی آن‌ها بر پایه داده‌های علمی و آزمایشگاهی، در حذف آلاینده‌ها و تصفیه پساب موفق عمل نکرده‌اند. شرکت پالا فرایند راستین آماده ارائه خدمات آزمایشگاهی به منظور تعیین پارامترهای طراحی بهینه برای احداث واحد صنعتی با توجه به مشخصات پساب می‌باشد.