Spiral-Elektrokoagulation (S-EC)

Einführung in die Spiral-Elektrokoagulation (S-EC)

Sind Sie auf der Suche nach einer hocheffizienten und nachhaltigen Lösung für die industrielle Abwasserbehandlung?

Spiral-Elektrokoagulation (S-EC) von Spiraltec GmbH bietet modernste Technologie, die auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten ist. Diese Technologie ist darauf ausgelegt, eine vielfältige Palette an Verunreinigungen verschiedener Industrien zu behandeln. Was unser S-EC-System besonders macht, ist seine einzigartige Spiral-Elektrodenkonfiguration, welche die Flusshydrodynamik optimiert, Energie spart und die Effizienz bei der Entfernung von Verunreinigungen steigert.

Darüber hinaus arbeitet das System automatisch und verfügt über ein integriertes Überwachungssystem. Die wichtigsten Parameter wie pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperatur werden sowohl vor, als auch nach der Behandlung dokumentiert.

Wie funktioniert die Elektrokoagulation (EC)

Bei der Elektrokoagulation (EC) finden unterschiedliche elektrochemische Reaktionen an der Anode und Kathode einer elektrolytischen Zelle statt sobald eine externe Gleichspannung angelegt wird. Die EC erzeugt Metallkoagulanten durch elektrolytische Auflösung des Opferanodenmaterials (Aluminium oder Eisen). Im Falle von Aluminium erfolgt der anodische Prozess durch die oxidative Auflösung von Aluminium in wässriger Lösung, [siehe Reaktion (1)]. An der Kathode findet die reduktive Dissoziation von Wasser statt, [siehe Reaktion (2)].

Anode	Al_(s)→Al³⁺_(aq) + 3e⁻	(1)
Cathode	2H₂O + 2e⁻ → H₂_(g) + 2OH⁻_(aq)	(2)

Aluminiumionen (Al3+), die durch elektrolytische Auflösung der Anode erzeugt werden und als Koagulationsmittel dienen, hydrolysieren und bilden mononukleare Komplexe gemäß der folgenden Sequenz:

Al³⁺ +H₂O → Al(OH)²⁺ +H⁺	(3)
AlOH²⁺ + H₂O → Al(OH)⁺₂ + H⁺	(4)
Al(OH)⁺² + H₂O → Al(OH)₃ + H⁺	(5)
Al(OH)₃ + H₂O → Al(OH)^-₄ + H⁺	(6)

Reference: Jafari et al., 2023

Abbildung 1. Skizze der Gleichung 1 und Gleichung 2 im EC-Reaktor.
Die inerte Elektrode besteht normalerweise aus dem gleichen Material wie die Anode.

Anwendungen

Elektrokoagulation ist ein vielseitiges Verfahren zur Abwasserbehandlung, das in verschiedenen Industriezweigen Anwendung findet, u.a. in folgenden Bereichen:

Ölraffinerie, Gasexploration und -produktion

Petrochemische Industrie

Textilindustrie (z.B. Färberei)

Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung

Zellstoff- und Papierherstellung

Bergbau und Metallverarbeitung

Chemische und pharmazeutische Produktion

Fleischindustrie

Deponiesickerwasserbehandlung

Elektronik- und Halbleiterherstellung

Entfernung von Schadstoffen

Elektrokoagulation kann eine breite Palette von Schadstoffen, die in verschiedenen Abwasserströmen vorkommen, effektiv behandeln. Zu den gängigen Arten von Schadstoffen, die durch Elektrokoagulation behandelt werden, gehören:

Nr.	Verunreinigung	Bestandteile
1	Schwebstoffe	Partikel, Kolloide und Ablagerungen
2	Schwermetalle	Blei, Chrom, Kadmium, Arsen und Quecksilber
3	Organische Verbindungen	Öle und Fette, Tenside, Phenole, Farbstoffe und Pigmente
4	Phosphor	Orthophosphate, Polyphosphate, Organische Phosphor-Verbindungen
5	Bacteria and Pathogens	Bakterien, Viren
6	Trübung und Farbe	verursacht durch Schwebstoffe und gelöste Stoffe
7	Anorganische Ionen	Sulfat (SO₄), Fluorid (F)

Optimierung durch das Elektrokoagulationssystem

Prozessoptimierung durch innovative Elektrodenanordnung

Optimierte Strömungshydrodynamik
Optimierter Energieverbrauch

Drei Prozesse wurden in einem System integriert

Optimierung der Strömungshydrodynamik

Eine effiziente EC-Konfiguration sollte eine gleichmäßige Strömungsverteilung zwischen den Elektroden gewährleisten. Um die Strömungshydrodynamik der Spiral-Elektrokoagulation (S-EC) mit der konventionellen EC (vertikale Platten) zu vergleichen, wurde eine Strömungssimulation mit Computational Fluid Dynamics (CFD) unter ähnlichen Abmessungen und Bedingungen durchgeführt (siehe Abb. 2).

Wie sie der Abbildung entnehmen können, vergleichmäßigt und erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit der Spiral-EC im Vergleich zur konventionellen EC. In der konventionellen EC stören die vertikal angeordneten Plattenelektroden den Strömungskreislauf, sodass die Strömung nicht gleichmäßig zwischen den Elektroden zirkuliert und verteilt werden kann. Die Folge sind Ablagerungen welche zu einer Passivierung der Elektrode führen. Hierdurch verringert sich der Massentransferkoeffizient an der Anodenelektrode.

Optimierung des Energieverbrauchs

Abb. 3 vergleicht den Spannungsanstieg zwischen der konventionellen EC- und der Spiral-EC-Konfigurationen. Um den Energieverbrauch zu senken, sollte die Spannung so weit wie möglich reduziert werden. Allgemein können zwei Gründe für die Erhöhung der Spannung im EC Verfahren angegeben werden

Diese Probleme erhöhen den elektrischen Widerstand, und verhindern optimale Entfernungsresultate. Dies führt zu einem erhöhten Energieverbrauch. Um diesen Problemen entgegenzuwirken und einen Spannungsanstieg zu verhindern, ist die Verbesserung der Strömungsdynamik um die Elektroden entscheidend. Die Blasen werden herausgedrückt und der Massentransfer an der Anode verbessert sich. Die Spiral-EC-Konfiguration, [Abbildung 3], zeigt bei allen Konzentrationen verbesserte Ergebnisse bei niedrigeren Spannungen.