Elettrocoagulazione (EC) per il trattamento delle acque (reflue)
1. Teoria dietro il processo
Quando viene applicata corrente elettrica alle piastre di Fe (lo stesso accade per Al), si formano in situ sali di idrossido di Fe (precipitazione di Fe) a causa della dissoluzione degli anodi sacrificali di Fe (0). Fe (0) si ossida a Fe disciolto (II) che poi si ossida ulteriormente a Fe (III). L'acqua viene ridotta in gas idrogeno (H2) e ioni ossidrile (OH-) al catodo e questi ioni ossidrile possono combinarsi con gli ioni metallici per formare idrossidi metallici. Il tasso di formazione di queste specie è direttamente correlato all'intensità di corrente applicata, poiché la loro formazione è limitata dal trasferimento di elettroni. Dopo la loro formazione, gli ioni metallici e gli idrossidi metallici agiscono quindi come coagulanti nel processo di coagulazione. Il pH è un fattore importante nel trattamento EC, poiché determina la speciazione dei complessi di ioni metallici formati (Fe(OH)2+, Fe(OH)4- , Fe(OH)3 , Fe2(OH)2 4+), come mostrato in figura 1.2, e a causa della loro polarità, attirano gli inquinanti. La maggior parte di questi complessi si dissolve male nell'acqua e quindi precipiterà e ritirerà gli inquinanti dall'acqua.
Una panoramica delle reazioni che si verificano nel trattamento della CE è fornita nella Figura 1.1.
Figura 1‑2 Complessi metallici creato durante l'elettrocoagulazione di Al e Fe
2. Vantaggi CE
La forza della tecnologia è la rimozione di un'ampia varietà di inquinanti:
- COD / CDA
- Ioni di metalli e metalli pesanti
- Solidi sospesi
- Fosfati
- Solidi colloidali
- Mescole colorate
- Solidi disciolti
- Tensioattivi
- Grasso, olio e grasso
- Silice
- Durezza
- Diesel
- Composti organici complessi
- Batteri e virus
I vantaggi dell'elettrocoagulazione, oltre all'ampia gamma di inquinanti che possono essere rimossi, sono:
- Nessuna aggiunta aggiuntiva di prodotti chimici
- Meno produzione di fanghi
- I fanghi sono facili da disidratare (fino al 60% DM), senza aggiunta di prodotti chimici
- Inferiore CAPEX e OPEX rispetto al classico pretrattamento fisico-chimico
- Attrezzatura semplice senza elementi in movimento
- Trattamento incolore e inodore
- Buoni fiocchi di assestamento
- Rimossi anche i colloidi più piccoli
- Basso consumo energetico
- Separazione dei fanghi per semplice sedimentazione
- Costruzione compatta in contenitore, plug & gioca
- Ingombro ridotto
A seconda del tipo di acque reflue, la tecnologia può essere implementata in un sistema ZLD come:
- Pre-trattamento lucidante
- Post-trattamento
Figura 2-1 Rimozione del colore con EC
Punto di attenzione
Le prestazioni e l'efficienza energetica, pur dipendendo dalla configurazione della cella di elettrocoagulazione e dalla connessione degli anodi, sono anche correlate alle reazioni che si verificano all'interfaccia dell'elettrodo e della soluzione.
In particolare, la formazione di film passivi o ossidi, inibisce la dissoluzione e limita la reazione di trasferimento di carica all'interfaccia dell'anodo-soluzione e questo porta a un consumo eccessivo di elettricità e riduce l'efficienza energetica del processo. Consumo energetico eccessivo, uniformità nella dissoluzione e sporcamento degli anodi sono i principali problemi che possono verificarsi.
Con il know-how di EColoRO, QStone Capital e Lenntech sono riusciti a superare questi problemi ottimizzando la progettazione in termini di soluzioni idrauliche ed elettriche.
3. Il sistema CE
Il reattore di elettrocoagulazione è il reattore che tratta elettrochimicamente le acque reflue. Il trattamento rimuoverà le particelle di COD/BOD, silice, TSS, torbidità, metalli pesanti, durezza, componenti parzialmente azotati, fosfati e colore. Tutti questi componenti verranno catturati nei fiocchi di coagulazione e verranno rimossi dall'acqua per sedimentazione o flottazione.
In genere, l'unità di elettrocoagulazione esiste di:
- Screening e neutralizzazione
- Reattore EC
- Serbatoio di coagulazione
- Unità di flottazione o sedimentazione
- Serbatoio stoccaggio sale/prodotti chimici + pompe dosatrici
- Inverter che forniscono la corrente richiesta
- Filtropressa/sistema di disidratazione esterno
4. Applicazione
Data la varietà di rimozione degli inquinanti, la tecnologia CE può essere applicata ai seguenti tipi di industrie:
- Tessuto
- Pasta e carta
- Automobili
- Chimico e farmaceutico
- Cosmetici e detersivi
- Aeroporti
- Pittura
- Rifiuti solidi
- Plastica
- Birrifici e cantine
- Macelli
- Nazionale e Hotel
- Frutta e verdura
- Trattamento acqua di zavorra
- Torri di raffreddamento
5. Esempi di sistemi completi
I sistemi decentralizzati standardizzati si basano sul flusso da trattare:
- 25-50 m3/ giorno – Contenitore da 20 piedi
- 100-300 m3/ giorno – Contenitore da 20 piedi
- 300-500 m3/ giorno – Contenitore da 40 piedi
- Superiore a 500 m3/ giorno – Diversi container da 40 piedi
Esempio 1. Impianto pilota da 1 m3/h
Figura 5‑1 pilota EColoRO
Esempio 2. Azienda di birra in Uganda
- Mangime: effluente anaerobico
- Capacità: 25 m3/h
- Obiettivo: rimozione dei fosfati
Figura 5‑2 Sistema EC installato in un birrificio in Uganda
Figure 5‑3 Inside view of the EC system delivered to a brewery in Uganda
Figura 5-3 Vista interna del sistema CE consegnato a un birrificio in Uganda
Esempio 3. Gestore di rifiuti solidi industriali nei Paesi Bassi
- Mangime: discarica percolata (ceneri pesanti e detriti di dragaggio)
- Capacità: 25 m3/h
- Obiettivo: rimozione di metalli pesanti
Figura 5‑4 Impianto di trattamento delle acque di discarica
Esempio 4. Gestore di rifiuti solidi industriali nei Paesi Bassi
- Mangime: discarica percolata (ceneri pesanti e detriti di dragaggio)
- Capacità: 25 m3/h
- Obiettivo: rimozione di metalli pesanti
Figura 5‑5 Ceneri da incenerimento di rifiuti solidi
Esempio 5. Fabbrica di tintura tessile in Tamil Nadu, India
- Mangimi: tintura tessile & processo di lavaggio
- Capacità: 25 m3/h
- Obiettivo: COD, colore, rimozione durezza
Figura 5‑6 Sistema CE commissionato in India
Figura 5‑7 Rimozione del colore nelle acque reflue tessili
6. Cronologia in background
QStone ed EColoRO hanno lavorato insieme all'applicazione dell'EC in Asia dal 2019. Quando EColoRO ha dovuto purtroppo dichiarare bancarotta nel 2020, QStone ha creato una società affiliata QStone EC Water Treatment Solutions con il coinvolgimento dei fondatori di EColoRO e ha preso l'ex ingegnere di processo senior di EColoRO nel suo libro paga.
Nel 2021 QStone EC e Lenntech hanno iniziato a collaborare per migliorare l'ulteriore lancio della tecnologia di trattamento delle acque EC in Europa e oltre.