Suitability of electrocoagulation and filtration for mining water treatment
Vainio, Henri (2017)
Diplomityö
Vainio, Henri
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201705316959
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201705316959
Tiivistelmä
The aim of this thesis was to investigate the potential of a process where electrocoagulation and filtration are used in mining water treatment. In the literature part, mining industry in Finland and the need for sustainable development were presented. Next, the electrocoagulation and filtration were viewed based on their principles, affecting factors, benefits and limitations.
In the experimental part, the experiments were conducted batchwise so that the mining water was treated with electrocoagulation after which the formed slurry was collected and filtered. Electrode material and current density were chosen variables in electrocoagulation experiments while operating pressure was the only variable in filtration experiments. Anion and metal concentrations were analyzed from the treated water and in addition to this, the quality of the water samples during the experiments were monitored mainly by pH, reduction-oxidation potential and conductivity. The filtered slurry was studied primarily by comparing the filter cake moisture contents, average specific cake resistances, porosities and filtration times.
The results indicated that electrocoagulation removed effectively metals from the mining water and removal efficiency of 29.46 % for sulfate and 45.52 % for nitrate could be reached in large scale experiments. The increase in treatment time and applied current in electrocoagulation led to more efficient anion removal. When the applied current is the same, the use of aluminium electrodes resulted in overall better anion removal and increased average particle size compared to utilization of iron electrodes. In the case of filtration, increase in operating pressure led to increased average specific cake resistance for both slurry types. Furthermore, the slurries that were produced by using aluminium electrodes formed filter cakes that were more porous, contained more moisture and had higher average specific cake resistance. Tämän työn tarkoituksena oli tutkia mahdollisuutta käsitellä kaivosvettä prosessissa, jossa käytettiin sähkökoagulaatiota ja suodatusta. Kirjallisuusosassa esiteltiin Suomen kaivosteollisuutta ja tarvetta kestävälle kehitykselle. Seuraavaksi tarkasteltiin sähkökoagulaatio ja suodatus niiden periaatteiden, vaikuttavien tekijöiden, hyötyjen ja rajoitusten näkökulmasta.
Kokeellisessa osuudessa kokeet suoritettiin panostoimisesti siten, että kaivosvesi käsiteltiin sähkökoagulaatiolla, minkä jälkeen muodostunut liete kerättiin ja suodatettiin. Elektrodimateriaali ja sähkövirran tiheys valittiin muuttujiksi sähkökoagulaatiokokeissa, kun taas käyttöpaine oli ainoa muuttuja suodatuskokeissa. Anioni- ja metallipitoisuudet analysoitiin käsitellystä vedestä ja tämän lisäksi vesinäytteiden laatua tarkkailtiin pääasiassa pH:n, hapetus-pelkistyspotentiaalin ja sähkönjohtavuuden mukaan. Suodatettu liete tutkittiin vertailemalla ensisijaisesti suodinkakkujen kosteuspitoisuuksia, keskimääräisiä ominaisvastuksia, huokoisuuksia ja suodatusaikoja.
Tulokset osoittivat, että sähkökoagulaatio poisti tehokkaasti metalleja kaivosvedestä ja suuren mittakaavan kokeissa saavutettiin sulfaatille 29,46 % ja nitraatille 45,52 % erotustehokkuus. Käsittelyajan ja käytetyn sähkövirran kasvattaminen sähkökoagulaatiossa johti tehokkaampaan anionien poistamiseen. Kun käytetty sähkövirta oli sama, alumiinielektrodien käyttäminen johti yleisesti ottaen tehokkaampaan anionien poistoon ja kasvaneeseen keskimääräiseen partikkelikokoon rautaelektrodien käyttämiseen verrattuna. Suodatuksen tapauksessa lisääntynyt käyttöpaine johti suurempaan suodinkakun keskimääräiseen ominaisvastukseen molemmille lietetyypeille. Lisäksi alumiinielektrodien käytöstä muodostuva liete muodosti suodinkakkuja, jotka olivat huokoisempia, sisälsivät enemmän kosteutta ja joilla oli korkeampi keskimääräinen ominaisvastus.
In the experimental part, the experiments were conducted batchwise so that the mining water was treated with electrocoagulation after which the formed slurry was collected and filtered. Electrode material and current density were chosen variables in electrocoagulation experiments while operating pressure was the only variable in filtration experiments. Anion and metal concentrations were analyzed from the treated water and in addition to this, the quality of the water samples during the experiments were monitored mainly by pH, reduction-oxidation potential and conductivity. The filtered slurry was studied primarily by comparing the filter cake moisture contents, average specific cake resistances, porosities and filtration times.
The results indicated that electrocoagulation removed effectively metals from the mining water and removal efficiency of 29.46 % for sulfate and 45.52 % for nitrate could be reached in large scale experiments. The increase in treatment time and applied current in electrocoagulation led to more efficient anion removal. When the applied current is the same, the use of aluminium electrodes resulted in overall better anion removal and increased average particle size compared to utilization of iron electrodes. In the case of filtration, increase in operating pressure led to increased average specific cake resistance for both slurry types. Furthermore, the slurries that were produced by using aluminium electrodes formed filter cakes that were more porous, contained more moisture and had higher average specific cake resistance.
Kokeellisessa osuudessa kokeet suoritettiin panostoimisesti siten, että kaivosvesi käsiteltiin sähkökoagulaatiolla, minkä jälkeen muodostunut liete kerättiin ja suodatettiin. Elektrodimateriaali ja sähkövirran tiheys valittiin muuttujiksi sähkökoagulaatiokokeissa, kun taas käyttöpaine oli ainoa muuttuja suodatuskokeissa. Anioni- ja metallipitoisuudet analysoitiin käsitellystä vedestä ja tämän lisäksi vesinäytteiden laatua tarkkailtiin pääasiassa pH:n, hapetus-pelkistyspotentiaalin ja sähkönjohtavuuden mukaan. Suodatettu liete tutkittiin vertailemalla ensisijaisesti suodinkakkujen kosteuspitoisuuksia, keskimääräisiä ominaisvastuksia, huokoisuuksia ja suodatusaikoja.
Tulokset osoittivat, että sähkökoagulaatio poisti tehokkaasti metalleja kaivosvedestä ja suuren mittakaavan kokeissa saavutettiin sulfaatille 29,46 % ja nitraatille 45,52 % erotustehokkuus. Käsittelyajan ja käytetyn sähkövirran kasvattaminen sähkökoagulaatiossa johti tehokkaampaan anionien poistamiseen. Kun käytetty sähkövirta oli sama, alumiinielektrodien käyttäminen johti yleisesti ottaen tehokkaampaan anionien poistoon ja kasvaneeseen keskimääräiseen partikkelikokoon rautaelektrodien käyttämiseen verrattuna. Suodatuksen tapauksessa lisääntynyt käyttöpaine johti suurempaan suodinkakun keskimääräiseen ominaisvastukseen molemmille lietetyypeille. Lisäksi alumiinielektrodien käytöstä muodostuva liete muodosti suodinkakkuja, jotka olivat huokoisempia, sisälsivät enemmän kosteutta ja joilla oli korkeampi keskimääräinen ominaisvastus.