Electrochemical Treatment of Wastewaters
Pulkka, Susanna (2013)
Tiivistelmä
Electrocoagulation is a process in which wastewater is treated under electrical current. Coagulant is formed during the process through the metal anode dissolution to respective ions which react with hydroxyl ions released in cathode. These metal hydroxides form complexes with pollutant ions. Pollutants are removed among metal hydroxide precipitates.
This study was concentrated on describing chemistry and device structures in which electrochemical treatment operations are based on. Studied pollutants were nitrogen compounds, sulphate, trivalent and pentavalent arsenic, heavy metals, phosphate, fluoride, chloride, and bromide.
In experimental part, removal of ammonium, nitrate, and sulphate during electrochemical treatment was studied separately. Main objective of this study was to find suitable metal plate material for ammonium, nitrate, and sulphate removal, respectively. Also other parameters such as pH of solution, concentration of pollutant and sodium chloride, and current density were optimized.
According to this study the most suitable material for ammonium and sulphate removal by electrochemical treatment was stainless steel. Respectively, iron was the optimum material for nitrate removal. Rise in the pH of solution at the final stage of electrochemical treatment of ammonium, nitrate, and sulphate was detected. Conductivities of solutions decreased during ammonium removal in electrochemical processes. When nitrate and sulphate were removed electrochemically conductivities of solutions increased. Concentrations of residual metals in electrochemically treated solutions were not significant. Based on this study electrochemical treatment processes are recommended to be used in treatment of industrial wastewaters. Treatment conditions should be optimized for each wastewater matrix. Sähkökoagulaatiossa jätevettä puhdistetaan elektrodien läpi kulkevan sähkövirran avulla. Prosessin aikana metalli-anodit liukenevat ja liuokseen vapautuu metalli-ioneja. Metalli-ionit reagoivat katodeilta vapautuvien hydroksyyli-ionien kanssa muodostaen metallihydroksideja. Poistettavat ionit saostuvat muodostaessaan komplekseja metallihydroksidien kanssa.
Tässä työssä keskityttiin kuvaamaan kemiaa ja laitteistoja, joihin sähkökemiallinen käsittely perustuu. Tutkitut poistettavat ionit olivat typpiyhdisteet, sulfaatti, kolme- ja viisiarvoinen arseeni, raskasmetallit, fosfaatti, fluoridi, kloridi ja bromidi.
Kokeellisessa osassa tutkittiin erillisillä kokeilla ammoniumin, nitraatin ja sulfaatin poistamista synteettisistä liuoksista sähkökemiallisella vedenkäsittelyllä. Työn päätavoitteena oli löytää sopiva metallilevymateriaali ammoniumin, nitraatin ja sulfaatin poistoon. Muut optimoitavat parametrit olivat mm. liuoksen pH, poistettavan ionin ja natriumkloridin konsentraatio ja virrantiheys.
Tutkimuksessa käytetyistä materiaaleista ruostumaton teräs poisti eniten ammoniumia ja sulfaattia. Rautalevyt sopivat parhaiten nitraatin poistoon. Sähkökemiallisen vedenkäsittelyn loppuvaiheessa liuoksen pH nousi sarjoissa, joissa tutkittavien yhdisteiden pitoisuudet vähenivät. Sähkönjohtavuus väheni sarjoissa, joissa poistui ammoniumia. Liuosten sähkönjohtavuus lisääntyi nitraatin ja sulfaatin poistuessa liuoksesta sähkökemiallisen käsittelyn aikana. Käsitellyistä liuoksista mitatut jäännösmetallipitoisuudet eivät olleet merkittäviä. Saatujen tulosten perusteella sähkökemiallisella vedenkäsittelyllä on mahdollista puhdistaa teollisuuden jätevesiä. Jäteveden matriisi tulee huomioida puhdistusolosuhteita optimoidessa.
This study was concentrated on describing chemistry and device structures in which electrochemical treatment operations are based on. Studied pollutants were nitrogen compounds, sulphate, trivalent and pentavalent arsenic, heavy metals, phosphate, fluoride, chloride, and bromide.
In experimental part, removal of ammonium, nitrate, and sulphate during electrochemical treatment was studied separately. Main objective of this study was to find suitable metal plate material for ammonium, nitrate, and sulphate removal, respectively. Also other parameters such as pH of solution, concentration of pollutant and sodium chloride, and current density were optimized.
According to this study the most suitable material for ammonium and sulphate removal by electrochemical treatment was stainless steel. Respectively, iron was the optimum material for nitrate removal. Rise in the pH of solution at the final stage of electrochemical treatment of ammonium, nitrate, and sulphate was detected. Conductivities of solutions decreased during ammonium removal in electrochemical processes. When nitrate and sulphate were removed electrochemically conductivities of solutions increased. Concentrations of residual metals in electrochemically treated solutions were not significant. Based on this study electrochemical treatment processes are recommended to be used in treatment of industrial wastewaters. Treatment conditions should be optimized for each wastewater matrix.
Tässä työssä keskityttiin kuvaamaan kemiaa ja laitteistoja, joihin sähkökemiallinen käsittely perustuu. Tutkitut poistettavat ionit olivat typpiyhdisteet, sulfaatti, kolme- ja viisiarvoinen arseeni, raskasmetallit, fosfaatti, fluoridi, kloridi ja bromidi.
Kokeellisessa osassa tutkittiin erillisillä kokeilla ammoniumin, nitraatin ja sulfaatin poistamista synteettisistä liuoksista sähkökemiallisella vedenkäsittelyllä. Työn päätavoitteena oli löytää sopiva metallilevymateriaali ammoniumin, nitraatin ja sulfaatin poistoon. Muut optimoitavat parametrit olivat mm. liuoksen pH, poistettavan ionin ja natriumkloridin konsentraatio ja virrantiheys.
Tutkimuksessa käytetyistä materiaaleista ruostumaton teräs poisti eniten ammoniumia ja sulfaattia. Rautalevyt sopivat parhaiten nitraatin poistoon. Sähkökemiallisen vedenkäsittelyn loppuvaiheessa liuoksen pH nousi sarjoissa, joissa tutkittavien yhdisteiden pitoisuudet vähenivät. Sähkönjohtavuus väheni sarjoissa, joissa poistui ammoniumia. Liuosten sähkönjohtavuus lisääntyi nitraatin ja sulfaatin poistuessa liuoksesta sähkökemiallisen käsittelyn aikana. Käsitellyistä liuoksista mitatut jäännösmetallipitoisuudet eivät olleet merkittäviä. Saatujen tulosten perusteella sähkökemiallisella vedenkäsittelyllä on mahdollista puhdistaa teollisuuden jätevesiä. Jäteveden matriisi tulee huomioida puhdistusolosuhteita optimoidessa.