الکتروکواگولاسیون یا انعقاد الکتروشیمیایی ( EC )

در سال های اخیر از روش های الکتروشیمیایی در کاربردهای مختلف تصفیه آب و فاضلاب و حفاظت محیط زیست استفاده شده است. ﻓﻨّﺎوری اﻟﮑﺘﺮوﺷـــﯿﻤﯿﺎﯾﯽ ﻧﻘﺶ ﻣﻬﻤﯽ در روﯾﮑﺮد ﻓﻨﺎوری ﭘﺎک و ﺑﻪدور از آﻟﻮدﮔﯽ دارد. ﺑﻨﺎﺑﺮاﯾﻦ اﯾﻦ روش، از روشﻫﺎی رو ﺑﻪ ﺗﻮﺳـﻌﻪ اﺳـﺖ ﮐﻪ در ﺳـﺎﻟﯿﺎن اﺧﯿﺮ در ﺗﺼـﻔﯿﻪ ﻓﺎﺿـﻼبﻫﺎی ﺻـﻨﻌﺘﯽ و ﻓﺎﺿـﻼبﻫﺎی ﺣﺎوی آﻻﯾﻨﺪﻫﺎی آﻟﯽ ﻣﻮرد ﺗﻮﺟﻪ ﻗﺮارﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ. در ﺣﺎل ﺣﺎﺿﺮ ﺗﮑﻨﯿﮏﻫﺎی اﻟﮑﺘﺮوﺷﯿﻤﯿﺎﯾﯽ ﻧﻪ ﺗﻨﻬﺎ از ﻧﻈﺮ ﻫﺰﯾﻨﻪ ﺑﺎ ﺳﺎﯾﺮ ﺗﮑﻨﻮﻟﻮژیﻫﺎ ﻗﺎﺑﻞ ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ ﻫﺴﺘﻨﺪ، ﺑﻠﮑﻪ ﺣﺘﯽ ﮐﺎرآﻣﺪﺗﺮ و ﻣﻨﺎﺳﺐﺗﺮ ﻧﯿﺰ ﻣﯽﺑﺎﺷﻨﺪ. در ﺑﺮﺧﯽ ﺷــﺮاﯾﻂ، ﻓناوریﻫﺎی اﻟﮑﺘﺮوﺷــﯿﻤﯿﺎﯾﯽ ﯾﮏ ﻣﺮﺣﻠﻪ ﺿــﺮوری در ﺗﺼــﻔﯿﻪ ﻓﺎﺿــﻼبﻫﺎی ﺣﺎوی آﻻﯾﻨﺪهﻫﺎی ﻣﻘﺎوم ﻫﺴﺘﻨﺪ.

توصیف روش انعقاد الکتریکی

از بین روش های تصفیه الکتروشیمیایی، روش الکتروکواگولاسیون می تواند طیف گسترده ای از آلاینده های مختلف از قبیل؛ فلزات سنگین و آنیون های مختلف و قطرات روغنی معلق و ترکیبات آلی را حذف نماید. الکتروکواگولاسیون یا انعقاد الکتریکی عبـارت اسـت از تولیـد مواد منعقدکننده در محل با استفاده از تجزیه الکتریکی الکترودهای آلومینیوم یا آهن و تولید یون های فلزی در آند و گاز هیـدروژن در کاتد.

الکتروکواگولاسیون توانایی تصفیه طیف گسترده ای از فاضلاب ها را دارد. این فرآیند در حالت کلی شامل ناپایدار کردن ذرات معلق، امولسیون ها و آلاینده های حل شده در محیط های آبی با استفاده از حداقل مقدار جریان الکتریکی می باشد. این کار در نهایت منجر به کاهش هزینه‌های اضافی فرآیند می شود. با گذشت زمان این سیستم در حال جایگزینی روش های معمول تصفیه مانند فیلتراسیون و تصفیه شیمیایی می باشد که نسبت به الکتروکواگولاسیون تاثیر کمتر و هزینه های بیشتری دارند.

با توجه به مزایای اشاره شده، فرآیند الکتروکواگولاسیون توانایی حذف ۹۹ – ۹۵ درصدی TSS، ۹۸ – ۵۰ درصدی BOD و ۹۹ – ۹۵ درصدی باکتری ها را دارد. در نهایت این روش یکی از مطمئن ترین و پربازده ترین روش های تصفیه می باشد که برای بسیاری از فعالیت‌ها و فاضلاب ها کاربرد داشته و می توان به کمک آن آب را دوباره به چرخه ی استفاده مجدد بازگرداند.

شماتیک الکتروشیمیایی — طرح شماتیک ترسیب الکتریکی

فرمولاسیون ترسیب الکتریکی

در این روش با استفاده از جریان الکتریکی و نصب الکترودهای شیمیایی از جنس آلومینیوم، آهن و غیره که به صورت آنـد و کاتـد عمل میکنند ذرات کلوئیدی موجود در محیط آب یـا فاضـلاب از طریق تولید بارهای مثبت الکتریکی از لحاظ الکتریکی، خنثی شده در نتیجـه تولیـد ³⁺Al و Fe^{+ 3}و غیـره، فراینـد لختـه سـازی فـراهم میگردد.

این فرایند در صنایع مختلف از قبیل آبکـاری، اسـتخراج فلزات از معادن، چوب و کاغذ، صنایع فلزی، خودرو سازی، صنایع شـیمیایی، داروسـازی و غیـره در مقیـاس واقعـی، طراحـی و اجـرا گردیـده و از لحـاظ رانـدمان تصـفیه و حـذف انـواع آلاینـده هـای محیط زیستی از بازده بسیار مطلوبی برخوردار بوده است. تئوری فرایند الکتروکواگولاسیون به این صورت است که ایـن فرایند، با استفاده از جریان مستقیم برق با یک ولتاژ کاری و شدت جریان متغیر که بسته بـه میـزان آلـودگی فا ضـلاب یـا آب تعیـین میشود و با استفاده از الکترودهایی که معمولاً از جنس آلومینیـوم، آهن معمولی، فولاد ضد زنگ و یا زغال هسـتند ، انجـام مـی گیـرد . واکنش های انجام گرفته در آند و کاتد به صورت زیر است:

فرمولاسیون انعقاد الکتریکی (انعقاد الکتروشیمیایی)

در فرآیند الکتروکواگولاسیون، الکترود آند (آهن و آلومینیوم) یون های ³⁺Al و ²⁺Fe را به الکترولیت وارد می کنند. این یون ها به صورت فلزی دارای بار الکتریکی و خاصیت جذب بالا هستند که با تشکیل هیدروکسیدهای فلزی، پلیمرها و مونومرها با آلاینده تشکیل فلوک داده و آنها را به راحتی ته نشین یا شناور می نمایند.

به طور خلاصه واکنش های فیزیکـی و شـیمیایی کـه در محفظـه انعقادسازی اتفاق میافتد عبارتند از:

اکسیداسیون آندی و احیای کاتدی ناخالصی های موجود در آب
انحلال فلز آند و تخلیه آن به محــیط آب و در نتیجــه انعقــاد ذرات کلوئیــدی
ایجــاد فر اینــد الکتروفورژ (که در آن یون ها از غشاء نیمه تـراوا عبـور مـی کننـد)
شناورســازی ذرات (کــه در آن حباب هــای گازهــای تولیــد شــده در الکترودها باعث شناورسازی ذرات مـی شـوند)
ترکیـب یـون هـای فلزی روی کاتد
تولید و تغلیظ اسیدها و بازهـا، سـایر فر اینـدهای شـــیمیایی و الکتروشـــیمیایی.

مزایـــای الکتروکواگولاسیون

راهبـری و نگهداری آسان
بهره برداری کاملاً خودکار و پیوسته
هزینـه پـا یین بهره برداری
بازیافت و اسـتفاده مجـدد فاضـلاب
حجـم کـم لجـن تولیدی (همچنین فلوک هایی که طی فرآیند الکتروکواگولاسیون تشکیل می شوند؛ نسبتا بزرگتر، پایدارتر و حاوی مقدار آب کمتری می باشند و به آسانی حذف می شوند.)
عدم نیاز به کنترل pH مگر برای مقادیر اضافی، عدم نیـاز به افزودن مواد شیمیایی
مؤثر و سریع بودن در تجزیه مواد آلـی بـا راندمان رایجی نزدیک ٩٠ درصد
کاهش تعداد واحدهای فرایندی تصـفیه خانــه و در نتیجــه کـاهش شــدید ســطح زمـین مـورد نیــاز تصفیه خانه
فاضلاب تصفیه شده با این روش مطبـوع، بـی رنـگ، شــفاف و بــی بــو بــودن.

معایــب اصــلی بــرای الکتروکواگولاسیون

تولید گاز هیدروژن (ممکن اسـت یـک خطـر ایمنـی باشـد )
خـوردگی آنـد و رسـوب لجـن بـر روی الکترودها (که میتواند فرایند را محـدود نمایـد )
افـزایش غلظـت یون های آهن و آلومینیوم در خروجی
هزینـه هـای سـرمایه گـذاری اولیه نسبتاً بالا و گرانی استفاده از برق در برخی مناطق