Electrochemical treatment of industry wastewaters by capacitive deionization, electrocoagulation and electrooxidation

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή καλύπτει σημαντικό μέρος του ερευνητικού πεδίου της επεξεργασίας υγρών βιομηχανικών αποβλήτων με χρήση ηλεκτροχημικών διεργασιών. Το προς επεξεργασία δείγμα υγρού αποβλήτου τοποθετείται στον ηλεκτροχημικό αντιδραστήρα, όπου λαμβάνουν χώρα οι διάφορες ηλεκτροχημικές διεργασίες λόγω της διέλευσης του ηλεκτρικού ρεύματος και των χημικών μετατροπών που προκαλούνται είτε άμεσα στην διεπιφάνεια διαλύματος/ηλεκτροδίου είτε έμμεσα με επακόλουθες φυσικοχημικές δράσεις στο κυρίως διάλυμα. Ο βασικός σκοπός της εργασίας είναι η διερεύνηση της χρήσης ηλεκτροχημικών διεργασιών ως βασικών μεθόδων στην επεξεργασία υγρών βιομηχανικών αποβλήτων. Γι’ αυτό το σκοπό μελετήθηκε η αποτελεσματικότητα των ηλεκτροχημικών μεθόδων , όπως ο χωρητικός απιονισμός (capacitive deionization) με νανο-πορώδη ηλεκτρόδια άνθρακα, η ηλεκτροκροκίδωση (electrocoagulation) με ηλεκτρόδια αλουμινίου και σιδήρου, η ηλεκτροοξείδωση (electrooxidation) με διάφορα είδη ηλεκτροδίων και η ειδική ηλεκτροοξείδωση ηλεκτρο-Φεντον (electro-Fenton). Ως ρύποι-στόχοι αποτέλεσαν α) τα βαρέα μέταλλα στις εκροές αποβλήτων επιμεταλλώσεων, β) οι χρωστικές στα υγρά απόβλητα βαφείων, γ) το υδρόθειο και τα υπολείμματα υδρογονανθράκων στα ελαιώδη απόβλητα επεξεργασίας πετρελαίου. Επιπρόσθετα μελετήθηκε η απομάκρυνση του NαCl από υδατικά διαλύματα. Από τα αποτελέσματα των πειραμάτων διαπιστώθηκε ότι οι ηλεκτροχημικές μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν αποτελούν ασφαλή και οικονομικό τρόπο απομάκρυνσης των ρυπογόνων ουσιών τόσο από προσομοιωμένα συνθετικά υδατικά διαλύματα όσο και από πραγματικά υγρά βιομηχανικά απόβλητα. Η επεξεργασία αποβλήτων με ηλεκτροκροκίδωση πέτυχε γρήγορη και αποτελεσματική μείωση των βαρέων μετάλλων και του υδρόθειου κατά 99,9%. Με την ίδια μέθοδο σε υδατικά διαλύματα που περιείχαν χρωστικές ουσίες η συγκέντρωση των χρωστικών μειώθηκε κάτω από τα όρια ανίχνευσης ενώ σε απόβλητα πετρελαιοφόρων φορτηγών με την χρήση επιφανειοδραστικών ουσιών και ηλεκτροοξείδωση η συγκέντρωση των υδρογονανθράκων μειώθηκε κατά 90%. Επίσης ο χωρητικός απιονισμός αποδείχθηκε μία οικονομική και πολλά υποσχόμενη μέθοδος για την αφαλάτωση και τον απιονισμό του νερού. Επιπλέον, για την παραγωγή της απαιτούμενης ηλεκτρικής ενέργειας σε ορισμένα πειράματα ηλεκτροκροκίδωσης χρησιμοποιήθηκαν φωτοβολταικά πάνελς. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται ο ηλεκτροχημικός καθαρισμός αποβλήτων με την χρήση ανανεώσιμων μορφών ενέργειας. Έτσι η διαδικασία καθαρισμού γίνεται φιλική προς το περιβάλλον και αυτόνομη (ιδιαίτερα για απομακρυσμένες περιοχές και νησιά).