Elektrocoagulatie (EC) voor (afval)waterbehandeling
1. Theorie achter het proces
Wanneer elektrische stroom wordt toegepast op Fe-platen (hetzelfde gebeurt voor Al), worden Fe-hydroxidezouten (Fe-precipitatie) in situ gevormd door het oplossen van opofferende Fe (0)-anoden. Fe (0) oxideert tot opgelost Fe (II) dat vervolgens verder oxideert tot Fe (III). Water wordt aan de kathode gereduceerd tot waterstofgas (H2) en hydroxylionen (OH-), en deze hydroxylionen kunnen zich met de metaalionen combineren om metaalhydroxiden te vormen. De vormingssnelheid van deze soorten is direct gerelateerd aan de toegepaste stroomintensiteit, omdat hun vorming wordt beperkt door elektronenoverdracht. Na hun vorming werken metaalionen en metaalhydroxiden vervolgens als coagulanten in het coagulatieproces. De pH is een belangrijke factor bij EC-behandeling, omdat het de speciatie van de gevormde metaalioncomplexen bepaalt (Fe(OH)2+, Fe(OH)4- , Fe(OH)3 , Fe2(OH)2 4+), zoals weergegeven in figuur 1.2, en door hun polariteit trekken ze verontreinigende stoffen aan. De meeste van deze complexen lossen slecht op in water en zullen daarom verontreinigende stoffen neerslaan en aan het water onttrekken.
Een overzicht van de reacties die plaatsvinden bij de EC-behandeling wordt gegeven in figuur 1.1.
Figuur 1‑2 Metaalcomplexen gemaakt tijdens Al- en Fe-elektrocoagulatie
2. EC voordelen
De kracht van de technologie is de verwijdering van een breed scala aan verontreinigende stoffen:
- COD / BOD
- Metaal- en zware metaalionen
- Gesuspendeerde vaste stoffen
- Fosfaten
- Colloïdale vaste stoffen
- Gekleurde verbindingen
- Opgeloste vaste stoffen
- Oppervlakteactieve stoffen
- Vet, olie en vet
- Silicium
- Hardheid
- Diesel
- Complexe organische verbindingen
- Bacteriën en virussen
De voordelen van elektrocoagulatie, naast het brede scala aan verontreinigende stoffen die kunnen worden verwijderd, zijn:
- Geen extra toevoeging van chemicaliën
- Minder slibproductie
- Slib is gemakkelijk te ontwateren (tot 60% DS), zonder toevoeging van chemicaliën
- Lagere CAPEX en OPEX ten opzichte van klassieke fysisch-chemische voorbehandeling
- Eenvoudige uitrusting zonder bewegende elementen
- Kleur- en geurloze behandeling
- Goed bezinkende vlokken
- Zelfs de kleinste colloïden verwijderd
- Laag energieverbruik
- Slibscheiding door eenvoudige sedimentatie
- Compacte constructie in container, plug & spelen
- Lage voetafdruk
Afhankelijk van het type afvalwater kan technologie in een ZLD-systeem worden geïmplementeerd als een:
- Voorbehandeling polijsten
- Nabehandeling
Figure 2‑1 Colour removal with EC
Aandachtspunt
De prestatie en energie-efficiëntie zijn, hoewel afhankelijk van de configuratie van de elektrocoagulatiecel en de aansluiting van de anodes, ook gerelateerd aan de reacties die plaatsvinden op de interface van de elektrode en de oplossing.
Met name de vorming van passieve films of oxiden remt het oplossen en beperkt de ladings-overdrachtsreactie op het grensvlak van de anode en de oplossing en dit leidt tot overmatig elektriciteitsverbruik en vermindert de energie-efficiëntie van het proces. Overmatig energieverbruik, uniformiteit in oplossing en vervuiling van de anodes zijn de belangrijkste problemen die kunnen optreden.
Met de knowhow van EColoRO zijn QStone Capital en Lenntech erin geslaagd om deze problemen te overwinnen door het ontwerp te optimaliseren op het gebied van hydraulische en elektrische oplossingen.
3. Het EC-systeem
De elektrocoagulatiereactor is de reactor die het afvalwater elektrochemisch behandelt. De behandeling verwijdert de CZV/BZV-deeltjes, Silica, TSS, Troebelheid, Zware metalen, Hardheid, gedeeltelijk stikstofcomponenten, fosfaat en kleur. Al deze componenten worden opgevangen in de coagulatievlokken en worden door sedimentatie of flotatie uit het water verwijderd.
Over het algemeen bestaat de elektrocoagulatie-eenheid uit:
- Screening en neutralisatie
- EC-reactor
- Coagulatietank
- Flotatie- of sedimentatie-eenheid
- Zout/chemicaliën opslagvat + doseerpompen
- Omvormers die de benodigde stroom leveren
- Extern filterpers/ontwateringssysteem
4. Applicatie
Gezien de verscheidenheid aan verwijderingen van verontreinigende stoffen, kan de EC-technologie worden toegepast op de volgende soorten industrieën:
- Textiel
- Pulp en papier
- Automobiel
- Chemisch en farmaceutisch
- Cosmetica en wasmiddelen
- Luchthavens
- Schilderen
- Vast afval
- Plastic
- Brouwerijen en wijnhuizen
- Slachthuizen
- Binnenlands en hotel
- Groenten en fruit
- Ballastwaterbehandeling
- Koeltorens
5. Voorbeelden van volledige systemen
De gestandaardiseerde gedecentraliseerde systemen zijn gebaseerd op de te behandelen stroom:
- 25-50 m3/ Dag – 20 voet container
- 100-300 m3/ Dag – 20 voet container
- 300-500 m3/ Dag – 40 voet container
- Hoger dan 500 m3/dag – Meerdere 40 voet containers
Voorbeeld 1. Pilot plant of 1 m3/h
Figuur 5-1 EColoRO-pilot
Voorbeeld 2. Brouwerijbedrijf in Oeganda
- Voeding: anaëroob afvalwater
- Capaciteit: 25 m3/h
- Doel: fosfaatverwijdering
Figuur 5‑2 EC-systeem geïnstalleerd in een brouwerij in Oeganda
Figuur 5-3 Binnenaanzicht van het EC-systeem geleverd aan een brouwerij in Oeganda
Voorbeeld 3. Verwerker van industrieel vast afval in Nederland
- Voeding: percolaatstortplaats (bodemas en baggerspecie)
- Capaciteit: 25 m3/h
- Doel: verwijderen van zware metalen
Figuur 5-4 Waterzuiveringsinstallatie voor stortplaatsen
Voorbeeld 4. Verwerker van industrieel vast afval in Nederland
- Voeding: percolaatstortplaats (bodemas en baggerspecie)
- Capaciteit: 25 m3/h
- Doel: verwijderen van zware metalen
Figuur 5-5 As van verbranding van vast afval
Voorbeeld 5. Textielververij in Tamil Nadu, India
- Feed: Textiel verven & wasproces
- Capaciteit: 25 m3/h
- Doel: COD, kleur, hardheid verwijderen
Figuur 5-6 EC-systeem in gebruik genomen in India
Afbeelding 5-7 Kleurverwijdering in textielafvalwater
6. Achtergrondgeschiedenis
QStone en EColoRO werken sinds 2019 samen aan de toepassing van EC in Azië. Toen EColoRO in 2020 helaas faillissement moest aanvragen, heeft QStone met medewerking van de oprichters van EColoRO een dochteronderneming opgericht QStone EC Water Treatment Solutions en nam EColoRO's voormalige senior procesingenieur op de loonlijst.
In 2021 zijn QStone EC en Lenntech gaan samenwerken om de verdere uitrol van EC-waterbehandelingstechnologie in Europa en daarbuiten te verbeteren.