Elektrocoagulatie

Principeschema

Principe- en installatiebeschrijving

Het doel van elektrocoagulatie is het vormen van precipitaten en van bindingen tussen colloïden zodat deze stoffen gemakkelijk afgescheiden kunnen worden. Het vrijkomen van coagulant wordt bereikt door het elektrolytisch oplossen van een elektrode (anode, gewoonlijk Fe of Al). Bij het oplossen van de elektrode komt gas (O2, H2) vrij hetgeen zorgt voor een floterende werking. Indien noodzakelijk kan doseren van een (hulp)vlokmiddel het rendement van floteren verbeteren.

 

Elektrolysereacties van water die optreden zijn :

 

  • Aan de kathode :

 

 

  • Aan de anode :

 

In zijn eenvoudigste vorm is de elektrocoagulatie reactor opgebouwd uit een elektrolytische cel met een anode en een kathode. Wanneer deze verbonden worden met een gelijkspanningsbron zal er aan de anode (positief) een oxidatiereactie plaatsgrijpen, aan de kathode (negatief) een reductiereactie.

Specifieke voor- en nadelen

Voordelen :

  • Eenvoudige installatie en bediening
  • De gevormde slibvlokken zijn groter, stabieler en makkelijker te ontwateren dan klassiek fysisch-chemisch slib (zie technische fiche 'Coagulatie en flocculatie').
  • In vergelijking met fysico-chemie zal het effluent van een EC minder opgeloste anorganische stoffen bevatten
  • Verwijdering van heel kleine, colloïdale deeltjes mogelijk onder invloed van het aangelegde elektrisch veld
  • De gevormde gasbelletjes zullen het lichte slib, naar boven drijven waar het makkelijk kan worden verwijderd.
  • Het EC-proces bevat weinig of geen bewegende delen en wordt elektronisch gestuurd waardoor de onderhoudskost (afgezien van het reinigen en vervangen van de elektroden) goedkoper uitvalt.
  • Er zijn geen chemicaliën nodig, het coagulans wordt vrijgezet door de anodereacties. Bijgevolg is ook geen overdosering mogelijk van chemicaliën

Nadelen :

  • De anode wordt opgelost in de afvalwaterstroom ten gevolge van de oxidatie en moet dus regelmatig vervangen worden
  • De kathode is onderworpen aan passivatiereacties (neerslag van gereduceerde metalen en hydroxiden) die na verloop van tijd de weerstand in de cel verhogen en bijgevolg het rendement doen dalen.
  • Afhankelijk van de geleidbaarheid en de aanwezige vervuiling kan het noodzakelijke elektrische vermogen in de cel aanzienlijk oplopen.

Toepassing

Sectoren waarin elektrocoagulatie wordt  toegepast zijn bijvoorbeeld verf-, lak-, venis- en drukinktproductie, en oppervlaktebehandeling van metalen.

Randvoorwaarden

Een minimale geleidbaarheid van het afvalwater is noodzakelijk, zoniet kunnen eventueel zouten worden toegevoegd, wat wel een verhoogde operationele kost met zich meebrengt.

Werkingsgraad

Elektrocoagulatie kan ingezet worden voor het verwijderen van:

  • bezinkbare, zwevende en opgeloste stoffen;
  • gesuspendeerde stoffen en colloïdale deeltjes door destabilisatie van de oppervlakteladingen;
  • dierlijke en plantaardige oliën en vetten;
  • organische verbindingen (BZV en CZV);
  • nutriënten (fosfaten);
  • zware metalen onder de vorm van oxiden of onoplosbare Fe- of Al-precipitaten (bv. As, Cd, Co, Cr (VI), Cu, Hg, Mo, Ni, Pb en Zn);
  • anorganische zouten (bv. CN-).
  • complexe organische moleculen, bv. kleurstoffen (oxidatie).

Daarnaast kan elektrocoagulatie worden toegepast voor het:

  • breken van olie-emulsies in water;
  • inactiveren van bacteriën, virussen en cysten.

Hoewel een zeker daling van opgeloste CZV wordt waargenomen in vele gevallen, is deze techniek niet bij uitstek geschikt voor de verwijdering van opgeloste organische moleculen, wel van zware metalen en emulsies en colloïden. Verwijderingsrendementen voor metalen, emulsies en colloïden liggen in dezelfde grootte-orde als bij een klassieke fysisch-chemische behandeling.

Hulpstoffen

In principe worden geen hulpstoffen toegevoegd, tenzij voor het verhogen van de geleidbaarheid. De actieve stoffen (coagulans onder vorm van Fe of Al) komen vrij door de anodische reacties en reageren met de aanwezige vervuiling.

Milieu-aspecten

Als reststof komt afvalwater met uitgevlokte vervuiling vrij. Het slib is compacter en makkelijker te ontwateren dan bij een klassieke fysico-chemische behandeling (met coagulans en flocculans).

Kosten

De gemiddelde kosten ten opzichte van vergelijkbare technieken (bv. coagulatie, flocculatie) liggen gelijk of hoger. Voor de behandeling van afvalwater met elektrocoagulatie mag een minimale kost van 0,15 €/m³ gerekend worden voor grote installaties. Deze kost bestaat in hoofdzaak uit het elektriciteitsverbruik, in mindere mate het vervangen van de elektroden.

Voor een installatie van 1 m³/u met een belading van ± 200 mg metalen/l moet men rekenen op een investeringskost van 150 000 €.  Het energieverbruik bedraagt in dit geval ongeveer 1 kW/m3.

Case 1:

Voor de behandeling van een geconcentreerde afvalwaterstroom (Ptotaal 1500 ppm) van 4 m³/dag wordt een investering voorzien van 100 000 €, zonder slibbehandeling en –afvoer. Het verwijderingsrendement voor P bedraagt 80%. De totale behandelingskost bedraagt 15 €/m³

Case 2:

Afvalwater van een bedrijf dat metaaloppervlakken verchroomt. Het te behandelen afvalwaterdebiet bedraagt 250 m³/j. Het energieverbruik is 0,8-1 kW/m³, de totale behandelingskost 19 €/m³. De restconcentraties zware metalen na behandeling liggen beneden 0,2 ppm, bijgevolg kan het water worden herbruikt.

Opmerkingen

Mogelijk wordt na elektrocoagulatie elektroflotatie toegepast. Bij elektroflotatie wordt op basis van elektrolyse H2O gesplitst in H2 en O2. Hierbij worden gasbelletjes gevormd die zorgen voor flotatie. Dit is geschikt voor kleinschalige systemen en wanneer elektriciteit goedkoop is.

Complexiteit

Hoewel het proces op zich erg eenvoudig is, kunnen de reacties die optreden complex en moeilijk te voorspellen zijn. In het algemeen geldt dat hoe moeilijker de afvalwatermatrix (aantal en aarde van de aanwezige componenten), hoe complexer de reacties en onvoorspelbaarder het resultaat. Labo-testen zijn noodzakelijk om de toepasbaarheid van de techniek te testen.

Automatiseringsgraad

Het proces kan volledig geautomatiseerd worden.

Referenties

  • AEA Technology, Manual of Effluent Process Technology, Environmental & Process Engineering Department, Harwell (GB), 1991
  • Beagles A., Electrocoagulation – Science and applications, Cal-Neva Water Quality Research institute (May 2004), 2004
  • TNAV, leverancierbevraging, 2008
  • VITO-SCT, herwerking technische fiches WASS, 2008
  • Wazutec Watertreatment, Zwolle (Nederland) : www.wazutec.nl

Versie : februari 2010

Producten en diensten: