روش انعقاد الکتریکی یا الکتروکوگلاسیون یا EC (Electrocoagulation) روشی است که در آن با استفاده از جریان برق مستقیم و الکترودها عمل تصفیه فاضلاب را انجام می دهند. این روش تصفیه که برای آب و فاضلاب استفاده می شود شباهت زیادی به انعقاد شیمیایی دارد، چرا که در هر دو روش با استفاده از بار مثبت با هدف حذف و خنثی سازی بار منفی کلوئیدها، عمل تصفیه را انجام می شود. اما روش انعقاد شیمیایی به علت نیاز به مواد شیمیایی هزینه ی بالایی داشته و مقدار لجن تولیدی آن زیاد می باشد که همین امر سبب شده که روش انعقاد الکتریکی در مقایسه با انعقاد شیمیایی بیشتر مورد توجه قرار گیرد.
روش انعقاد الکتریکی برای اولین بار در سال 1889 در انگلستان برای تصفیه ی فاضلاب مختلط با آب دریا و فرایند الکترولیز در تصفیه خانه فاضلاب انجام شد. هریساین در سال 1909 در امریکا با استفاده از انحلال فلزات آلومینیوم و آهن در آند از این روش برای تصفیه فاضلاب استفاده کرد.
تئوری فرایند انعقاد، لخته سازی و شناورسازی الکتریکی
در این سیستم کلوئیدهای موجود در فاضلاب عامل اصلی و عمده ی کدورت آب بوده که دارای بار الکتریکی منفی می باشند. به سبب وجود همین بارهای منفی نیروی دافعه ای بین این ذرات ایجاد شده و از هم می گریزند که این امر مانع از ته نشینی و حذف آنها می شود. انعقاد پديده ای است كه در آن ذرات باردار در يك سوسپانسيون كلوئيدی توسط برخورد دو طرفه با يون های مخالف خنثی شده، گرد هم آمده و سپس ته نشين يا شناور می شوند.
در فرآيند انعقاد الكتريكی، ماده منعقدكننده در محل و توسط اكسيداسيون الكتروليتي يك ماده مناسب آندی از قبيل آهن يا آلومينيوم توليد می شود. توليد يون های فلزی در آند رخ می دهد و از كاتد نيز گاز هيدروژن آزاد می شود. گاز هيدروژن به شناورسازی ذرات لخته شده كمك می كند. اين فرآيند را شناورسازی الكتريكی نیز می نامند.
این فرایند با به کارگیری جریان مستقیم برق با ولتاژ کاری بین 4 تا 6 ولت و شدت جریانی که میزان آن وابسته به میزان آلودگی جریان است صورت می گیرد.
واکنش های شیمیایی در فرایند انعقاد، لخته سازی و شناورسازی الکتریکی
حذف آلودگی به وسیله ی فرایند انعقاد الکتریکی با الکترودهای آهن، مکانیسم 1:
در آند
4Fe(s)→4Fe2+(aq)+8e-
در محلول
4Fe2+(aq)+ 10H2 O(l)+O2→4Fe(OH)3+8H+(aq)
در کاتد
8H+(aq)+8e-→4H2
حذف آلودگی به وسیله ی فرایند انعقاد الکتریکی با الکترودهای آهن، مکانیسم 2:
در آند
Fe(s)→Fe2+(aq)+2e-
در محلول
Fe2+(aq)+2OH-(aq)→Fe(OH)2(s)
در کاتد
2H2O(l)+2e-→H2(g)+2OH-(aq)
واکنش کلی
Fe(s)+2H2 O(l)→Fe(OH)2(s)+H2(g)
مکانیسم حذف آلودگی به وسیله ی فرایند انعقاد الکتریکی با الکترودهای آلومینیوم:
در آند
Al(s)→Al3++3e-
در کاتد
3H2O(l)+3e-→3/2H2(g)+3OH-
در محلول
Al3+ (aq)+3H2O→Al(OH)3+3H+(aq)
حباب های گاز هیدروژنی که در کاتد تولید شده اند، به ذرات منعقد کننده چسبیده و همانند سیستم شناورسازی با هوای محلول (DAF) عمل کرده و ذرات سبک را به سطح فاضلاب می برند. بنابراین همانطـور كـه مـشاهده مـی شـود، روش انعقاد الكتريكی، تركيبی از اكسيداسيون، لخته سـازی و شناورسـازی است.
واکنش های اصلی در فرایند انعقاد الکتریکی طی سه مرحله انجام می پذیرد:
1. تولید ماده ی منعقدکننده براثر اکسیداسیون الکتریکی آند
2. ناپایدارسازی آلاینده ها و ذرات سوسپانسیونی و شکستن امولسیون ها
3. اتصال ذرات ناپایدار شده و تشکیل لخته
عوامل موثر بر عملکرد سیستم انعقاد الکتریکی
• دانسیته ی جریان یا ولتاژ (A/m2): دانسیته ی جریان عبارت است از شدت جریان اعمالی بر واحد سطح الکترود که با افزایش دانسیته ی جریان، راندمان سیستم افزایش می یابد.
• زمان تماس: با افزایش زمان الکترولیز، مقدار یون ها و هیدروکسید فلزی افزایش می یابد و باعث جذب بیشتر آلاینده ها و کاهش بیشتر آنها می گردد.
• pH : در فرایند انعقاد الکتریکی pH اولیه محلول فاضلاب یا پساب باید به گونه ای باشد که فلاک های تشکیل شده در آن کمترین حلالیت را داشته باشند.
• غلظت الکترولیت پشتیبان: در این روش وجود یک الکترولیت پشتیبان به عنوان مثال NaCl برای افزایش هدایت الکتریکی فاضلاب یا پساب توصیه می شود.
• جنس الکترود: انتخاب الکترود بستگی به نوع آلودگی دارد. معمولا الکترود باید ارزان و پایدار در محیط الکترولیز باشد.
• فاصله ی بین الکترودها و موقعیت و جانمایی آنها
• عملکرد و بازدهی این سیستم به نوع فاضلاب و تجربه ی اپراتور نیز بستگی دارد؛ اپراتور باید قادر به ارزیابی درست و دقیق از کیفیت توده ی تشکیل شده و تنظیم متغیرها (ولتاژ، مواد الکترودی، جریان و...) برای دستیابی به بهترین نتایج باشد.
قابلیت و کارایی روش انعقاد الکتریکی
• حذف فلزات سنگین
• حذف مواد معلق و کلوئیدها
• حذف چربی، روغن و گریس
• حذف و نابودی باکتری ها
• حذف نیتروژن و فسفر (مواد مغذی)
مزایای روش انعقاد الکتریکی
1. تجهیزات مورد نیاز در فرایند انعقاد شیمیایی ساده بوده و کنترل و بهره برداری از آنها آسان می باشد.
2. هزینه راه اندازی و نگهداری از این فرایند بالا نیست.
3. به علت عدم نیاز به مواد شیمیایی، مقرون به صرفه می باشد.
4. فاضلاب تصفیه شده در این روش شفاف، بی رنگ و بی بو است.
5. این فرایند نسبت به روش انعقاد شیمیایی لجن کمتری را تولید نموده و همچنین لجن تولیدی آن، به راحتی ته نشین می شود.
6. واکنش در زمان کوتاهی صورت می پذیرد.
7. این فرایند به فضای کمی نیاز دارد.
8. فلاک های تشکیل شده در این فرایند بزرگتر و قابلیت آبگیری آنها راحت تر می باشد.
9. این فرایند طیف وسیعی از آلاینده ها را حذف می نماید.
10. به صورت معمول نسبت به سایر روش ها احتیاج به نگهداری کمتری دارند.
11. نتایج حاصل از این فرایند قابل اعتماد بوده و راندمان بالایی را دارد.
12. عدم نیاز به زمان راه اندازی اولیه (startup).
13. عدم حساسیت به شوک های جریان ورودی پساب نظیر افزایش ناگهانی بار آلی.
معایب روش انعقاد الکتریکی
1. صفحات الکترود در اثر عمل اکسیداسیون حل می شوند و با گذر زمان باید آنها را جایگزین کرد.
2. پساب باید قابلیت هدایت الکتریکی داشته باشد.
3. تشکیل یک لایه اکسید نفوذ ناپذیر در سطح کاتد باعث کاهش کارایی سیستم می شود.
4. استفاده از جریان الکتریسته در مناطقی که دسترسی به جریان برق نیست، هزینه بر و گران است.
کاربرد فرایند انعقاد الکتریکی
از فرایند انعقاد الکتریکی در صنایع مختلفی جهت تصفیه فاضلاب استفاده می شود از جمله:
• استخراج فلزات از معادن
• صنایع فلزی
• خودروسازی
• صنایع شیمیایی
• داروسازی
• آبکاری
• کاشی و سرامیک و سنگ بری
• قالیشویی و کارواش ها
• واحدهای پتروشیمی
• صنایع غذایی و لبنی
• صنایع چوب و تولید کاغذ و مقوا
• این فرایند می تواند به صورت پیش تصفیه قبل از فرایند RO قرار گیرد
قیمت سیستم های انعقاد الکتریکی
عوامل متعددی بر قیمت تمام شده ی سیستم های انعقاد الکتریکی تاثیر گذار می باشد، از جمله آنها می توان به کیفیت و میزان فاضلاب ورودی، نوع الکترودهای مصرفی، میزان الکترود مورد نیاز، دسترسی به جریان الکتریسته و هزینه های مربوط به تعمیرات و نگهداری از سیستم اشاره کرد.