Электромагнитное поле

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8693 (2023) Цитировать эту статью

171 Доступ

6 Альтметрика

Подробности о метриках

Предложена очистка реальных стоков свеклосахарного завода с помощью модифицированного процесса электрокоагуляции. Использована инновационная конструкция электрохимической ячейки с усиленным электромагнитным полем, состоящей из трубчатого ситового рулонного анода и двух катодов (внутреннего и внешнего). Были исследованы различные параметры, включая плотность тока, концентрацию выходящего потока, концентрацию NaCl, частоту вращения, количество слоев экрана на анод, а также влияние добавления и направления электромагнитного поля. Результаты показали, что в оптимальных условиях, плотности тока 3,13 А/м2, двух экранах на анод, концентрации NaCl 12 г/л и скорости вращения 120 об/мин процент удаления окраски составил 85,5%, а электрическая энергия потребление составило 3,595 кВтч/м3. Однако наличие электромагнитного поля заметно увеличило энергопотребление и процент удаления цвета. Численно применение магнитного поля привело к эффективности удаления цвета 97,7% при энергопотреблении 2,569 кВтч/м3, что считается выдающимся достижением в процессе очистки промышленных сточных вод. Значительное улучшение удаления цвета за счет низкого энергопотребления значительно снизило необходимые затраты на обработку; ориентировочная стоимость лечения составила 0,00017 $/ч.м2. Эта конструкция оказалась многообещающей для непрерывной очистки промышленных сточных вод свекловичного сахара и составила конкуренцию существующим в настоящее время технологиям.

Сахарная промышленность является одним из наиболее водоемких процессов, в результате которого образуется огромное количество сильно загрязненных сточных вод. В современной свеклосахарной промышленности на метрическую тонну свекловичного сахара потребляется около 1,53 воды и сбрасывается около 0,5 м3, поскольку она работает в практически замкнутом контуре1. Сбрасываемые сточные воды характеризуются высоким содержанием органических веществ и интенсивным цветом. Типичный уровень БПК5 в сточных водах для свеклы находится в диапазоне 4000–7000 мг/л, тогда как ХПК может достигать от 8000 до 10 000 мг/л2,3. Помимо органических веществ и красителей, сточные воды свекловичного производства содержат вредителей сельскохозяйственных культур, пестициды и патогены. Цвет сточных вод варьируется от бледно-желтого до коричневого4,5. Красящие вещества представляют собой растворимые соединения и представляют собой один из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды в сахарной промышленности. Окрашенные соединения представляют собой полимеры с различной молекулярной массой, структурой и свойствами. Эти соединения образуются в процессе разложения сахара. Кока и др.6 сообщили, что цвет этих сточных вод определяется в основном двумя группами: меланоидином и карамелью. Состав меланоидов зависит от условий реакции; главным образом температура, время нагрева, pH и природа реагентов6,7. Пант Д. и А. Адхолея7 предложили следующую эмпирическую формулу меланоидина: C17–18 H26–29 O10 N. Также, по мнению Дэвиса8, карамель образуется в результате контролируемой термической деградации свекловичного сахара (сахарозы). Они образуются в результате нагревания свекловичного сахарного сиропа при высокой температуре и pH от 3 до 9. При карамелизации сахарозы за коричневый цвет ответственны три основные группы продуктов; продукт дегидратации – карамелан (C12H18O9) и два полимера (карамелен (C36H50O25) и карамелин (C125H188O80)).

В целом, передовые процессы очистки промышленных сточных вод могут включать в себя адсорбцию, фотодеградацию, электрохимическое окисление, окисление Фентоном, ионный обмен, а также биологическое и мембранное разделение9. Электрохимические методы, такие как электрохимическое окисление, электрохимическая коагуляция и электрохимическая флотация, широко используются для очистки сильно загрязненных цветных органических сточных вод10,11,12, включая стоки сахарных заводов13,14,15,16,17. В отличие от традиционных процессов коагуляции, электрокоагуляция (ЭК) позволяет локально генерировать коагулянты. Алюминий и железо используются исключительно в качестве анодных материалов в процессе ЕС.