Εφαρμογή ηλεκτροχημικών τεχνολογιών για την απομάκρυνση οργανικών και ανόργανων ρύπων από υδατικά απόβλητα

Abstract

In the present work, the use of various electrochemical processes in the removal of various organic and inorganic pollutants from aqueous waste is studied. All the main parameters related to these processes are examined and their effectiveness is compared. The processes under consideration include electro-oxidation, electrocoagulation, the electro-Fenton process, electrowinning, and combined use of photovoltaic solar energy. The oxidative degradation of phenol in aqueous solutions with anodic oxidation using BDD electrodes in batch and continuous processes is studied, as well as the basic parameters that affect the efficiency of an electrochemical process, such as the pH of the solution, the applied current density, the current density temperature, flow, conductivity and processing time, in order to draw useful conclusions and find the optimal conditions. An integrated electrochemical decolorization / decomposition process is studied, which includes electrocoagulation with sacrificial iron electrodes, indirect anodic oxidation using Ti/Pt electrodes and graphite as anodes, advanced electro-Fenton process using sacrificial iron anodes and gradual addition of hydrogen peroxide and electrooxidation using BDD anodes. The parameters that affect the efficiency of the method are studied, such as the applied current density, the electrochemical treatment time and the pH of the solution. Simultaneous removal and recovery of copper, nickel, chromium or other heavy metals from industrial electroplating waste is considered, combining electrocoagulation, acid digestion and electrowinning. All the parameters that affect the efficiency of the method are investigated and determined, such as the pH, the applied current density, the initial concentration of the metals and the electrolysis time. Subsequently, a complete electrochemical treatment of oily water waste from oil tanker-tank washing machines is studied, which combines the processes of electrocoagulation, electro-oxidation and electro-Fenton, as well as the removal of hydrogen sulfide and sulfide ions by electrocoagulation using iron and aluminum electrodes. The electrochemical processes are compared and their efficiencies evaluated. Finally, the capability of discoloration and degradation of indigo carmine dye from liquid aqueous waste is investigated using electro-oxidation with BDD electrodes, which are fed directly from a photovoltaic panel without the use of batteries, as well as the treatment and remediation of metal plating waste containing copper and COD using electrocoagulation with aluminum electrodes. All operating parameters that affect the process are studied, such as the pH of the wastewater, the applied current density, the conductivity, the supply, the contact time and the solar radiation.

Στην παρούσα εργασία γίνεται μελέτη της χρήσης διαφόρων ηλεκτροχημικών διεργασιών στην απομάκρυνση διαφόρων οργανικών και ανόργανων ρύπων από υδατικά απόβλητα. Εξετάζονται όλες οι κυριότερες παράμετροι που αφορούν στις διεργασίες αυτές και γίνεται σύγκριση της αποτελεσματικότητάς τους. Οι διεργασίες που εξετάζονται περιλαμβάνουν την ηλεκτροοξείδωση, την ηλεκτροκροκίδωση, τη διεργασία ηλεκτρο-Fenton, την ηλεκτροανάκτηση, καθώς και συνδυασμό αυτών με χρήση φωτοβολταϊκής ηλιακής ενέργειας. Εξετάζεται η οξειδωτική αποδόμηση της φαινόλης σε υδατικά διαλύματα με ανοδική οξείδωση με χρήση ηλεκτροδίων BDD σε ασυνεχείς και συνεχείς διεργασίες και οι βασικές παράμετροι που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα μιας ηλεκτροχημικής διεργασίας, όπως το pH του διαλύματος, η εφαρμοζόμενη πυκνότητα ρεύματος, η αρχική συγκέντρωση της φαινόλης, η θερμοκρασία, η παροχή, η αγωγιμότητα και ο χρόνος της επεξεργασίας, ώστε να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα και να βρεθούν οι βέλτιστες συνθήκες. Μελετάται μια ολοκληρωμένη διεργασία ηλεκτροχημικού αποχρωματισμού/αποδόμησης χρωστικών, η οποία περιλαμβάνει ηλεκτροκροκίδωση με θυσιαζόμενα ηλεκτρόδια σιδήρου, έμμεση ανοδική οξείδωση σε χωρικά σταθερά ηλεκτρόδια Ti/Pt και γραφίτη ως ανόδους σε διαλύματα με φέροντα ηλεκτρολύτη NaCl και προηγμένη διεργασία οξείδωσης με χρήση της μεθόδου ηλεκτρο-Fenton με θυσιαζόμενη άνοδο σιδήρου και σταδιακής προσθήκης υπεροξειδίου του υδρογόνου και ηλεκτροοξείδωση με χρήση ανόδων αδάμαντα με πρόσμιξη βορίου (BDD). Μελετώνται οι παράμετροι που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου, όπως η εφαρμοζόμενη πυκνότητα ρεύματος, ο χρόνος ηλεκτροχημικής επεξεργασίας και το pH του διαλύματος. Εξετάζεται η ταυτόχρονη απομάκρυνση και ανάκτηση χαλκού, νικελίου, χρωμίου ή άλλων βαρέων μετάλλων από βιομηχανικά απόβλητα ηλεκτροεπιμετάλλωσης που συνδυάζει την ηλεκτροκροκίδωση, την όξινη χώνευση και ηλεκτροανάκτηση. Διερευνώνται και προσδιορίζονται όλες οι παράμετροι που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου, όπως το pH, η εφαρμοζόμενη πυκνότητα ρεύματος, η αρχική συγκέντρωση των μετάλλων και ο χρόνος ηλεκτρόλυσης. Στη συνέχεια μελετάται μια ολοκληρωμένη ηλεκτροχημική επεξεργασία αποκατάστασης ελαιωδών υδατικών αποβλήτων από πλυντήρια πετρελαιοφόρων φορτηγών-δεξαμενόπλοιων που συνδυάζει τις διεργασίες ηλεκτροκροκίδωσης, ηλεκτροοξείδωσης και ηλεκτρο-Fenton, καθώς και η απομάκρυνση του υδρόθειου και των θειούχων ιόντων από υδατικά διαλύματα με τη διεργασία της ηλεκτροκροκίδωσης με ηλεκτρόδια σιδήρου και αργιλίου. Οι ηλεκτροχημικές διεργασίες συγκρίνονται και οι αποδόσεις τους αξιολογούνται. Τέλος, διερευνάται η δυνατότητα του αποχρωματισμού και της αποικοδόμησης της χρωστικής indigo carmine από υγρά υδατικά απόβλητα με τη χρήση ηλεκτροοξείδωσης με ηλεκτρόδια BDD, τα οποία τροφοδοτούνται απευθείας από ένα φωτοβολταϊκό πάνελ χωρίς τη χρήση μπαταριών, καθώς και η επεξεργασία και αποκατάσταση αποβλήτων επιμεταλλωτηρίων που περιέχουν χαλκό και COD με χρήση ηλεκτροκροκίδωσης (EC) με ηλεκτρόδια αργιλίου. Γίνεται μελέτη όλων των παραμέτρων λειτουργίας που επηρεάζουν τη διεργασία, όπως το pH του υδατικού αποβλήτου, η εφαρμοζόμενη πυκνότητα ρεύματος, η αγωγιμότητα, η παροχή, ο χρόνος επαφής και η ηλιακή ακτινοβολία.