Investigation of potential benefits of vibration and turbulence on the capacity and availability of an electrocoagulation process with paperboard coating wastewater

Abstract

Electrocoagulation is a wastewater treatment method that utilizes the ionic properties of dissolved substances to separate contaminants from water through electrolysis. Typical challenges in an electrocoagulation process include optimizing the reaction conditions within the reactor and preventing the passivation of the electrodes. This thesis evaluates the effect of various modifications involving vibration and turbulence with the goal to improve the capacity and availability of an electrocoagulation process. The examined modifications include ultrasonic vibration, mechanical vibration, and O-rings to alter the surface geometry of the electrodes. These modifications were tested against a reference reactor with no modifications. At first, laboratory scale testing was done with the ultrasonic transducer to ensure appropriate coupling between the transducer and the reactor, and to evaluate the cavitation potential of the transducer. Some cavitation was observed using clean water, but the effect was significantly reduced using the processed wastewater. Full scale process tests were performed with a test setup of 4 parallel reactors with the different modifications attached to each of them. The O-ring modification resulted in the worst purification result and fastest fouling of the reactor. The ultrasonic- and mechanical vibration did not have conclusive differences in results with the control reactor, although the ultrasonic reactor remained cleaner one of the trials. It is possible that a higher-powered ultrasonic transducer would have had a more significant effect in the full scale process. There were a number of unexpected setbacks and uncontrollable variables during the testing period, so further testing in a more controlled environment would be needed for more conclusive results.

Elektrokoagulaatio on elektrolyysiin perustuva vedenpuhdistusmenetelmä, joka hyödyntää veteen liuenneiden yhdisteiden ionisia ominaisuuksia erotellakseen epäpuhtauksia vedestä. Tavallisimpia haasteita elektrokoagulaatioprosessissa on reatio-olosuhteiden optimointi reaktorikennoissa ja elektrodien passivoitumisen estäminen. Tässä diplomityössä arvioidaan eräiden turbulenssia ja värinää hyödyntävien menetelmien vaikutusta elektrokoagulaatioprosessin kapasiteettiin ja jatkuvakäyttöisyyteen. Tutkittavat menetelmät perustuvat ultraäänivärähtelyyn, mekaaniseen värähtelyyn tai kennon virtausominaisuuksien muutokseen sisäelektrodiin kiinnitettävien O-renkaiden avulla. Näitä menetelmiä verrattiin muuttamattomaan verrokkireaktoriin. Ultraäänimenetelmän anturien liitoksien soveltuvuutta ja kavitaatioenergiaa testattiin ensin pienessä mittakaavassa. Puhtaan veden kanssa kavitaatiota ilmeni, mutta puhdistettavan prosessiveden kanssa se oli merkittävästi heikompaa. Lopulliset prosessitestit suoritettiin neljällä rinnakkaisella reaktorilla, joissa eri testattavat menetelmät olivat kytkettyinä. O-renkaat johtivat huonoimpaan puhdistustulokseen ja nopeimpaan reaktorin likaantumiseen. Muiden menetelmien välillä ei havaittu merkittäviä eroja puhdistustuloksessa, mutta ultraäänimenetelmä piti reaktorin puhtaimpana ensimmäisessä kokeessa. Testien aikana ilmeni myös ulkoisia ongelmia, jotka osaltaan toivat epävarmuutta tuloksiin. Erityisesti ultraäänimenetelmä kaipaisi lisää kokeita paremmin kontrolloiduissa olosuhteissa.