Elektrokoagulering, sandfilter och ultrafiltrering har kombinerats för att avskilja zink från avloppsvatten efter förzinkning. Processen var framgångsrik och inverkan av pH, flöde och membranets porstorlek undersöktes i denna labstudie från Turkiet.
Av: Jörgen Hanaeus
Behandling av avloppsvatten från avzinkningsföretag har framgångsrikt genomförts med en kombination av elektrokoagulering, sandfilter och ultrafiltrering genom membran. Jämförelse gjordes med processen utan ultrafiltrering gjordes och bättre värden erhölls efter membranet.
Två porstorlekar för UF-membranet undersöktes, liksom uppehållstid i elektrokoaguleringen av 15 till 25 min, pH och effekten av att separera med enbart sandfilter. Förutom avskiljningen av zink mättes inverkan på COD, suspenderat material samt olja och fett. Strömtätheten över de emitterande järnelektroderna var 5 mA/cm2 och optimalt pH för zinkavskiljning var 9.
Bakgrund
Metallen zink används frekvent till förzinkning (”galvanisering”) av stål och batteriframställning. Zink används också i plast, trycksvärta, kopiepapper, tapeter och som katalysator vid gummiproduktion. I höga koncentrationer kan zink orsaka hudirritation, anemi, illamående och magkramper. Därför finns gränsvärden för zink i avloppsvattenutsläpp och USEPA har angivit gränser för max halt och genomsnittsvärde med 2,16 och 1,48 mg/L respektive. Det turkiska maxvärdet är 5 mg/L.
Adsorption och jonbyte har använts för att separera zink från avloppsvattnet men det är intressant att undersöka om membranteknik kan prestera goda resultat. En enklare variant av membranteknik är ultrafiltrering (UF) med måttligt tryckkrav och energiåtgång varför den har provats i denna studie.
Målet här har varit att undersöka utfallet av kombinationen elektrokoagulering och ultrafiltrering med mellanliggande sandfilter vad gäller zinkhalt, COD, suspenderad substans (SS) och olja+fettinnehåll i det behandlade avloppsvattnet.
Variabler som studerats var pH, membranets porstorlek och vattenflöde. Elektrokoagulering plus enbart sandfilter studerades för jämförelse.
Material och metod
Det avloppsvatten som användes kom från en ytbehandlingsindustri i Samsun, Turkiet, och höll i genomsnitt COD 600 mg/L, SS 142 mg/L, olja + fett 44 mg /L och Zn 200 mg/L samt ett pH av 2,57.
Elektrokoaguleringen utfördes i en reaktor rymmande 1,5 L som innehöll nedsänkta elektroder med en total yta av 130 cm2. Anoderna emitterade järnjoner. Katodreaktionen var vätgasutveckling. Under elektroderna blandades vattnet med en magnetomrörare. Före varje försök tvättades elektroderna med svavelsyra. Efter varje försök rengjordes elektroderna med sandpapper för att ta bort bildad rost.
Efter denna reaktor passerade vattnet genom ett 12 cm djupt sandfilter för att separera bildad flock.
UF-reaktorn bestod av membran av polyetersulfonat med medelmolekylvikten cut-off av 50 samt 100 kDa, stabilt inom pH 1-14 och trycktåligt till 4 bar samt klarar temperatur upp till 50 ºC. Dess totala yta var 200 cm2 och vatten fördelades cross-flow. Under försöken drevs den med transmembrantrycket 1 bar. Den separerade delen, retendatet, återfördes till råavloppstanken.
Resultat
Vid 100 kDa och ca 25 min uppehållstid i koaguleringen undersöktes optimalt pH-värde mellan 3-11 vid strömtätheten 5 mA/cm2 och uppehållstiden 25 min. Från pH 3 sjönk utgående zinkhalt med ökande pH till pH 9, varefter en mindre ökning noterades vid pH 11. Optimum bedömdes alltså vara pH 9.
Uppehållstid (flöde) (15 och 25 min) och porstorlek (cutoff 50 och 100 kDa) för UF-membranet provades parallellt, med reduktion av zinkhalt och COD som uppmätta effekter. För zink erhölls 99,2 och 92,9 % avskiljning vid 25 resp 15 min uppehållstid i koaguleringen och 100 kDa. Motsvarande avskiljning vid 50 kDa blev 99,6 resp 94,4 %. COD-avskiljningen
blev 84/66,5 % (25/15 min, 100 kDa) samt 85,9/74,9 för 50 kDa. Vid alla dessa försök var pH 9 och strömtätheten 5 mA/cm2.
Efter 30 min drift (med 25 min EC) var utgående zinkhalt 1,58 mg/L vid 100 kDa och 0,81 mg/L vid 50 kDa. Motsvarande värden för COD-halterna var 200 mg/L resp 150 mg/L.
Suspenderat material och olja+fett avskildes helt i samtliga fall.
Fluxen för UF-membranen var under de första 2 min 37,2 L/m2,h (100 kDa) resp 21,9 L/m2,h (50 kDa) och sjönk efter 30 min drift till ca 24 resp 8 L/m2,h.
Jämförelsen mellan elektrokoagulering + sandfilter med/utan UF utföll: Med UF: Zn/COD 99,6/86 %; Utan UF: 80,3/83,3 % reduktion.
Slutsatser
Processen elektrokoagulering med sandfilter och ultrafiltrering visade en mycket god reduktion av zink och hygglig reduktion av COD-innehållet. Problem att lösa är vid längre drifttid att hålla järnytan ren (krävde syratvätt samt sandpapper efter en halvtimme) och likaledes rengöra ultrafiltret som ju tappat åtskillig hydraulisk kapacitet på en halvtimme. Dessutom åtgår kemikalie för pH-justering, något som inte redovisas i artikeln.
Källa: Dönmez Östel, M., Kuleyyin, A. & Akbal, F. (2020): Treatment of zinc plating wastewater by combination of electrocoagulation and ultrafiltration process, Water Science & Technology, 82.4, pp 663-672.
Författarna från:
Department of Environmental Engineering, Ondokuz Mayts University, 60C1B717-64B1-40AA-A2D4-F0357C3AD287 Samsun, Turkey.
Kontakt: feryal.akbal@gmail.com
