Elektrolys med aluminiumelektroder kan separera olja från oljeemulsioner och den specifika energiåtgången kan vid kontinuerlig drift minskas när spänningen appliceras i pulser visas i pilotförsök.
Av: Jörgen Hanaeus
Elektrokoagulering har genomförts med avloppsvatten innehållande 2 % oljeemulsioner. Både syntetiskt och verkligt avloppsvatten testades. Aluminiumelektroder visade sig vara att föredra jämfört med järn och rostfritt. Aluminium har därför emitterats i elektrolysceller och olika spänningsmönster har testats för både kontinuerlig och satsvis drift, dock med samma medelspänning över testperioden, 40 V. Satsvis drift gav bäst oljeavskiljning, 95 %. Pulser om åtminstone 30 min rekommenderades vid kontinuerlig drift.
Bakgrund
Oljeemulsioner eller skäroljor används frekvent vid metallbearbetning av olika slag liksom i den galvaniska industrin, där kylning, smörjning och rostskydd är viktiga operationer.
Oljeemulsioner sammansätts vanligen av 40-80 % mineralolja, någon detergent och tillsatser såsom biocider eller korrosionsinhibitorer. Olja-vattenblandningar kan separeras tämligen enkelt med sedimentering eller flotation, men emulsifierade oljor är stabila i vatten; kan vara svåra att separera och behöver destabiliseras. Det kan göras med fysikaliska, kemiska eller elektrokemiska metoder.
Fysikaliska metoder kan vara upphettning, destillation, centrifugering, ultrafiltrering och membranprocesser. Kemiskt kan koagulering/flockning med aluminium- eller järnjoner användas. Elektrokoagulering utförs med likström mellan metallelektroder nedsänkta i vattnet. Aluminium- eller järnelektroder genererar direkt koagulerande joner som destabiliserar föroreningar.
Elektrokoagulering eller elektrolytisk dosering har fördelen av att vara lättreglerad, via strömstyrkan, och producerar små slammängder. Nackdelar har i vissa fall varit hög energiförbrukning och beläggningar som passiverat anodytan.
Försök
Olja med tillsats av bor är en vanlig olja för bearbetning i Turkiet, där experimenten utförts.
Den kan blandas i upp till 10 % i vatten. Vanligast är dock ca 2 % som också används i dessa försök. Denna olja är en paraffinbaserad mineralolja och innehåller flera tillsatser, bl a ytspänningssänkare, skumdämpare, biocid och korrosionsinhibitor.
Syntetiskt avloppsvatten producerades med 2 % bor-olja tillsatt till kranvatten följt av 30 min omrörning, vilket resulterade i pH ca 6, konduktivitet 350 µS/cm, turbiditet 1 200 NTU och COD 250 mg/L.
Verkligt avloppsvatten togs från en maskinverkstad som använde bor-olja som skärolja. Metallspån och fett separerades varefter konduktiviteten 7 280 µS/cm, turbiditeten 2 800 NTU och COD ca 1 200 mg/L uppmättes.
Vidare mättes Z-potential och oljedropparnas vertikala rörelse (creaming).
Reaktorns storlek var 27*16*14 cm3 och använda elektrodplåtar 13 cm långa, 2 cm höga och 0,3 cm tjocka. Materialen aluminium, järn och rostfritt stål provades. Elektrodavståndet var normalt 1 cm. Vattenprover togs varannan minut; 15 mL. COD mättes var 30 minut. Varje försök drevs under 50 minuter vilket motiverades av att COD-avskiljningen nådde ett stabilt värde då. Spänningen var 40 V.
Turbiditet och COD korrelerade väl, R2 > 0,9.
I såväl satsvisa som kontinuerliga experiment cirkulerade 1,5 L vatten från katod till anod med ett flöde av 20 mL/min. Spänning och strömstyrka noterades och energiåtgången angavs per m3 avloppsvatten och per kg COD som avskiljdes.
Försök med pulsad spänning genomfördes också: A) 30 V under 90 min. B) 20 V, 30 V och 40 V under vardera 30 min. C) 20 V, 30 V och 40 V godtyckligt blandat under 10 minutersperioder till 90 min.
Resultat
Den sämsta oljeavskiljningen (69 %) erhölls med rostfritt stål som bedömdes verka via elektroflotation (vätgas- och syrgasbubbling) av oljedroppar.
Vid Al- och Fe-elektroder gick metalljonerna i lösningen och deras bildade hydroxider adsorberade oljedroppar. Dessa partiklar lyftes till ytan av de vätgasbubblor som bildades vid katoden. Oljeavskiljningen fungerade väl; ca 95 %, men för järn färgades vattnet så småningom svart pga bildad järnsulfid.
När elektrodavståndet vid 40 V minskades för aluminiumelektroderna koagulerade Al-hydroxiden för snabbt beroende på den höga fältstyrkan. Vid ökning av avståndet (40 V) erhölls mycket låg avskiljning. Sänkning av spänningen minskade som väntat avskiljningen (10 V ca 50 %), medan en höjning över 40 V inte gav någon nämnvärd förbättring.
Start-pH-värdet 6 var gynnsamt medan lösningen blev stabilare vid högre pH.
Avskiljningen fungerade mycket bättre vid satsvis drift (drygt 90 % för A), B) och C) jämfört med kontinuerlig sådan (18 % för A, 35 % för B och 45 % för C). Tiden är dock svårbedömd, då inte bara elektrodprocessen utan även separationen (sedimentering, flotation) påverkar resultatet och kontakttiden vatten-elektrod blir olika vid de olika driftssätten.
I försök med kontinuerlig vattenrörelse gav det konstanta mönstret A) en specifik energiåtgång av 368 kWh/kg COD medan det pulsade mönstret B) gav 191 kWh/kg COD och alltså var klart gynnsammare. Vid satsvis drift erhölls ingen större skillnad mellan de olika mönstren.
Slutsatser
Aluminiumelektroderna föll bäst ut och en oljeavskiljning om 95% kunde nås. Kombinationen 40 V spänning och 1 cm elektrodavstånd bedömdes gynnsam. Vid kontinuerlig drift var pulsad spänning i perioder > 30 min framgångsrik; troligen beroende på dynamiken hos elektrodbeläggningen.
Artikelns värde är en metodbeskrivning för oljeavskiljning och resonemang kring iakttagna fenomen. Processtegen är oklara; särskilt hydrauliken, och långtidsdrift med tillhörande beläggningsproblematik är inte beaktad.
Källa: Genc, A., Bakirci,B. (2015): Treatment of emulsified oils by electrocoagulation: pulsed voltage applications. Water Science&Technology 71.8 pp 1196-1202.
Författarna från:
Department of Environmental Enginering, Bulent Ecevit University, Zonguldak, Turkey
Kontakt: aytengenc@yahoo.com
