Experimental and Theoretical Investigation of Chemical Oxygen Demand Reduction in Industrial Petroleum Wastewater Using Electrocoagulation

Elke dag pompen raffinaderijen en industriële installaties enorme hoeveelheden water naar buiten dat totaal niet lijkt op de heldere stromen die wij kennen. Dit afvalwater is vaak dik van olie, zwevend vuil en onzichtbare chemische verontreinigingen die het gevaarlijk maken om terug te laten stromen in de omgeving. Een van de meest hardnekkige problemen is een maatstaf genaamd chemische zuurstofvraag, wat in essentie telt hoeveel zuurstof het water nodig zou hebben om al de organische troep erin af te breken. Als dit getal te hoog is, kan het water vissen verstikken en ecosystemen vernietigen. Een ander zichtbaar probleem is troebelheid, een maatstaf voor hoe troebel het water is door minuscule zwevende deeltjes. Het schoonmaken van dit water is moeilijk omdat olie en vuil vaak stabiele, microscopische emulsies vormen die weigeren uit zichzelf te bezinken. Traditionele methoden houden in dat er grote hoeveelheden chemische coagulanten worden toegevoegd, wat duur kan zijn en hun eigen afvalproblemen creëert. Wetenschappers zoeken al lang naar een schonere, efficiëntere manier om deze verontreinigingen te dwingen samen te klonteren, zodat ze kunnen worden verwijderd.

In een recente studie onderzochten onderzoekers van de Yasouj Universiteit in Iran een methode genaamd elektrocoagulatie om dit probleem op te lossen. In plaats van chemicaliën uit een fles toe te voegen, gebruikt deze techniek elektriciteit om de reinigingsmiddelen direct in het afvalwater te genereren. Stel je een tank voor gevuld met vuil water en twee metalen platen die erin ondergedompeld zijn. Wanneer er een elektrische stroom wordt ingeschakeld, lost de positieve plaat, gemaakt van aluminium, langzaam op. Terwijl deze oplost, komen er aluminiumionen in het water vrij. Deze ionen reageren onmiddellijk met het water om een kleverige, gelachtige substantie te vormen die bekend staat als aluminiumhydroxide. Deze gel werkt als een microscopisch net dat de drijvende oliedruppels en vuildeeltjes grijpt. Tegelijkertijd produceert de negatieve plaat piepkleine bellen van waterstofgas. Deze bellen stijgen door het water omhoog, hechten zich aan de klonten vuil en olie, en dragen ze mee naar het oppervlak waar ze kunnen worden afgeschept. Het proces steunt op een delicaat evenwicht tussen drie hoofdfactoren: hoe sterk de elektrische stroom is, hoe zuur of basisch het water is, en hoe lang de elektriciteit wordt toegepast.

De onderzoekers zetten zich in om de perfecte combinatie van deze drie factoren te vinden om industrieel petroleum-afvalwater zo effectief mogelijk te reinigen. Ze gebruikten een geavanceerde statistische benadering om twintig verschillende scenario's te testen, waarbij ze de stroomdichtheid, het pH-niveau en de behandeltijd varieerden. Ze begonnen met afvalwater dat een chemische zuurstofvraag had van 16,5 gram per liter en een troebelheid van ongeveer 231 eenheden, wat aangaf dat het zwaar vervuild was. Terwijl ze hun experimenten uitvoerden, observeerden ze dat het proces het beste werkte wanneer het water nabij neutraal was en de behandeltijd voldoende was om het aluminiumgel te laten vormen en de bellen hun werk te laten doen. Ze ontdekten dat de elektrische stroom de motor was die het proces aandreef; hogere stromen losten meer aluminium op en creëerden meer bellen, wat over het algemeen leidde tot een betere reiniging. Ze merkten echter op dat het te hoog opdraaien van de stroom niet altijd het antwoord was, omdat dit energie verspilt en de metalen platen sneller verbruikt zonder het water noodzakelijkerwijs beter te reinigen.

De resultaten van hun onderzoek waren opmerkelijk. Onder de beste omstandigheden die zij identificeerden, verwijderde het elektrocoagulatieproces 93 procent van de chemische zuurstofvraag en 96,5 procent van de troebelheid. Dit betekent dat het water uit de reinigingstank kwam kijken alsof het bijna helder was en chemisch gezien veel veiliger. Het team vergeleek hun elektrische methode met een traditionele chemische aanpak met behulp van een veelvoorkomend coagulant genaamd polyaluminiumchloride. Terwijl de chemische methode ongeveer 75 procent van de troebelheid kon verwijderen, presteerde de elektrische methode aanzienlijk beter. Zelfs toen ze probeerden de twee methoden te combineren, was de verbetering slechts bescheiden, wat suggereert dat het elektrische proces alleen al zeer effectief was en de noodzaak om extra chemicaliën toe te voegen zou kunnen verminderen. De studie bevestigde dat de verwijdering van verontreinigingen plaatsvond door een combinatie van mechanismen: de aluminiumgel neutraliseerde de elektrische ladingen op de vuildeeltjes, waardoor ze aan elkaar bleven plakken, terwijl de stijgende bellen de zware klonten naar boven brachten.

Ondanks deze hoge succespercentages waren de onderzoekers voorzichtig genoeg om aan te geven dat dit geen wondermiddel is dat elk probleem onmiddellijk oplost. Ze merkten op dat de metalen platen uiteindelijk bedekt kunnen raken met een laag materiaal die hen verhindert efficiënt te werken, een fenomeen dat passivatie wordt genoemd, wat onderhoud of reiniging in een echte fabriekssituatie zou vereisen. Ze benadrukten ook dat hoewel de laboratoriumresultaten uitstekend waren, het op grote schaal draaien van dit systeem een zorgvuldige berekening van energiekosten en de vervanging van elektroden vereist. De studie beweerde niet het gehele probleem van industrieel afvalwater te hebben opgelost, maar leverde sterk bewijs dat elektrocoagulatie een krachtig, levensvatbaar hulpmiddel is. Door aan te tonen dat elektriciteit de noodzaak kan vervangen of verminderen van harde chemicaliën, biedt het werk een veelbelovend pad voor industrieën die hun water duurzamer willen reinigen. De bevindingen suggereren dat met de juiste instellingen, deze methode zwaar vervuild industrieel afvalwater kan veranderen in water dat aanzienlijk schoner en veiliger is voor het milieu.