May 28, 2023
전자기장
과학 보고서 13권,
Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8693(2023) 이 기사 인용
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측정항목 세부정보
수정된 전기응집 공정을 통해 실제 사탕무 설탕 공장 유출수를 처리하는 방법이 제안되었습니다. 관형 스크린 롤 양극과 두 개의 음극(내부 및 외부 음극)으로 구성된 전자기장이 강화된 전기화학 셀의 혁신적인 디자인이 사용되었습니다. 전류 밀도, 유출 농도, NaCl 농도, rpm, 양극당 스크린 레이어 수, 전자기장의 추가 효과 및 방향을 포함한 다양한 매개변수가 조사되었습니다. 그 결과 전류밀도 3.13A/m2, 양극당 스크린 2개, NaCl 농도 12g/l, 회전속도 120rpm의 최적 조건에서 색 제거율은 85.5%, 전기에너지는 85.5%로 나타났다. 소비량은 3.595kWh/m3였습니다. 그러나 전자기장의 존재는 에너지 소비와 색상 제거율을 뚜렷하게 향상시켰습니다. 수치적으로 자기장을 적용한 결과, 소비전력 2.569KWh/m3로 97.7%의 색 제거 효율을 달성한 것으로 산업폐수 처리공정에서 뚜렷한 성과로 평가된다. 낮은 전력 소비를 통한 색상 제거의 강력한 향상으로 필요한 처리 비용이 크게 절감되었습니다. 예상 치료 비용은 0.00017$/h.m2였습니다. 이 설계는 사탕무 설탕 산업 폐수의 연속 처리에 유망한 설계이며 현재 사용 가능한 기술에 대한 경쟁자임이 입증되었습니다.
설탕 산업은 막대한 양의 심각하게 오염된 폐수를 생산하는 가장 물 집약적인 공정 중 하나입니다. 현대 사탕무 설탕 산업에서는 거의 폐쇄된 회로에서 작동하여 사탕무 설탕 미터톤당 약 1.53의 물이 소비되고 약 0.5m3가 배출됩니다1. 배출되는 폐수는 유기물 함량이 높고 색상이 강렬한 것이 특징입니다. 사탕무 폐수의 일반적인 BOD5 수준은 4000~7000mg/L 범위인 반면 COD는 8000~10,000mg/l2,3에 이릅니다. 사탕무 산업에서 발생하는 폐수에는 유기물과 색소 외에도 농작물 해충, 살충제, 병원균이 포함되어 있습니다. 유출수의 색상은 연한 노란색과 갈색 사이입니다4,5. 착색료는 용해성 화합물이며 설탕 산업에서 가장 위험한 환경 오염 물질 중 하나입니다. 착색된 화합물은 다양한 분자량, 구조 및 특성을 지닌 중합체입니다. 이러한 화합물은 설탕 분해로 인해 공정에서 형성됩니다. Coca et al6은 이러한 폐수의 색이 주로 멜라노이딘과 캐러멜이라는 두 그룹에 의해 생성된다고 보고했습니다. 멜라노이드의 구성은 반응 조건에 따라 달라집니다. 주로 온도, 가열 시간, pH 및 반응물의 성질6,7. Pant, D. 및 A. Adholeya7는 다음과 같은 멜라노이딘의 실험식을 제안했습니다: C17–18 H26–29 O10 N. 또한 Davis8에 따르면 캐러멜은 사탕무 설탕(자당)의 제어된 열 분해에 의해 형성됩니다. 이는 사탕무 설탕 시럽을 고온 및 pH 3~9에서 가열하여 형성됩니다. 자당의 캐러멜화에 의해 세 가지 주요 제품 그룹이 갈색을 담당합니다. 탈수 생성물인 카라멜란(C12H18O9)과 두 가지 중합체(카라멜렌(C36H50O25) 및 카라멜린(C125H188O80)).
전반적으로 첨단 산업 폐수 처리 공정에는 흡착, 광분해, 전기화학적 산화, 펜톤 산화, 이온 교환, 생물학적 및 막 분리가 포함될 수 있습니다9. 전기화학적 산화, 전기화학적 응고 및 전기화학적 부유와 같은 전기화학적 기술은 설탕 공장 폐수13,14,15,16,17를 포함하여 심각하게 오염된 유색 유기 폐수10,11,12를 처리하는 데 널리 사용됩니다. 기존의 응고공정과 달리 전기응집(EC)은 국소적으로 응집제를 생성할 수 있다는 장점이 있다. 알루미늄과 철은 EC 공정에서 양극 재료로 독점적으로 사용됩니다.
The Finite Element Method Magnetics (FEMM) software has been used to simulate the static magnetic field intensity inside the proposed electrocoagulation cell. This simulation software can deal with some low-frequency electromagnetic problems in two-dimensional planar and axisymmetric domains (2004)." href="/articles/s41598-023-35182-9#ref-CR57" id="ref-link-section-d104472128e1431"57. In the FEMM software, the simulation setup frame typically uses Maxwell's equations, which are expressed in terms of E, B, and J. Therefore, the equations are 58:/p>