전자기장

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8693(2023) 이 기사 인용

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6 알트메트릭

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.