May 28, 2023
Электромагнитное поле
Научные отчеты, том 13,
Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8693 (2023) Цитировать эту статью
181 Доступ
6 Альтметрика
Подробности о метриках
Предложена очистка реальных стоков свеклосахарного завода с помощью модифицированного процесса электрокоагуляции. Использована инновационная конструкция электрохимической ячейки с усиленным электромагнитным полем, состоящей из трубчатого ситового рулонного анода и двух катодов (внутреннего и внешнего). Были исследованы различные параметры, включая плотность тока, концентрацию выходящего потока, концентрацию NaCl, частоту вращения, количество слоев экрана на анод, а также влияние добавления и направления электромагнитного поля. Результаты показали, что в оптимальных условиях, плотности тока 3,13 А/м2, двух экранах на анод, концентрации NaCl 12 г/л и скорости вращения 120 об/мин процент удаления окраски составил 85,5%, а электрическая энергия потребление составило 3,595 кВтч/м3. Однако наличие электромагнитного поля заметно увеличило энергопотребление и процент удаления цвета. Численно применение магнитного поля привело к эффективности удаления цвета 97,7% при энергопотреблении 2,569 кВтч/м3, что считается выдающимся достижением в процессе очистки промышленных сточных вод. Значительное улучшение удаления цвета за счет низкого энергопотребления значительно снизило необходимые затраты на обработку; ориентировочная стоимость лечения составила 0,00017 $/ч.м2. Эта конструкция оказалась многообещающей для непрерывной очистки промышленных сточных вод свекловичного сахара и составила конкуренцию существующим в настоящее время технологиям.
Сахарная промышленность является одним из наиболее водоемких процессов, в результате которого образуется огромное количество сильно загрязненных сточных вод. В современной свеклосахарной промышленности на метрическую тонну свекловичного сахара потребляется около 1,53 воды и сбрасывается около 0,5 м3, поскольку она работает в практически замкнутом контуре1. Сбрасываемые сточные воды характеризуются высоким содержанием органических веществ и интенсивным цветом. Типичный уровень БПК5 в сточных водах для свеклы находится в диапазоне 4000–7000 мг/л, тогда как ХПК может достигать от 8000 до 10 000 мг/л2,3. Помимо органических веществ и красителей, сточные воды свекловичного производства содержат вредителей сельскохозяйственных культур, пестициды и патогены. Цвет сточных вод варьируется от бледно-желтого до коричневого4,5. Красящие вещества представляют собой растворимые соединения и представляют собой один из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды в сахарной промышленности. Окрашенные соединения представляют собой полимеры с различной молекулярной массой, структурой и свойствами. Эти соединения образуются в процессе разложения сахара. Кока и др.6 сообщили, что цвет этих сточных вод определяется в основном двумя группами: меланоидином и карамелью. Состав меланоидов зависит от условий реакции; главным образом температура, время нагрева, pH и природа реагентов6,7. Пант Д. и А. Адхолея7 предложили следующую эмпирическую формулу меланоидина: C17–18 H26–29 O10 N. Также, по мнению Дэвиса8, карамель образуется в результате контролируемой термической деградации свекловичного сахара (сахарозы). Они образуются в результате нагревания свекловичного сахарного сиропа при высокой температуре и pH от 3 до 9. При карамелизации сахарозы за коричневый цвет ответственны три основные группы продуктов; продукт дегидратации – карамелан (C12H18O9) и два полимера (карамелен (C36H50O25) и карамелин (C125H188O80)).
В целом, передовые процессы очистки промышленных сточных вод могут включать в себя адсорбцию, фотодеградацию, электрохимическое окисление, окисление Фентоном, ионный обмен, а также биологическое и мембранное разделение9. Электрохимические методы, такие как электрохимическое окисление, электрохимическая коагуляция и электрохимическая флотация, широко используются для очистки сильно загрязненных цветных органических сточных вод10,11,12, включая стоки сахарных заводов13,14,15,16,17. В отличие от традиционных процессов коагуляции, электрокоагуляция (ЭК) позволяет локально генерировать коагулянты. Алюминий и железо используются исключительно в качестве анодных материалов в процессе ЕС.
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>