Elektrokemijska koagulacija

Elektrokoagulacija je elektrokemijski postopek, pri katerem tvorimo koagulante in kovinske hidrokside, ki destabilizirajo in koagulirajo raztopljena onesnaževala. Pri elektrokoagulaciji se pri tvorbi koagulantov raztapljajo železovi ali aluminijevi ioni iz kovinskih elektrod, zato je potrebno te tudi nadomeščati. Elektrode so lahko razporejene v monopolarni ali bipolarni obliki. Kovinski ioni se generirajo na anodi, medtem ko se na katodi generira OH^-, pri tem pa se sprošča tudi vodik kot posledica elektrolize vode.

Sproščanje vodika v obliki majhnih mehurčkov je neizogibno, zato se ga pogosto uporablja za flotacijo flokuliranih delcev. Vendar pa je potrebno sproščanje mehurčkov

Žan Ocepek: Odstranjevanje amfifilnih snovi iz odplak in industrijskih odpadnih vod Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Ljubljana 2021

21

H2 minimizirati do mere, da koncentracija vodika ostane v mejah varnosti delovanja procesa. Pri nekaterih procesih je gostota mehurčkov premajhna za ekonomično flotacijo delcev, zato se proces dostikrat kombinira z dodatnimi ločenimi separacijskimi procesi, kot na primer sedimentacijo, filtracijo, flotacijo, elektroflotacijo [32]. Slika 13 posamezne korake reakcije elektrokoagulacije.

Prednosti elektrokoagulacije je v dokaj visoko učinkovitosti odstranjevanja onesnaževal iz odpadnih vod in nizki ceni metode, ki jo je mogoče tudi v celoti avtomatizirati. Pri tej metodi nastane tudi precej manj aktivnega blata, za njeno izvedbo pa ne potrebujemo velikih količin dodatnih kemikalij. V povezavi elektrokoagulacije z odstranjevanjem surfaktantov sem zasledil samo eno študijo [32]. Njeni rezultati so bili vzpodbudni, saj so pokazali, da se surfaktanti odstranjujejo učinkovito ne glede na njihov tip. Za raztopine surfaktanta s koncentracijo 300 mg/L je bila dosežena skoraj 100 % učinkovitost v zelo kratkem času (pod 4 minutami). Ugotovljeno je bilo, da je elektrokemijska koagulacija zelo učinkovita in čista metoda odstranjevanja surfaktantov iz odpadnih vod, ki predstavlja velik potencial za praktično uporabo v prihodnosti [32, 33].

Slika 13: Elektrokoagulacija [33]

Žan Ocepek: Odstranjevanje amfifilnih snovi iz odplak in industrijskih odpadnih vod Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Ljubljana 2021

22

4 Zaključek

Surfaktanti so močno razširjeni, saj jih dandanes najdemo v zelo veliko izdelkih na trgu, množično se uporabljajo v večini industrije, lahko kot surovina za izdelke, kot sredstva v procesih ali pa kot sredstva za čiščenje izdelkov, proizvodnih prostorov ipd. Z naraščajočo uporabo surfaktantov se povečuje tudi njihova proizvodnja. V letu 2019 je bila letna proizvodnja surfaktantov ocenjena na 20 milijonov ton.

Z naraščajočo uporabo surfaktantov, pa se povečujejo tudi njihove koncentracije v odpadnih vodah. Problem je, ker so surfaktanti ekološko toksične snovi, njihova toksičnost pa je odvisna od koncentracije in lahko pri visokih koncentracijah vodi tudi do smrti organizma. Obdelava in čiščenje odpadnih vod je zato ključen korak pred izpustom se izrabljene vode nazaj v okolje. Odstranjevanje surfaktantov iz takšnih vod pa je oziroma postaja eden glavnih izzivov s katerim se soočamo v sodobnem svetu.

Tekom pisanja diplomskega dela smo ugotovili, da je bilo opravljenih relativno malo študij na področju odstranjevanja različnih surfaktantov iz odpadnih vod. Še najbolj so raziskani anionski surfaktanti, kateri pa še zdaleč niso edini na trgu. Ugotovili smo tudi, da je zakonodaja v zvezi z mejnimi vrednostmi surfaktantov v odpadnih vodah precej nedodelana tema. V Sloveniji imamo zakonsko določeno le mejno vrednost za vsebnost anionskega surfaktanta LAS v komunalnih vodah, presenetljivo pa je tudi to, da čistilne naprave v Sloveniji zaenkrat še niso dolžne spremljati koncentracije surfaktantov v odpadnih vodah.

Običajna tehnika odstranjevanja surfaktantov je biološko čiščenje. Gre za zelo dobro in preprosto metodo obdelave odpadne vode. S to metodo lahko naenkrat očistimo zelo velike količine odpadnih vod, zato to metodo uporabljajo sodobne čistilne naprave.

Pomanjkljivost te metode je, da le ta na žalost odpove pri na visokih koncentracijah surfaktantov. Rešitev, ki se nakazuje, je kombinacija kemijskega in biološkega čiščenja.

Kemijsko čiščenje se uporablja predvsem za čiščenje odpadnih vod z visokimi vsebnostmi surfaktantov in industrijskih odpadnih vod, kjer koncentracije presegajo 1 g/L. Glavni cilj kemične obdelave je, da surfaktante pretvorimo v produkte kateri bodo kasneje lažje razgradljivi na biološkem delu čiščenja. Kemijsko čiščenje temelji na uporabi naprednih oksidacijskih procesov, v praksi je najbolj v uporabi Fentonova reakcija. Poleg uporabljenih metod čiščenja pa se razvijajo tudi nove alternativne metode, ki bi se lahko uporabljale v prihodnje. Kot zelo obetavna se je izkazala elektrokoagulacija, ki je potencialno uporabna, tudi v povezavi s čiščenjem surfaktantov.

Žan Ocepek: Odstranjevanje amfifilnih snovi iz odplak in industrijskih odpadnih vod Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Ljubljana 2021

23

5 Seznam uporabljenih virov

[1] Encyclopedia of Membranes. Springer Link. URL:

https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-3-642-40872-4_1789-1 (21.12.2020)

[2] Kogej K: Površinska in koloidna kemija. Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Univerza v Ljubljani, Ljubljana, 2015: [str. 101-566].

[3] Holmerg K., Jonsson B., Kronberg B. in Lindman B.,. Surfactants and polymers in aquous solution. West Sussex, John Wiley˛Sons Ltd, 2002: [str. 1-66].

[4] Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo, Fizikalna farmacija – 2 vaja:

Površinsko aktivne snovi in krtirična micelska koncentracija, 2009 [5] Wikipedia. Surfactants. URL

https://en.wikipedia.org/wiki/Surfactant#Composition_and_structure (28.3.2021)

[6] Drew Myers: Surfactant Science and Technology, 4th Edition, Wiley, 2020 [7] Wikipedija, Kritična micelarna koncentracija. URL

https://sl.wikipedia.org/wiki/Kriti%C4%8Dna_micelarna_koncentracija (1.4.2021) [8] P. Raščan: Sinteza in karakterizacija karbamatnih analogov polisorbatov 20 in 80.

Ljubljana: Fakulteta za farmacijo, UL 2021, magistrsko delo

[9] ICI Americas, inc.:The HLB SYSTEM: a time-saving guide to emulsifier selection, Wilmington:ICI Americas Inc., 1976, Revised March 1980: 20–1

[10] Naturally Curly, Zwitterionic surfactants. URL:

https://www.naturallycurly.com/curlreading/ingredients/zwitterionic-surfactants-a-milder-alternative (25.3.2021)

[11] M Corazza, MM Lauriola, M Zappaterra, A Bianchi, A Virgili: Surfactants, skin cleansing protagonists, PubMed (December 2008)

[12] L. L. Schramm, E. N. Stasiuk, G. D Marangoni: Surfactants and their Applications, ResearchGate, (Avgust 2003)

[13] Peters RW, Shem L, Montemagno CD. Lewis BA. Surfactant screening of diesel-contaminated soil. Hazard Waste Hazard Mater 1992;9:113-37.

Žan Ocepek: Odstranjevanje amfifilnih snovi iz odplak in industrijskih odpadnih vod Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Ljubljana 2021

24

[14] T. Ivanković, J.Hrenović: Surfactants in the Environment, ResearchGate, (Marec 2010)

[15] Grand view research. URL: https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/surfactants-marke t (30.3.2021)

[16] Surfactants europe (CESIO). URL: https://www.cesio.eu/index.php/information-centre/industry-data (30.3.2021)

[17] Mordor inteligence. URL: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/surfactants-market (30.3.2021)

[18] M. Roš, J. Panjan: Gospodarjenje z odpadnimi vodami, Fit media, Celje 2011 [str.

30-35]

[19] Vodovod in kanalizacija snaga. URL: https://www.vokasnaga.si/o-druzbi/centralna-cistilna-naprava-ljubljana (26.3.2021)

[20] Wikipedia, Wastewater. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Wastewater (26.3.2021)

[21] Arso, Uredba o emisiji snovi in toplote pri odvajanju odpadnih voda v vode in javno kanalizacijo, URL:

http://okolje.arso.gov.si/onesnazevanje_voda/uploads/datoteke/Splosna%20uredba_

2015.pdf (6.5.2021)

[22] S. Rebello, Aju K. Asok, S. Mundayoor, M.S. Jisha: Surfactants: Chemistry, Toxicity and Remediation, Springer International Publisihng (2013)

[23] M. Palmer, H. Hatley: The role of surfactants in wastewater treatment: impact, removal and future techniques: A critical review, Science direct (September 2018) [24] Brunner, P. H., Capri, S., Marcomini, A., Giger, W., Occurrence and behaviour of linear alkylbenzenesulphonates, nonylphenol, nonylphenol mono- and nonylphenol diethoxylates in sewage and sewage sludge treatment, Water Research, 1988 [25] Aloui, F., Kchaou, S., Sayadi, S., (2009), Physicochemical treatments of anionic

surfactants wastewater: Effect on aerobic biodegradability, Journal of Hazardous Materials. Elsevier, 2008

Žan Ocepek: Odstranjevanje amfifilnih snovi iz odplak in industrijskih odpadnih vod Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Ljubljana 2021

25

[26] Mungray, A. K., Kumar, P., Anionic surfactants in treated sewage and sludges:

Risk assessment to aquatic and terrestrial environments, Bioresource Technology, 2008

[27] Haggensen, F., Mogensen, A. S., Angelidaki, I., Ahring, B. K, Anaerobic treatment of sludge: Focusing on reduction of LAS concentration in sludge, Water Science and Technology, 2002

[28] Vodovod in kanalizacija snaga, Biološko čiščenje, URL:

https://www.vokasnaga.si/o-druzbi/centralna-cistilna-naprava-ljubljana/biolosko-ciscenje (7.5.2021)

[29] M. Sašek: Uporaba odpadnega materiala kot katalizatorja za heterogeno Fentonovo oksidacijo. Ljubljana: Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, UL 2020, magistrsko delo

[30] C. A. Basar, A. Karagunduz, A. Cakici, B Keskinler: Removal of surfactants by powdered activated carbon and microfiltration, Science direct, (Februar 2004) [31] Gao, Q., Chen, W., Chen Y., Werner, D., et al., (2016) Surfactant removal with

multiwalled carbon nanotubes. Water Research, 106, 531–538

[32] E. Onder, A. S. Koparal, U. B. Ogotveren: An alternative method for the removal of surfactants from water: Electrochemical coagulation, Science Direct (Junij 2006) [33] M. Strain: Elektrokemijski postopki za odstranjevanje antibiotikov iz odpadnih vod.

Ljubljana: Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, UL 2020, diplomsko delo