Technologie pro recyklaci vody

Typ procesu

Fyzikálně chemické procesy

Skupina technologií

Oxidačně redukční procesy

Název procesu

Elektrochemická redukce

Popis technologie

Elektrochemická redukce probíhá při elektrolýze. Elektrolýza je proces, kdy průchod proudu odpadní vodou o dostatečné vodivosti vyvolává chemické reakce na elektrodách, což vede ke změnám ve složení vody. Na anodě dochází k oxidačním dějům, na katodě k redukčním.
Katodická redukce je využívána především pro tzv. elektrodepozici kovů: kov vyskytující se v odpadní vodě v iontové formě je redukován a vyloučen v elementární formě na povrchu katody. 

Aktuálnost

stávající high-tech

Vhodné pro srážkové vody

Ne

Typické reaktory a jejich uspořádání

Proces probíhá v elekrolyzérech s různým uspořádáním elektrod.
V případě elektrodepozice kovů je důležitý design katody, který musí umožňovat snadné získání a zpracování vyredukovaného kovu a současně poskytovat dostatečně velkou plochu (měrný povrch) pro ukládání kovu. Jsou požívány různé typy, např. deskové (nejběžnější), rotující stírané, ve formě fluidního lože, ... Katoda může být vyrobena přímo z rekuperovaného kovu, pak může být dále zpracovávána jako celek.
Anody bývají ocelové nebo tzv. prostorově stabilní (Dimensionally Stable Anodes - DSA): na titanovém podkladu je tenká vrstva oxidů ušlechtilých kovů (např. Ti/RuO₂).

Typické schéma

Cílené znečištění

Především ionty kovů. Elektrodepozice je vhodná, pokud se ve vodě vyskytuje jeden kov ve vysoké koncentraci.

Typické koncentrace cílového znečištění

V případě elektrodepozice kovů většinou stovky až tisíce mg/l

Kritické parametry

konduktivita - pro elektrochemické procesy musí být voda schopna vést el. proud
proudová hustota - běžně stovky A/m²

Inhibiční vlivy

Přítomost dalších látek (např. uhličitanů), které by vytvářely úsady na elektrodách a tím je pasivovaly.

Další relevantní parametry

teplota, pH vody
vložené napětí (jednotky V), proudová účinnost, proudový výtěžek

Dosažitelné koncentrace cílového znečištění

Teoreticky lze koncentrace kovů snížit na úroveň pod 0,1 mg/l, nicméně s klesající koncentrací roste energetická náročnost. Běžně je ekonomicky akceptovatelné dosažení cca 10 mg/l.

Hygienizační funkce

Ne

Investiční náklady

Do značné míry závisí na typu použitých elektrod.

Prostorová náročnost

Elektrolyzéry jsou kompaktní zařízení.

Bezpečnostní rizika

Obsahuje-li voda HCl, může docházet k vývoji vodíku a chloru.
Při výskytu kyanidů by při poklesu pH mohlo dojít k uvolňování HCN.

Energetická náročnost

Spojena především se spotřebou elektrické energie pro vlastní elektrolýzu.
Stejně jako u ostatních elektrochemických procesů je v současnosti zvažováno využití obnovitelných zdrojů energie.

Náročnost na obsluhu

Technologie umožňuje vysokou míru automatizace, nicméně vyžaduje kvalifikovanou obsluhu (v podstatě jde o řízení chemického procesu).

Provozní náklady

Spojené především se spotřebou el. energie.
Další položkou může být případná výměna elektrod.

Chemikálie

V některých případech kyseliny či zásady pro úpravu pH.

Měření a regulace

průtok, pH, prošlý proud, napětí, konduktivita 

Plynné

někdy odplyn (uvolňování H₂ a Cl₂ na elektrodách)

Vyžadovaná předúprava

Obvykle separace nerozpuštěných látek.
V případě nízké počáteční koncentrace lze použít jako přestupeň zakoncentrování (ionexy, nanofiltrace, reverzní osmóza).

Vyžadované dočištění

Při elektrodepozici kovů je obvykle nutné odstranit zbytkové koncentrace, např. pomocí ionexů, adsorpcí, …

Typická průmyslová odvětví

Povrchová úprava kovů Metalurgický průmysl

Chen, G. (2004). "Electrochemical technologies in wastewater treatment." Separation and Purification Technology 38(1): 11-41.
Mook, W. T., et al. (2014). "Prospective applications of renewable energy-based electrochemical systems in wastewater treatment: A review." Renewable and Sustainable Energy Reviews 38: 36-46.
Ganiyu, S. O., et al. (2020). "Renewable energies driven electrochemical wastewater/soil decontamination technologies: A critical review of fundamental concepts and applications." Applied Catalysis B: Environmental 270: 118857.
Liu, Y., et al. (2021). "Overview of recent developments of resource recovery from wastewater via electrochemistry-based technologies." Science of The Total Environment 757: 143901.