Campo elettromagnetico

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8693 (2023) Citare questo articolo

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Viene proposto il trattamento degli effluenti reali di uno zuccherificio di barbabietola mediante un processo di elettrocoagulazione modificato. È stato utilizzato un design innovativo di una cella elettrochimica potenziata dal campo elettromagnetico costituita da un anodo a rullo di schermo tubolare e due catodi (un catodo interno ed uno esterno). Sono stati studiati diversi parametri tra cui la densità di corrente, la concentrazione dell'effluente, la concentrazione di NaCl, il numero di giri, il numero di strati dello schermo per anodo e l'effetto dell'addizione e della direzione di un campo elettromagnetico. I risultati hanno mostrato che, in condizioni ottimali, densità di corrente di 3,13 A/m2, due schermi per anodo, concentrazione di NaCl di 12 g/l e velocità di rotazione di 120 giri al minuto, la percentuale di rimozione del colore era dell'85,5% e l'energia elettrica il consumo è stato di 3.595 kWh/m3. Tuttavia, la presenza di un campo elettromagnetico ha aumentato notevolmente il consumo energetico e la percentuale di rimozione del colore. Numericamente, l'applicazione del campo magnetico ha portato ad un'efficienza di rimozione del colore del 97,7% utilizzando un consumo energetico di 2.569 KWh/m3, che è considerato un risultato distinto nel processo di trattamento delle acque reflue industriali. Il forte miglioramento nella rimozione del colore utilizzando un basso consumo energetico ha ridotto significativamente il costo del trattamento richiesto; il costo stimato del trattamento è stato di 0,00017 $/h.m2. Questo progetto si è rivelato promettente per il trattamento continuo degli effluenti industriali dello zucchero di barbabietola e si è rivelato un concorrente delle tecniche attualmente disponibili.

L’industria dello zucchero è uno dei processi che consumano più acqua e produce un’enorme quantità di acque reflue fortemente inquinate. Nella moderna industria dello zucchero di barbabietola, per ogni tonnellata di zucchero di barbabietola vengono consumati circa 1,53 di acqua e scaricati circa 0,5 m3, operando in un circuito quasi chiuso1. I reflui scaricati sono caratterizzati da elevati carichi organici e da colore intenso. Il livello tipico di BOD5 nelle acque reflue della barbabietola è compreso tra 4.000 e 7.000 mg/l, mentre il COD può raggiungere da 8.000 a 10.000 mg/l2,3. Oltre alla materia organica e al colore, le acque reflue dell’industria della barbabietola contengono parassiti delle colture, pesticidi e agenti patogeni. Il colore dell'effluente varia dal giallo pallido al marrone4,5. I materiali coloranti sono composti solubili e rappresentano uno degli inquinanti ambientali più pericolosi nell'industria dello zucchero. I composti colorati sono polimeri con pesi molecolari, strutture e proprietà diverse. Questi composti si formano nel processo a causa della degradazione dello zucchero. Coca et al.6 hanno riferito che il colore in queste acque reflue è prodotto principalmente da due gruppi: melanoidine e caramelli. La composizione dei melanoidi dipende dalle condizioni di reazione; principalmente temperatura, tempo di riscaldamento, pH e natura dei reagenti6,7. Pant, D. e A. Adholeya7 hanno suggerito la seguente formula empirica della melanoidina: C17–18 H26–29 O10 N. Inoltre, secondo Davis8, i caramelli si formano mediante degradazione termica controllata dello zucchero di barbabietola (saccarosio). Si formano grazie al riscaldamento dello sciroppo di zucchero di barbabietola ad alta temperatura e pH compreso tra 3 e 9. Attraverso la caramellizzazione del saccarosio, tre gruppi principali di prodotti sono responsabili del colore marrone; un prodotto di disidratazione, caramellani (C12H18O9) e due polimeri (caramelene (C36H50O25) e caramelline (C125H188O80)).

Nel complesso, i processi avanzati di trattamento delle acque reflue industriali possono comprendere adsorbimento, fotodegradazione, ossidazione elettrochimica, ossidazione Fenton, scambio ionico e separazione biologica e tramite membrana9. Le tecniche elettrochimiche, come l'ossidazione elettrochimica, la coagulazione elettrochimica e la flottazione elettrochimica, sono ampiamente utilizzate per trattare gli effluenti organici colorati fortemente inquinati10,11,12 compresi gli effluenti degli zuccherifici13,14,15,16,17. A differenza dei processi di coagulazione convenzionali, l’elettrocoagulazione (EC) ha il merito di generare coagulanti localmente. Alluminio e ferro vengono utilizzati esclusivamente come materiali anodici nel processo EC.