Afprøvning af elektrokemisk reaktor til rensning af grundvand indeholdende klorerede opløsningsmidler
3 Opbygning af elektrokemisk reaktor i pilotskala
3.1 Baggrund for opbygning af ny reaktor
På baggrund af erfaringer fra tidligere gennemførte forsøg med elektrokemisk nedbrydning af klorerede opløsningsmidler er der opbygget en elektrokemisk reaktor i pilotskala til afprøvning på den udpegede feltlokalitet i Greve. De tidligere gennemførte forsøg er beskrevet i Lehmann et al. (2002).
Der er tidligere blevet opbygget en pilotskalareaktor (1. pilotskalareaktor), som dog viste sig at have et uhensigtsmæssigt design (Lehmann et al., 2002). Erfaringerne fra designet af denne første pilotskalareaktor er blevet anvendt ved opbygningen af den nye pilotskalareaktor (2. pilotskalareaktor). Ved opbygningen er det tilstræbt at sikre turbulens i reaktoren under drift. Dette er vigtigt, da elektrokemisk nedbrydning af organiske stoffer i miljømæssigt relevante koncentrationsniveauer som tidligere nævnt er transportbegrænset og dermed afhængig af tykkelsen af diffusionslaget på elektroderne. Turbulente forhold i reaktoren under drift vil mindske dette diffusionslag. Dimensionering af reaktoren er endvidere foretaget dels ud fra et ønske om at kunne rense en delmængde forurenet vand, som oppumpes ved afværgeforanstaltningen på den specifikke feltlokalitet i Håndværkerbyen 15, Greve, og dels ud fra et ønske om, at den samlede reaktoropbygning med pumpe, strømforsyning m.m. er en forholdsvis lille og kompakt enhed.
3.1.1 Reaktordimensioner og reaktoropbygning
Reaktoren blev opbygget af gennemsigtigt PVC med en stor buffertank og en mindre reaktorenhed. Reaktor og buffertank har et samlet volumen på 150 liter, et effektivt vandvolumen på ca. 140 liter og et elektrodeareal på 1,9 m². Reaktorenheden er opbygget som et up-flow system med en fordelingsplade i bunden og med elektrodepladerne placeret vinkelret på strømningsretningen. Denne opbygning er valgt for at sikre stor turbulens i reaktoren og for at mindske diffusionslaget på elektroderne. I toppen af buffertanken er der et gasudtag, der sikrer, at der ikke som følge af gasdannelse kommer overtryk i systemet under drift. På dette gasudtag kan der under forsøg monteres en Tedlarpose til opsamling af den producerede gas.
Vandet bliver pumpet fra buffertanken til reaktorenheden vha. en Grundfos pumpe (CHIU 4-40). Pumpehuset er udført i syrefast rustfrit stål. Dette er valgt for at hindre stofafsmitning og rustdannelse i pumpehuset. Specifikationer på den anvendte pumpe kan ses i bilag A.
Til forsøgene er der opbygget en specifik strømforsyning, som omdanner almindelig vekselstrøm til jævnstrøm, således at der kan leveres de ønskede høje strømstyrker. Pga. den høje ionstyrke i grundvandet fra Håndværkerbyen 15 i Greve (se kap. 4) kunne der ved anvendelse af den opbyggede strømforsyning ikke opnås tilstrækkelig højt potentiale ved elektrodeoverfladerne. Der blev derfor i løbet af projektperioden opbygget en ekstra strømforsyning, så der i forbindelse med forsøg med det forurenede grundvand fra Håndværkerbyen blev anvendt 2 strømforsyninger. Ved de indledende forsøg med postevand var det dog kun nødvendigt at anvende én strømforsyning for at opnå det ønskede potentiale ved elektrodeoverfladerne. For at hindre udfældninger på elektroderne under drift anvendes der som tidligere nævnt skiftende jævnstrøm. Retningen (+/-) af den producerede jævnstrøm styres af programmerbar styringsenhed, en Programmable Logic Controller (PLC) af mærket OK ALFA-LAVASL - SattCon 05-35. PLC’en programmeres til den ønskede pulslængde (typisk 5-7 minutter).
Til måling af den elektriske strøm i reaktoren er der monteret en SCE-elektrode (XR100 calomel referenceelektrode fra Radiometer Danmark) med en væskeleder (et glasrør), som ender nær den yderste elektrodeplade. Ved hjælp af denne elektrode er det muligt at måle potentialet i et fast punkt og dermed bruge potentialet som styringsredskab. Til styring af potentialet blev der anvendt en laboratoriepotentiostat (Laboratory potentiostat, Wenking Model LB 81M). Alternativt kan et almindeligt pH-meter fra WTW eller Radiometer anvendes ved at omstille apparatet til mV-aflæsning. Erfaringer fra tidligere undersøgelser har vist, at det er ønskeligt at opnå potentialer i størrelsesordenen 700-1000 mV for at få de ønskede redoxreaktioner til at foregå (Lehmann et al., 2002). Det er derfor potentialer i denne størrelsesorden, der er blevet anvendt gennem hele projektet.
Specifikationer for reaktoren fremgår af Tabel 3.1 og på Figur 3.1 og Figur 3.2 er vist hhv. en skitse og billeder af reaktoren.
Tabel 3.1 Specifikationer og dimensioner på den anvendte pilotskala reaktor.
| Parameter | Værdi |
| Vandvolumen | 0,14 m³ |
| Elektrodetype | Stræknet af platinbelagt titanium |
| Antal elektrodeplader | 26 stk. (13 anoder og 13 katoder) |
| Pladeareal pr. elektrode | 0,072 m² (19 cm x 38 cm) |
| Samlet elektrodeareal | 1,88 m² (0,94 m² anode, 0,94 m² katode) |
| Pladeafstand | 5 mm |
Figur 3.1 Principskitse af pilotskalareaktoren.
Figur 3.2 Billeder af pilotskalareaktoren. Til venstre er vist den samlede opstilling incl. buffertank, mens de 2 billeder til højre viser reaktorenheden.
Version 1.0 Juli 2007, © Miljøstyrelsen.