Λεπτομερής εξήγηση της διαδικασίας επεξεργασίας λυμάτων με οξείδωση Fenton – Προσαρμογή τυπικού σεναρίου και ακριβής πρακτικός οδηγός

Η διαδικασία οξείδωσης Fenton είναι μια βασική προηγμένη τεχνολογία οξείδωσης για την επεξεργασία ανυπόφορων οργανικών λυμάτων. Χρησιμοποιεί την κατάλυση ιόντων σιδήρου για τη δημιουργία ισχυρών οξειδωτικών ριζών υδροξυλίου in situ από το υπεροξείδιο του υδρογόνου, αποσυνθέτοντας αποτελεσματικά εξαιρετικά τοξικούς και ελάχιστα βιοαποδομήσιμους οργανικούς ρύπους. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως διαδικασία προεπεξεργασίας για τη βελτίωση της βιοδιασπασιμότητας των λυμάτων ή ως προηγμένη διαδικασία επεξεργασίας για να διασφαλιστεί ότι τα λύματα πληρούν τα πρότυπα απόρριψης. Αυτή η διαδικασία δεν έχει σταθερές καθολικές τιμές, μόνο ένα εύρος βασικών παραμέτρων. Η βελτιστοποίηση απαιτεί μικρής κλίμακας-δοκιμές ποιότητας νερού. Εφαρμόζεται ευρέως σε πέντε τυπικά βιομηχανικά σενάρια: χημικά, φαρμακευτικά, εκτύπωση και βαφή, στραγγίσματα χωματερής και κατασκευή χαρτοπολτού και χαρτιού. Ακολουθεί ο αναθεωρημένος και πλήρης πρακτικός οδηγός.

Η διαδικασία αντίδρασης Fenton αποτελείται από έξι βασικά στάδια: ρύθμιση οξέος, ανάμειξη καταλύτη, αντίδραση οξείδωσης, εξουδετέρωση και απαέρωση, διαχωρισμός στερεών-υγρών και απόρριψη επικίνδυνων αποβλήτων. Όλες οι παράμετροι συμμορφώνονται με τις προδιαγραφές αναερόβιας και προηγμένης μηχανικής οξείδωσης:

1. Στάδιο ρύθμισης οξέος: Προστίθεται αραιό θειικό οξύ για τη ρύθμιση του pH των λυμάτων στο βέλτιστο εύρος αντίδρασης από 3,0 έως 4,0. Χρησιμοποιείται μηχανική ή υδραυλική ανάδευση για τουλάχιστον 2 λεπτά. Παρέχεται ένας ηλεκτρονικός μετρητής pH και μια δοσομετρική αντλία για την επίτευξη αυτόματου και ακριβούς ελέγχου οξέος, αποτρέποντας την εντοπισμένη-οξύτητα ή την υπερβολική-αλκαλικότητα.

2. Στάδιο ανάμειξης καταλύτη: Προστίθεται διάλυμα θειικού σιδήρου ως καταλύτης. Η συγκέντρωση του διαλύματος ελέγχεται κάτω από 30% και κάτω από 20% σε συνθήκες χαμηλής{4} θερμοκρασίας. Χρησιμοποιείται ένας τρόπος ισχυρής ανάδευσης, με την τιμή βαθμίδωσης ταχύτητας G να ελέγχεται μεταξύ 500 και 1000 δευτερολέπτων-1, και η ανάδευση εκτελείται για τουλάχιστον 2 λεπτά για να εξασφαλιστεί πλήρης και ομοιόμορφη διασπορά των ιόντων σιδήρου στα λύματα.

3. Στάδιο αντίδρασης οξείδωσης: Προσθέστε απευθείας μητρικό διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου βιομηχανικής-ποιότητας 30% χωρίς προηγούμενη αραίωση ή διάλυση. Η αναλογία του αντιδραστηρίου προσδιορίζεται με βάση την ποιότητα του νερού. Χρησιμοποιείται ένας ασθενής τρόπος ανάδευσης κατά τη διάρκεια του σταδίου οξείδωσης, με την τιμή G βαθμίδωσης της ταχύτητας να ελέγχεται στα 50-70 δευτερόλεπτα-1, διατηρώντας μόνο την κατάσταση ρευστοποίησης της λάσπης για να αποτραπεί η απώλεια ρίζας υδροξυλίου. Ο χρόνος συγκράτησης του υδραυλικού συστήματος είναι 4-8 ώρες για προεπεξεργασία και 2-6 ώρες για προχωρημένη επεξεργασία. Η δεξαμενή αντίδρασης είναι κατασκευασμένη από ανοξείδωτο χάλυβα 316L με επίστρωση γυάλινων νιφάδων στο εσωτερικό τοίχωμα για αντιδιαβρωτική προστασία.

4. Στάδιο εξουδετέρωσης και απαέρωσης: Προσθέστε υδροξείδιο του νατρίου ή διάλυμα ανθρακικού νατρίου για να ρυθμίσετε το pH των λυμάτων στο 7,0-8,0. Μετά από ενδελεχή ανάδευση, τα λύματα εισέρχονται στη δεξαμενή απαέρωσης για να αφαιρέσουν το διαλυμένο οξυγόνο που παράγεται κατά την αντίδραση. Ο χρόνος συγκράτησης του υδραυλικού συστήματος στη δεξαμενή απαέρωσης δεν είναι μικρότερος από 15 λεπτά και η αναλογία αερίου- προς νερό δεν είναι μικρότερη από 5:1.

5. Στερεά-Διαχωρισμός υγρών: Διαχωρίστε τη λάσπη σιδήρου από καθαρό νερό χρησιμοποιώντας δεξαμενές καθίζησης ή δεξαμενές επίπλευσης. Εάν το αποτέλεσμα διαχωρισμού δεν είναι ικανοποιητικό, προσθέστε 100-200 mg/L χλωριούχο πολυαλουμίνιο και 3-5 mg/L πολυακρυλαμίδιο για να ενισχύσετε το αποτέλεσμα καθίζησης των αιωρούμενων στερεών και της λάσπης σιδήρου.

6. Απόρριψη ιλύος σιδήρου: Η ιλύς σιδήρου που παράγεται από την αντίδραση Fenton ταξινομείται ως επικίνδυνα απόβλητα HW22. Πρέπει να παχυνθεί, να αφυδατωθεί με φίλτρο πλάκας και πλαισίου και στη συνέχεια να απορριφθεί σύμφωνα με τους κανονισμούς από ειδική μονάδα επεξεργασίας επικίνδυνων αποβλήτων. Η τυχαία απόρριψη και η απόρριψη απαγορεύονται αυστηρά.

1. Χημικά λύματα (Φαινολικά, βενζόλια, αλογονωμένα λύματα υδρογονανθράκων)

Τα βασικά χαρακτηριστικά αυτών των λυμάτων είναι η συγκέντρωση COD 1000-5000 mg/L, που περιέχει φαινόλες, ενώσεις της σειράς βενζολίου, αλογονωμένους υδρογονάνθρακες και άλλη ανυπόφορη οργανική ύλη. Ο λόγος βιοδιασπασιμότητάς του είναι μικρότερος από 0,2, παρουσιάζοντας εξαιρετικά υψηλή βιολογική τοξικότητα. Η άμεση βιολογική επεξεργασία δεν μπορεί να πληροί τα πρότυπα. Η διαδικασία τοποθετείται ως προεπεξεργασία, με βασικό στόχο την αύξηση της αναλογίας βιοδιασπασιμότητας σε πάνω από 0,3. Οι βέλτιστες παράμετροι είναι: αναλογία μάζας υπεροξειδίου του υδρογόνου προς COD 1,5 έως 2,0:1, αναλογία μάζας υπεροξειδίου του υδρογόνου προς ιόντα σιδήρου 3 έως 5:1, χρόνος υδραυλικής κατακράτησης 4 έως 6 ώρες και pH αντίδρασης 3,0 έως 3,5. Βασικά σημεία λειτουργίας είναι: για τα φαινολικά λύματα, το υπεροξείδιο του υδρογόνου πρέπει να προστίθεται σε δύο έως τρία στάδια για να αποφευχθεί η τοπική υπεροξείδωση. για τα λύματα αλογονωμένων υδρογονανθράκων, η δόση των ιόντων σιδήρου μπορεί να αυξηθεί κατάλληλα για να ενισχυθεί το αποτέλεσμα της καταλυτικής οξείδωσης.

2. Φαρμακευτικά λύματα (Αντιβιοτικά, Φαρμακευτικά ενδιάμεσα λύματα)

Τα βασικά χαρακτηριστικά αυτών των λυμάτων είναι η σύνθετη σύνθεσή τους, η συγκέντρωση COD 800 έως 3000 mg/L με μεγάλες διακυμάνσεις και η παρουσία αντιβιοτικών, ετεροκυκλικών οργανικών ενώσεων και εξαιρετικά υψηλή βιοτοξικότητα, μαζί με υψηλά επίπεδα ανόργανων ιόντων όπως χλωριούχα και θειικά ιόντα. Η διαδικασία τοποθετείται ως προσέγγιση διπλού-τρόπου προεπεξεργασίας και προηγμένης θεραπείας. Η προεπεξεργασία βελτιώνει τη βιοαποδομησιμότητα, ενώ η προηγμένη επεξεργασία απομακρύνει τους υπολειμματικούς ρύπους από τα βιολογικά λύματα. Οι κατάλληλες παράμετροι είναι οι εξής: Για το στάδιο της προεπεξεργασίας, η αναλογία μάζας υπεροξειδίου του υδρογόνου προς COD είναι 1,2 έως 1,8:1, η αναλογία μάζας υπεροξειδίου του υδρογόνου προς ιόντα σιδήρου είναι 4 έως 6:1 και ο χρόνος συγκράτησης υδραυλικής ενέργειας είναι 3 έως 5 ώρες. για το προχωρημένο στάδιο επεξεργασίας, η αναλογία μάζας υπεροξειδίου του υδρογόνου προς COD είναι 1,0 έως 1,5:1, ο υδραυλικός χρόνος συγκράτησης είναι 2 έως 3 ώρες και το pH της αντίδρασης είναι 3,0 έως 3,5. Βασικά πρακτικά σημεία είναι: για λύματα με υψηλή περιεκτικότητα σε ανόργανα ιόντα, η δόση του υπεροξειδίου του υδρογόνου πρέπει να αυξηθεί κατά 10% έως 20% για να εξουδετερωθεί η ανασταλτική επίδραση των ιόντων στην αντίδραση. Μετά την προεπεξεργασία, θα πρέπει να ακολουθηθεί μια διαδικασία οξίνισης υδρόλυσης για περαιτέρω βελτίωση της βιοαποδομησιμότητας των λυμάτων.

3. Λύματα βαφής και εκτύπωσης (Αζο και ανθρακινόνη βαφής απόβλητα)

Τα βασικά χαρακτηριστικά αυτών των λυμάτων είναι η εξαιρετικά υψηλή χρωματική ένταση, που φτάνει εκατοντάδες έως χιλιάδες φορές υψηλότερη, που περιέχει βαφές αζω και ανθρακινόνης, συγκέντρωση COD από 300 έως 1000 mg/L και αναλογία βιοδιασπασιμότητας μικρότερη από 0,25. Η ένταση του χρώματος είναι η κεντρική ένδειξη ελέγχου. Ορισμένα λύματα περιέχουν επιφανειοδραστικές ουσίες, καθιστώντας δύσκολη την κροκίδωση. Η διαδικασία τοποθετείται ως προηγμένη επεξεργασία, με βασικό στόχο την αφαίρεση του υπολειμματικού χρώματος και του COD από τα βιολογικά λύματα για να διασφαλιστεί ότι τα λύματα πληρούν τα πρότυπα. Οι κατάλληλες παράμετροι είναι: αναλογία μάζας υπεροξειδίου του υδρογόνου προς COD 1,0 έως 1,5:1, αναλογία μάζας υπεροξειδίου του υδρογόνου προς ιόντα σιδήρου 5 έως 8:1, χρόνος υδραυλικής κατακράτησης 2 έως 4 ώρες και pH αντίδρασης 3,5 έως 4,0. Τα βασικά πρακτικά σημεία περιλαμβάνουν την κατάλληλη αύξηση της δόσης των ιόντων σιδήρου για την ενίσχυση της κροκίδωσης και του αποχρωματισμού. για τα λύματα που περιέχουν τασιενεργά, η δόση του χλωριούχου πολυαλουμινίου μπορεί να αυξηθεί κατά τη διάρκεια του σταδίου εξουδετέρωσης για να βελτιωθεί η απόδοση διαχωρισμού στερεών{16}}υγρών.

4. Εκπλύματα ΧΥΤΑ (Μέσα-έως-Στάδιο στραγγίσματος χωματερών και εγκαταστάσεων αποτέφρωσης)

Τα βασικά χαρακτηριστικά αυτών των λυμάτων είναι η συγκέντρωση COD από 800 έως 5000 mg/L, η αναλογία βιοδιασπασιμότητας μικρότερη από 0,2, η παρουσία χουμικού οξέος, φουλβικού οξέος και άλλης ανθεκτικής οργανικής ύλης και η υψηλή περιεκτικότητα σε άζωτο αμμωνίας, γεγονός που το καθιστά τυπική υψηλή{3} δυσκολία απορριμμάτων. Η διαδικασία τοποθετείται ως προηγμένη επεξεργασία, που ενσωματώνεται με MBR, A/O και άλλες βιολογικές διεργασίες για την απομάκρυνση των υπολειμματικών ρύπων στα λύματα. Οι βέλτιστες παράμετροι είναι: αναλογία μάζας υπεροξειδίου του υδρογόνου προς COD 1,8 έως 2,0:1, αναλογία μάζας υπεροξειδίου του υδρογόνου προς ιόντα σιδήρου 2 έως 4:1, χρόνος υδραυλικής κατακράτησης 6 έως 8 ώρες και pH αντίδρασης 3,0 έως 3,5. Τα βασικά πρακτικά σημεία περιλαμβάνουν την ενίσχυση της διαδικασίας απαέρωσης για να αποτρέψει το διαλυμένο οξυγόνο να επηρεάσει τις επόμενες διεργασίες του φίλτρου. Συνιστάται μια διαδικασία συνδυασμού βιολογικού φίλτρου αεριού Fenton + για περαιτέρω μείωση του COD εκροής στο αποδεκτό όριο.

5. Λύματα πολτού και χαρτιού (ενδιάμεσο και ύδωρ ουράς)

Τα βασικά χαρακτηριστικά αυτών των λυμάτων είναι η παρουσία λιγνίνης, κυτταρίνης και άλλης ανθεκτικής οργανικής ύλης. Συγκέντρωση COD 300 έως 800 mg/L. υψηλό χρώμα? και υψηλή περιεκτικότητα σε αιωρούμενα στερεά. Η άμεση απόρριψη μπορεί εύκολα να προκαλέσει ρύπανση του νερού. Η διαδικασία μπορεί να είναι είτε προεπεξεργασία είτε προχωρημένη θεραπεία. Η προεπεξεργασία του ενδιάμεσου νερού βελτιώνει τη βιοδιασπασιμότητά του, ενώ η προηγμένη επεξεργασία του νερού της ουράς απομακρύνει το χρώμα και το υπολειμματικό COD. Οι κατάλληλες παράμετροι είναι: αναλογία μάζας υπεροξειδίου του υδρογόνου προς COD 1,0 έως 1,5:1, αναλογία μάζας υπεροξειδίου του υδρογόνου προς ιόντα σιδήρου 4 έως 6:1 και χρόνος συγκράτησης υδραυλικής ενέργειας 3 έως 4 ώρες. Τα βασικά πρακτικά σημεία περιλαμβάνουν την προσθήκη προεπεξεργασίας πήξης και καθίζησης στο μπροστινό άκρο της διεργασίας για την απομάκρυνση των αιωρούμενων στερεών και την αποφυγή της προσρόφησης και της αναποτελεσματικότητας των ιόντων σιδήρου. Για έργα με αυστηρές απαιτήσεις σχετικά με το κόστος αντιδραστηρίων και την παραγωγή λάσπης, μπορεί να επιλεγεί μια διαδικασία Fenton ρευστοποιημένης κλίνης για τη βελτίωση της χρήσης αντιδραστηρίου και τη μείωση της παραγωγής λάσπης.

1. Ακριβής έλεγχος pH: Το pH πρέπει να ελέγχεται μεταξύ 3,0 και 4,0 κατά το στάδιο της αντίδρασης οξείδωσης. Ένα pH κάτω του 3,0 θα αναστείλει τον καταλυτικό κύκλο των ιόντων σιδήρου, ενώ ένα pH πάνω από 4,0 θα προκαλέσει την υδρόλυση των ιόντων σιδήρου και το σχηματισμό ιζημάτων υδροξειδίου, χάνοντας την καταλυτική τους δράση. Το pH κατά τη διάρκεια του σταδίου εξουδετέρωσης πρέπει να ελέγχεται αυστηρά μεταξύ 7,0 και 8,0 για να πληρούνται οι απαιτήσεις εκφόρτισης.

2. Έλεγχος σταδιακής ανάδευσης: Χρησιμοποιείται ισχυρή ανάδευση κατά τη διάρκεια του σταδίου ανάμειξης του αντιδραστηρίου για να εξασφαλιστεί ομοιόμορφη διασπορά του αντιδραστηρίου. Η ασθενής ανάδευση χρησιμοποιείται κατά το στάδιο της αντίδρασης οξείδωσης για τη διατήρηση της ρευστοποίησης της λάσπης μόνο, αποφεύγοντας την έντονη ανάδευση που θα μπορούσε να βλάψει τις ρίζες υδροξυλίου και να μειώσει την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας.

3. Πρότυπα δοσολογίας αντιδραστηρίου: Το υπεροξείδιο του υδρογόνου προστίθεται απευθείας χρησιμοποιώντας βιομηχανικό διάλυμα αποθέματος 30%, χωρίς να απαιτείται διάλυση ή αραίωση. Ο θειικός σίδηρος παρασκευάζεται και χρησιμοποιείται αμέσως και αποθηκεύεται σε σφραγισμένα δοχεία για την πρόληψη της οξείδωσης σε ιόντα σιδήρου, αποφεύγοντας έτσι την πλήρη απώλεια της καταλυτικής δραστηριότητας με τις συμβατικές διεργασίες Fenton.

4. Έλεγχος παρεμβαλλόμενων ιόντων: Υψηλές συγκεντρώσεις ιόντων χλωρίου, θειικών και φωσφορικών θα αναστείλουν την αντίδραση. Η δοσολογία των αντιδραστηρίων πρέπει να προσαρμόζεται εκ των προτέρων μέσω δοκιμών μικρής-κλίμακας ή θα πρέπει να προστεθεί μια διαδικασία προεπεξεργασίας για την απομάκρυνση των παρεμβαλλόμενων ιόντων.

5. Έλεγχος θερμοκρασίας αντίδρασης: Η βέλτιστη θερμοκρασία αντίδρασης είναι 25-35 βαθμοί. Θερμοκρασίες πάνω από 40 βαθμούς θα επιταχύνουν την αυθόρμητη αποσύνθεση του υπεροξειδίου του υδρογόνου, μειώνοντας σημαντικά την απόδοση οξείδωσης. Επομένως, ο έλεγχος της θερμοκρασίας είναι ζωτικής σημασίας.

Όσον αφορά την αποθήκευση αντιδραστηρίων, το υπεροξείδιο του υδρογόνου πρέπει να αποθηκεύεται μακριά από το φως και τη θερμότητα, σε σφραγισμένα δοχεία και να φυλάσσεται μακριά από πηγές θερμότητας και εύφλεκτα και εκρηκτικά υλικά. Ο θειικός σίδηρος πρέπει να αποθηκεύεται με-αντοχή στην υγρασία και την οξείδωση-. όξινα και αλκαλικά αντιδραστήρια θα πρέπει να αποθηκεύονται χωριστά για να αποφευχθεί η ανάμειξη και οι πιθανές αντιδράσεις ασφάλειας. Όσον αφορά την επιλογή εξοπλισμού, η δεξαμενή αντίδρασης χρησιμοποιεί ανοξείδωτο χάλυβα 316L με αντιδιαβρωτική επίστρωση νιφάδων γυαλιού, κατάλληλη για ισχυρά οξειδωτικά περιβάλλοντα. Είναι εξοπλισμένο με ηλεκτρονικό μετρητή pH, δοσομετρική αντλία υψηλής-ακρίβειας και μετρητή ροής για την επίτευξη αυτόματης και ακριβούς δοσολογίας των αντιδραστηρίων. Είναι εξοπλισμένο με δεξαμενή πάχυνσης λάσπης και πρέσα φίλτρου πλάκας και πλαισίου για την ολοκλήρωση της αφυδάτωσης και της προσωρινής αποθήκευσης της λάσπης σιδήρου, πληρώντας τις απαιτήσεις για προ-επεξεργασία επικίνδυνων αποβλήτων.

Οι κύριοι λόγοι για τη χαμηλή απόδοση επεξεργασίας είναι η απόκλιση του pH από το εύρος τιμών, η υπερβολική ανάδευση στο τμήμα οξείδωσης και οι ανισορροπίες των αναλογιών αντιδραστηρίων. Οι λύσεις είναι η βαθμονόμηση του μετρητή pH, η μείωση της έντασης ανάδευσης στο τμήμα οξείδωσης και η εκ νέου-βελτιστοποίηση της αναλογίας του αντιδραστηρίου μέσω δοκιμών μικρής- κλίμακας. Οι κύριοι λόγοι για την κακή καθίζηση της λάσπης σιδήρου είναι τα υπερβολικά αιωρούμενα στερεά στο μπροστινό άκρο ή η ακατάλληλη προσθήκη πηκτικού. Οι λύσεις είναι η ενίσχυση της προεπεξεργασίας για την απομάκρυνση των αιωρούμενων στερεών και η προσαρμογή της δοσολογίας και της μεθόδου προσθήκης πολυακρυλαμιδίου. Ο κύριος λόγος για το υπολειμματικό υπεροξείδιο του υδρογόνου στα απόβλητα είναι η υπερβολική προσθήκη οξειδωτικών. Τα διαλύματα είναι η μείωση της δόσης του υπεροξειδίου του υδρογόνου και η κατάλληλη επέκταση του χρόνου αντίδρασης οξείδωσης.

Οι απαιτήσεις αποδοχής για την προεπεξεργασία είναι: αναλογία βιοαποδομησιμότητας λυμάτων 0,3 ή υψηλότερη και ποσοστό αφαίρεσης COD 40% έως 60%. Οι απαιτήσεις αποδοχής για προηγμένη επεξεργασία είναι: οι τιμές COD, χρώματος και pH αποβλήτων που πληρούν τα αντίστοιχα βιομηχανικά πρότυπα εκπομπών. συγκέντρωση αιωρούμενων στερεών Μικρότερη ή ίση με 30 mg/L. και πλήρης διαχωρισμός της λάσπης σιδήρου χωρίς απώλειες. Οι απαιτήσεις αποδοχής για τη συμμόρφωση είναι: πλήρης αρχεία διάθεσης ιλύος επικίνδυνων αποβλήτων σιδήρου. σταθερή λειτουργία εξοπλισμού. και ακριβή και αξιόπιστα αυτόματα συστήματα δοσομέτρησης και παρακολούθησης παραμέτρων.