Équipement de traitement électrochimique des eaux usées pour le traitement des eaux usées de cokéfaction

I. Présentation du produit

Les eaux usées de cokéfaction sont parmi les plus difficiles à traiter dans l'industrie chimique du charbon. Elles proviennent des processus de carbonisation à haute température (coking), de purification du gaz et de récupération de produits chimiques du charbon, et comprennent principalement l'eau d'ammoniaque résiduaire, les eaux usées de refroidissement final du gaz de houille, l'eau de séparation du benzène brut et les eaux usées de traitement du goudron. Leurs caractéristiques typiques de qualité de l'eau sont : une concentration élevée de DCO, une concentration élevée d'azote ammoniacal, une teneur élevée en substances toxiques réfractaires (phénols, composés benzéniques, hydrocarbures aromatiques polycycliques, composés hétérocycliques tels que pyridine, quinoléine, carbazole, etc.), une biodégradabilité extrêmement faible (DCO/DBO₅ typiquement 0,10~0,20), une teneur élevée en cyanure et en sulfure, une teneur en huile (goudron), et de grandes fluctuations de la qualité et de la quantité de l'eau.

Le traitement des eaux usées de cokéfaction est depuis longtemps un défi environnemental majeur pour les entreprises de cokéfaction. Les voies de processus traditionnelles suivent généralement le schéma "prétraitement (dégraissage, déphénolation, stripping d'ammoniac) → traitement biologique (A/O, A²/O, SBR, etc.) → traitement avancé", mais rencontrent de nombreux défis en exploitation réelle : ① Les composés phénoliques, les cyanures et les composés hétérocycliques inhibent fortement ou tuent même les micro-organismes du système biologique, entraînant un empoisonnement fréquent et un gonflement des boues activées, ainsi qu'une instabilité du système biologique ; ② Biodégradabilité extrêmement faible (DBO₅/DCO < 0,20), taux d'élimination de la DCO limité au stade biologique, et DCO de l'effluent bien inférieure aux normes de rejet actuelles ; ③ Les basses températures hivernales provoquent une chute brutale voire un arrêt de l'efficacité de la nitrification des systèmes biologiques, entraînant des dépassements importants d'azote ammoniacal. Ce système utilise la technologie d'oxydation électrochimique et peut être intégré de manière flexible à plusieurs étapes du processus de traitement des eaux usées de cokéfaction, assumant les fonctions principales suivantes :Pour l'effluent de déphénolation après stripping d'ammoniac : Oxydation et décomposition directes des substances toxiques telles que les phénols, les cyanures et les composés hétérocycliques dans les eaux usées, éliminant complètement la biotoxicité en 1 à 2 heures. Le rapport DCO/DBO est augmenté de 0,10-0,20 à plus de 0,35, créant des conditions d'affluent sûres et stables pour les systèmes biologiques ultérieurs et prévenant efficacement l'effondrement du système dû aux chocs.

Pour le traitement avancé de l'effluent biologique : Élimination approfondie de la DCO résiduelle (substances humiques réfractaires, polymères aromatiques, etc.) et de la couleur de l'effluent biologique, éliminant complètement la DCO et la couleur pour répondre aux normes d'émission les plus strictes.

Pour le traitement des eaux usées de trempe : Après élimination de la DCO et de la couleur, les eaux usées sont réutilisées dans le système de trempe, réalisant une circulation en boucle fermée de l'eau de trempe et réduisant le risque de prélèvement d'eau douce et de pollution externe.

L'ensemble du processus ne consomme que de l'électricité, sans ajout d'agents chimiques, et ne produit pas de déchets dangereux tels que des boues de fer ou du charbon saturé adsorbé. Les électrodes résistent à l'entartrage et à la pollution, et peuvent s'adapter à des qualités d'eau complexes telles que la dureté élevée, la salinité élevée et la teneur en huile des eaux usées de cokéfaction. Il fonctionne à température et pression normales (0~40°C) et n'est pas affecté par les changements saisonniers et de température. C'est une technologie clé pour atteindre une conformité stable et une amélioration du traitement des eaux usées de cokéfaction.

II. Difficultés du traitement des eaux usées de cokéfaction et solutions avec cet équipement

Aborder les difficultés

(1) 

Électro-oxydation directe Les polluants toxiques caractéristiques des eaux usées de cokéfaction sont directement oxydés à la surface de l'anode : Phénols (phénol, créosol, naphtol, etc.) : Après hydroxylation du cycle benzénique à la surface de l'anode, il est davantage oxydé et son cycle est ouvert, se transformant en acides organiques de petite molécule, et finalement minéralisé en CO₂ et H₂O. Le processus d'oxydation et d'ouverture de cycle du phénol élimine complètement sa toxicité de pénétration membranaire pour les micro-organismes. Cyanure (CN⁻) : Il est directement oxydé en cyanate (CN⁻ → CNO⁻) à l'anode. Le cyanate est ensuite hydrolysé en ammoniac et carbonate, et sa haute toxicité est complètement éliminée. Composés hétérocycliques (pyridine, quinoléine, carbazole, indole, etc.) : L'hétérocycle azoté est directement ouvert à la surface de l'anode. L'azote est libéré du cycle et converti en NH₃ ou N₂. La structure du système cyclique est détruite, et la biotoxicité est considérablement réduite. Hydrocarbures aromatiques polycycliques (naphtalène, anthracène, phénanthrène, etc.) : Le système de cycle aromatique est progressivement oxydé et ouvert à la surface de l'anode. La structure de condensation macromoléculaire est décomposée en substances dégradables de petite molécule.

(2) Électro-oxydation indirecte L'électrolyse de l'eau à l'anode produit des radicaux hydroxyles (•OH). Simultanément, du chlore actif (Cl₂, H₂O) est généré par électrolyse des ions chlorure naturellement présents dans les eaux usées de cokéfaction. (OCl⁻, OCl⁻) : Les radicaux hydroxyles effectuent des attaques oxydatives non sélectives sur divers composés organiques réfractaires, montrant particulièrement des effets d'ouverture de cycle significatifs sur les hydrocarbures aromatiques polycycliques et les composés hétérocycliques. Le chlore activé diffuse davantage dans la solution, oxydant rapidement l'azote ammoniacal, tout en complétant l'oxydation des composés organiques qui n'ont pas été en contact direct avec l'anode.

(3) Élimination par oxydation de l'azote ammoniacal : La concentration d'azote ammoniacal dans les eaux usées de cokéfaction est élevée, et l'élimination électrochimique est réalisée par une voie d'oxydation indirecte : Les ions chlorure sont électrolysés à l'anode pour générer du chlore actif. Le chlore actif oxyde rapidement l'azote ammoniacal en azote gazeux. Les ions chlorure sont régénérés et circulent dans la réaction, participant continuellement à l'oxydation de l'azote ammoniacal. Le taux d'élimination de l'azote ammoniacal peut atteindre 80 % à 99 %.

(4) Co-élimination de la DCO et amélioration de la biodégradabilité : Après oxydation directe et indirecte, les composés organiques aromatiques et hétérocycliques macromoléculaires des eaux usées de cokéfaction subissent : ouverture des cycles aromatiques/hétérocycliques → rupture de chaîne des macromolécules → conversion en acides organiques de petite molécule, alcools, aldéhydes, etc. Ces petites molécules organiques peuvent être utilisées par les micro-organismes dans la détection de la DBO₅, augmentant ainsi la DBO₅ ; en même temps, une partie de la matière organique est complètement minéralisée en CO₂, provoquant une diminution de la DCO. Le rapport DCO/DBO passe de 0,10~0,20 à plus de 0,35, fournissant une source de carbone biodégradable de haute qualité pour les systèmes biochimiques ultérieurs.

IV. Avantages clés (Ciblant les eaux usées de cokéfaction)Avantages

illustrer

Volume de traitement

Eaux usées de cokéfaction → Dégraissage et sédimentation (élimination du goudron et des SS) → Équipement de traitement électrochimique (élimination des phénols, cyanures, composés hétérocycliques et amélioration du rapport DCO/DBO) → Réservoir intermédiaire/Réservoir d'égalisation → Système biochimique → Réservoir de décantation secondaire → Rejet conforme aux normesExplication : C'est la configuration d'application la plus critique et la plus importante dans le traitement des eaux usées de cokéfaction. L'unité de détoxification électrochimique est placée avant le système biochimique, assumant les fonctions principales de "décomposition oxydative des phénols/cyanures/composés hétérocycliques + amélioration du rapport DCO/DBO". Si les eaux usées de cokéfaction sans détoxification électrochimique entrent directement dans le système biochimique, les micro-organismes seront dans un état d'inhibition toxique à long terme, entraînant une instabilité extrême du fonctionnement du système. Après détoxification, le taux d'élimination de la DCO de l'étape biochimique est considérablement amélioré, et le système fonctionne de manière stable toute l'année, indépendamment des fluctuations de la toxicité de l'influent.

Option 2 : Traitement biochimique avancé de l'effluent

Eaux usées de cokéfaction → Prétraitement → Système biochimique → Réservoir de décantation secondaire → Système de traitement électrochimique (élimination de la DCO résiduelle et de la couleur) → Rejet conforme aux normes

Option 3 : Prédétotoxification biochimique + Traitement avancé post-biochimique

Eaux usées de cokéfaction → Prétraitement → Système de traitement électrochimique (pré-biochimique) → Système biochimique → Unité de traitement électrochimique avancé (post-biochimique) → Rejet conforme aux normes/Réutilisation

Remarque : Pour les nouvelles installations de traitement des eaux usées de cokéfaction ou les projets de mise à niveau complets, une unité électrochimique est installée avant et après le traitement biochimique. L'extrémité avant est responsable de la détoxification et de l'amélioration de la biodégradabilité, assurant un traitement biochimique stable et efficace ; l'extrémité arrière est responsable de l'élimination avancée de la DCO résiduelle et de la couleur, assurant une conformité stable de l'effluent. Les deux unités électrochimiques travaillent ensemble, rendant le système de traitement des eaux usées de cokéfaction le plus résistant aux chocs, avec l'effluent le plus stable et les coûts d'exploitation optimaux. Bien que l'investissement en équipement soit légèrement supérieur à une configuration à unité unique, la fiabilité du système biochimique et la certitude de la conformité de l'effluent final sont considérablement améliorées, ce qui se traduit par la meilleure rentabilité globale.