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

JE. Présentation du produit

Les eaux usées de cokéfaction sont l’une des eaux usées les plus difficiles à traiter dans l’industrie chimique du charbon. Il provient des processus de carbonisation (cokéfaction) à haute température, de purification des gaz et de récupération des produits chimiques du charbon, et comprend principalement l'eau d'ammoniac résiduelle, les eaux usées de refroidissement final du gaz de houille, l'eau de séparation du benzène brut et les eaux usées du traitement du goudron. Ses 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 récalcitrantes (phénols, composés de la série benzénique, hydrocarbures aromatiques polycycliques, composés hétérocycliques tels que la pyridine, la quinoléine, le carbazole, etc.), une biodégradabilité extrêmement faible (DBO₅/DCO généralement 0,10 ~ 0,20), une teneur élevée en cyanure et 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 constitue depuis longtemps un défi environnemental majeur pour les entreprises de cokéfaction. Les itinéraires de traitement traditionnels suivent généralement le modèle « prétraitement (élimination de l'huile, élimination du phénol, extraction de l'ammoniac) → traitement biologique (A/O, A²/O, SBR, etc.) → traitement avancé », mais sont confrontés à de nombreux défis en fonctionnement réel : ① Les composés phénoliques, les cyanures et les composés hétérocycliques inhibent fortement, voire tuent, les micro-organismes dans le système biologique, entraînant des empoisonnements fréquents et un gonflement des boues activées, ainsi qu'un fonctionnement instable du système biologique ; ② Biodégradabilité extrêmement faible (B/C < 0,20), taux d'élimination de la DCO limité au stade biologique et DCO des effluents bien en deçà des 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 de l'azote ammoniacal. Ce système utilise une technologie d'oxydation électrochimique et peut être intégré de manière flexible à plusieurs étapes du processus de traitement des eaux usées de cokéfaction, en remplissant les fonctions essentielles suivantes :

Pour les effluents d'élimination du phénol après extraction de l'ammoniac : oxydation directe et décomposition de 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 B/C est augmenté de 0,10 à 0,20 à plus de 0,35, créant des conditions d'influence sûres et stables pour les systèmes biologiques ultérieurs et empêchant efficacement l'effondrement du système dû à un choc.

Pour le traitement avancé des effluents biologiques : Élimination en profondeur de la DCO résiduelle (substances humiques récalcitrantes, 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 l'élimination de la DCO et de la couleur, les eaux usées sont réutilisées dans le système de trempe, permettant ainsi une circulation en boucle fermée de l'eau de trempe et réduisant le risque de prise d'eau douce et de pollution externe.

L'ensemble du processus consomme uniquement de l'électricité, sans ajout d'agents chimiques, et ne produit pas de déchets dangereux tels que des boues de fer ou du carbone saturé adsorbé. Les électrodes résistent au tartre et à la pollution et peuvent s'adapter à des qualités d'eau complexes telles qu'une dureté élevée, une salinité élevée et une teneur en huile dans les eaux usées de cokéfaction. Il fonctionne à température et pression normales (0 ~ 40 ℃) et n'est pas affecté par les changements saisonniers et de température. Il s’agit d’une technologie de base clé pour assurer une conformité et une valorisation stables des eaux usées de cokéfaction.

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

III. Principe de fonctionnement

Après un prétraitement tel que l'élimination de l'huile, la précipitation et l'extraction de l'ammoniac, les eaux usées de cokéfaction pénètrent dans le réacteur électrochimique, où les réactions suivantes se produisent sous l'action d'électrodes :

(1)Électrooxydation directe Les polluants toxiques caractéristiques des eaux usées de cokéfaction sont directement oxydés à la surface de l'anode : Phénols (phénol, crésol, naphtol, etc.) : Une fois le cycle benzénique hydroxylé à la surface de l'anode, il est encore oxydé et ouvert, se transformant en acides organiques à petites molécules, et finalement minéralisé en CO₂ et H₂O. Le processus oxydatif d’ouverture du cycle du phénol élimine complètement sa toxicité de pénétration dans la membrane cellulaire 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 en carbonate, et sa haute toxicité est complètement éliminée. Composés hétérocycliques (pyridine, quinoléine, carbazole, indole, etc.) : L'hétérocycle contenant de l'azote est directement ouvert en cycle à la surface de l'anode. N 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 noyaux aromatiques est progressivement oxydé et son cycle est ouvert à la surface de l'anode. La structure de condensation macromoléculaire est décomposée en petites molécules dégradables.

(2)Électrooxydation indirecte L'électrolyse anodique de l'eau produit des radicaux hydroxyles (·OH). Dans le même temps, du chlore actif (Cl₂, H₂O) est généré par électrolyse des ions chlorure naturels dans les eaux usées de cokéfaction. OCl, OCl⁻) : Les radicaux hydroxyles effectuent des attaques oxydatives non sélectives sur divers composés organiques récalcitrants, montrant notamment des effets d'ouverture de cycle significatifs sur les hydrocarbures aromatiques polycycliques et les composés hétérocycliques. Le chlore activé se diffuse davantage dans la solution, oxydant rapidement l'azote ammoniacal, tout en complétant simultanément l'oxydation des composés organiques qui n'ont pas directement contacté 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 obtenue par une voie d'oxydation indirecte : les ions chlorure sont électrolysés à l'anode pour générer du chlore activé. Le chlore activé 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 macromoléculaires aromatiques et hétérocycliques présents dans les eaux usées de cokéfaction subissent : l'ouverture des cycles aromatiques/hétérocycliques → la rupture de la chaîne des macromolécules → la conversion en petites molécules d'acides organiques, d'alcools, d'aldéhydes, etc. Ces petites molécules organiques peuvent être utilisées par les micro-organismes dans la détection de la DBO₅, augmentant ainsi la DBO₅ ; dans le même temps, une partie de la matière organique est complètement minéralisée en CO₂, entraînant une diminution de la DCO. Le rapport B/C augmente 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. Principaux avantages (ciblage des eaux usées de cokéfaction)

V. Paramètres techniques (personnalisables)

VI.Emplacement du processus

Option 1 : Prétraitement et détoxification avant le traitement biochimique

Eaux usées de cokéfaction → Élimination des huiles et sédimentation (élimination du goudron et des SS) → Équipement de traitement électrochimique (élimination des composés phénoliques, des cyanures, des composés hétérocycliques et amélioration du rapport B/C) → Réservoir intermédiaire/réservoir d'égalisation → Système biochimique → Réservoir de sédimentation secondaire → Normes de décharge

Explication : Il s’agit de la configuration d’application la plus critique et la plus essentielle dans le traitement des eaux usées de cokéfaction. L'unité de détoxification électrochimique est placée avant le système biochimique, assurant les fonctions essentielles de « décomposition oxydative des phénols/cyanures/composés hétérocycliques + amélioration du rapport B/C ». Si les eaux usées de cokéfaction sans détoxification électrochimique pénètrent directement dans le système biochimique, les micro-organismes seront dans un état d'inhibition de la toxicité à long terme, conduisant à un fonctionnement extrêmement instable du système. Après détoxification, le taux d'élimination de la DCO au stade biochimique est considérablement amélioré et le système fonctionne de manière stable tout au long de l'année, sans être affecté par les fluctuations de la toxicité des influents.

Option 2 : Traitement biochimique avancé des effluents

Eaux usées de cokéfaction → Prétraitement → Système biochimique → Réservoir de sédimentation secondaire → Système de traitement électrochimique (élimination de la DCO et de la couleur résiduelles) → Normes de décharge

Option 3 : Détoxification pré-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) → Décharge répondant aux normes/réutilisation

Remarque : Pour les usines de traitement des eaux usées de cokéfaction nouvellement construites ou pour les projets de modernisation complets, une unité électrochimique est installée avant et après le traitement biochimique. L'avant est responsable de la détoxification et de l'amélioration de la biodégradabilité, garantissant un traitement biochimique stable et efficace ; l'arrière-plan est responsable de l'élimination avancée de la DCO et de la couleur résiduelles, garantissant ainsi une conformité stable des effluents. Les deux unités électrochimiques fonctionnent ensemble, ce qui rend le système de traitement des eaux usées de cokéfaction le plus résistant aux chocs, avec les effluents les plus stables et des coûts d'exploitation optimaux. Bien que l'investissement en équipement soit légèrement supérieur à celui d'une configuration à unité unique, la fiabilité du système biochimique et la certitude de la conformité des effluents finaux sont considérablement améliorées, ce qui se traduit par la meilleure rentabilité globale.