Équipement de traitement des eaux usées électrochimiques, utilisé pour les eaux usées chimiques.

Équipement de traitement électrochimique des eaux usées, utilisé pour les eaux usées chimiques.

I. Aperçu du produit

Les eaux usées chimiques constituent l'un des types d'eaux usées industrielles les plus répandus, complexes et difficiles à traiter, englobant de multiples sous-secteurs, notamment les produits chimiques organiques, les produits chimiques inorganiques, les produits chimiques fins, la pétrochimie, la chimie du charbon, les engrais, les matériaux polymères, le chlore-alcali, les colorants, les revêtements, les pesticides et les secteurs biochimiques. Ses caractéristiques générales de qualité de l'eau sont les suivantes : Les eaux usées contiennent une grande quantité de matières premières et auxiliaires, de produits intermédiaires, de sous-produits et de résidus de produits utilisés dans le processus de production — y compris les composés benzéniques, les phénols, les alcools, les aldéhydes, les cétones, les acides organiques, les esters, les composants organiques spéciaux, les hydrocarbures aromatiques polycycliques, les composés hétérocycliques, les hydrocarbures halogénés, les composés nitrés, les composés organophosphorés, les monomères polymères, les tensioactifs, les solvants organiques et les résidus de catalyseurs ; certaines eaux usées de processus à haute concentration peuvent atteindre des dizaines à des centaines de milliers de mg/L ; les eaux usées contiennent souvent des polluants caractéristiques qui inhibent ou toxifient les micro-organismes ; la teneur en sel varie considérablement (de plusieurs centaines de mg/L à plus de dix pour cent) ; le rapport DBO₅/DCO est généralement compris entre 0,05 et 0,30, avec des différences significatives en termes de biodégradabilité ; et la qualité des eaux usées fluctue considérablement avec les changements de type de produit, de processus de production et de cycle de production.

Les principaux défis du traitement des eaux usées chimiques résident dans plusieurs domaines clés : ① Proportion élevée de matière organique réfractaire – les structures chimiques stables telles que les aromatiques, les composés hétérocycliques, les composés halogénés et les groupes nitro présentent une tolérance élevée aux micro-organismes conventionnels, rendant la dégradation efficace par les systèmes biologiques difficile. ② Problèmes significatifs de biotoxicité – divers intermédiaires et sous-produits chimiques inhibent ou tuent même les micro-organismes des boues activées, entraînant des impacts fréquents sur les systèmes biologiques, une faible efficacité de traitement, voire un effondrement du système. ③ La forte salinité exacerbe les difficultés de traitement – certaines eaux usées chimiques contiennent 3 % à 10 % de sel (par exemple, chlore-alcali, synthèse de pesticides, intermédiaires pharmaceutiques), et la pression osmotique élevée rend difficile la survie des micro-organismes des boues activées conventionnelles. ④ Fluctuations drastiques de la qualité et de la quantité de l'eau – dans les modèles de production multi-produits et intermittents, la concentration de DCO et de substances toxiques dans les eaux usées peut changer de plusieurs fois à des dizaines de fois en quelques heures, ce qui rend difficile la réponse rapide des systèmes biologiques traditionnels.

Ce système utilise la technologie d'oxydation électrochimique, exploitant l'effet synergique de l'oxydation anodique directe et des oxydants puissants tels que les radicaux hydroxyles (·OH) et le chlore actif générés par électrocatalyse pour attaquer directement diverses structures chimiques stables dans les eaux usées chimiques. Il peut être appliqué de manière flexible à différentes étapes du traitement des eaux usées chimiques :

Détotoxification par prétraitement : Traite directement les eaux usées à haute concentration, oxydant et décomposant rapidement les structures réfractaires et toxiques telles que les cycles aromatiques, les cycles hétérocycliques, les groupes halogénés et les groupes nitro, réduisant considérablement la DCO et augmentant le rapport B/C au-dessus de 0,30, créant des conditions d'affluent sûres et biodégradables pour les systèmes biologiques ultérieurs.

Prétraitement des eaux usées organiques à haute salinité : Après élimination de la DCO et de la couleur, les eaux usées entrent dans le système d'évaporation et de cristallisation, améliorant la qualité des sels cristallisés et réduisant considérablement le rejet de la liqueur mère d'évaporation.

Réduction des eaux usées à haute concentration : Traite sur site de petits volumes d'eaux usées avec une DCO de dizaines de milliers de mg/L, réduisant considérablement la DCO avant d'être intégrée au système intégré de l'usine, remplaçant le transport et l'élimination coûteux des déchets dangereux.

L'ensemble du processus ne consomme que de l'électricité, sans ajout de réactifs chimiques. Les électrodes sont adaptables aux conditions complexes des eaux usées chimiques telles que la haute salinité, la haute DCO et la teneur en huile, fonctionnant en toute sécurité et de manière stable à température et pression normales. En ajustant rapidement les paramètres de courant, il peut répondre aux fluctuations drastiques de la qualité des eaux usées chimiques en quelques minutes, sans nécessiter d'acclimatation et d'attente à long terme des systèmes biochimiques. C'est une solution technique clé pour résoudre les quatre principauxdifficultés des eaux usées chimiques : "difficiles à dégrader, hautement toxiques, très volatiles et coûts de traitement élevés".

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

III. Principe de fonctionnement

Après élimination des solides en suspension par tamisage, sédimentation ou filtration (certaines eaux usées à haute concentration nécessitent un prétraitement simple), les eaux usées chimiques entrent dans un réacteur électrochimique, où les réactions de purification suivantes se produisent sous l'action des électrodes :

(1) Électro-oxydation directe (voie principale de l'ouverture du cycle et de la rupture des liaisons de la matière organique réfractaire)

Une grande quantité de matière organique réfractaire dans les eaux usées chimiques perd des électrons directement à la surface de l'anode et est oxydée :

Composés aromatiques (benzène, composants aromatiques typiques, xylène, naphtalène, biphényle, phénol, aniline, etc.) : Les cycles aromatiques sont hydroxylés par des espèces d'oxygène actives à la surface de l'anode, puis s'ouvrent, se transformant en acides organiques à petites molécules (acide maléique, acide oxalique, acide acétique, etc.), améliorant considérablement leur biodisponibilité.

Composés hétérocycliques (pyridine, quinoléine, thiazole, furane, imidazole, indole, etc.) : Les cycles hétérocycliques contenant N/S/O sont oxydés et ouverts à la surface de l'anode, éliminant la biotoxicité cyclique.

Composés halogénés (chlorobenzène, chloroforme, tétrachlorure de carbone), composés bromés, etc.) : Les liaisons C-X sont rompues à la surface de l'anode, et les halogènes sont éliminés sous forme ionique. Composés nitrés (nitrobenzène, dinitro composés, etc.) : Les groupes nitro sont éliminés par oxydation/réduction, les cycles benzéniques s'ouvrent et la mutagénicité est éliminée. Hydrocarbures aromatiques polycycliques (naphtalène, anthracène, phénanthrène, etc.) : Les systèmes de cycles aromatiques sont progressivement oxydés et ouverts, et les structures polycycliques sont décomposées en monocycles ou en petites molécules. Composés organophosphorés : Les liaisons P-C sont oxydées et rompues, et les organophosphorés sont convertis en orthophosphate. Polymères/organiques macromoléculaires (polyéthylène glycol, acide polyacrylique, fragments de résine, etc.) : Les longues chaînes carbonées et les structures moléculaires à groupe éther sont oxydées et rompues.

(2) Électro-oxydation indirecte (oxydation à large spectre dominée par ·OH et le chlore actif) L'électrolyse de l'eau à l'anode génère des radicaux hydroxyles (·OH), tout en utilisant les ions chlorure naturellement présents dans les eaux usées (la plupart des eaux usées chimiques contiennent du Cl⁻, avec une concentration allant de 200 à 20000). L'électrolyse de mg/L génère du chlore actif (Cl₂, HOCl, OCl⁻) : Les radicaux hydroxyles effectuent des attaques oxydatives non sélectives sur divers composés organiques, particulièrement efficaces pour ouvrir les cycles aromatiques et rompre les cycles hétérocycliques. Le chlore activé diffuse dans la solution, complétant l'oxydation des polluants qui ne peuvent pas entrer en contact direct avec l'anode, et éliminant efficacement l'azote ammoniacal.

(3) Amélioration simultanée de la réduction de la DCO et de la biodégradabilité : Effet synergique de l'oxydation directe et indirecte : Matière organique réfractaire à grosses molécules → ouverture du cycle/rupture de liaison/désulfuration/dénitrification → acides organiques à petites molécules, alcools, aldéhydes → certains sont davantage minéralisés en CO₂ + H₂O. La DBO₅ de l'effluent traité augmente considérablement (les grosses molécules sont converties en substances dégradables à petites molécules), la DCO diminue simultanément, et le rapport B/C augmente considérablement, fournissant une source de carbone dégradable de haute qualité pour les systèmes biochimiques ultérieurs.

 (4) Effet de désactivation des groupes fonctionnels toxiques : L'objectif principal de l'oxydation électrochimique est d'attaquer précisément les groupes fonctionnels toxiques et de les désactiver — le groupe nitro dans le nitrobenzène est éliminé, la liaison C-X dans les composés halogénés est rompue, les hétérocycles s'ouvrent pour libérer N, et la liaison P-C dans les composés organophosphorés est rompue. Une fois les groupes toxiques détruits, même si le squelette moléculaire n'est pas complètement minéralisé, son effet inhibiteur sur les micro-organismes est essentiellement éliminé.

(5) Élimination de la couleur : Lorsque les chromophores sont oxydés et rompus, les eaux usées passent de foncées à incolores ou de couleur claire et transparentes.

IV. Avantages clés (Ciblant les eaux usées chimiques)

V. Paramètres techniques (personnalisables)

VI. Emplacement du processus

Option 1 : Prétraitement et Détotoxification

Eaux usées chimiques (eau brute/eau combinée) → Tamis/réservoir d'égalisation → Sédimentation/flottation (élimination SS et huile) → Équipement de détoxification électrochimique (rupture de liaison ouverte, élimination des groupes fonctionnels toxiques, amélioration du rapport B/C) → Réservoir intermédiaire/réservoir tampon → Système biologique (hydrolyse acidification + A/O ou A²/O) → Rejet conforme aux normes

Remarque : L'unité de détoxification électrochimique est la garantie principale du prétraitement biologique des eaux usées chimiques. Les eaux usées chimiques qui n'ont pas subi de détoxification électrochimique entrent directement dans le système de traitement biologique, entraînant une grande quantité de substances réfractaires et toxiques, réduisant le taux d'élimination de la DCO du système biologique à seulement 50 %~70 %, et les soumettant à des chocs fréquents. Après détoxification, le rapport B/C de l'effluent est ≥0,30~0,35, le taux d'élimination de la DCO de l'étape de traitement biologique est augmenté de 40 %~70 %, et l'ensemble du système fonctionne de manière stable et fiable toute l'année.

Option 2 : Traitement avancé pour répondre aux normes (Pour les cas où la DCO de l'effluent biochimique ne répond toujours pas aux normes)

Eaux usées chimiques → Prétraitement → Système biochimique → Réservoir de sédimentation secondaire → Unité de traitement avancé électrochimique (élimine la DCO résiduelle tenace et la couleur) → Rejet conforme aux normes/Réutilisation

Remarque : Lorsque la DCO et la couleur de l'effluent biochimique ne répondent toujours pas aux normes de rejet, une unité de traitement avancé électrochimique est ajoutée après le système biochimique.

Option 3 : Réduction des eaux usées à haute concentration

Eaux usées à haute concentration/liqueur mère → Réservoir de collecte → Équipement de traitement électrochimique → L'effluent s'écoule dans le système intégré des eaux usées de l'usine → Traitement conventionnel

Option 4 : Prétraitement des eaux usées à haute salinité avant évaporation

Eaux usées chimiques à haute salinité → Équipement de prétraitement électrochimique (élimine la DCO et la couleur) → Système d'évaporation-cristallisation (MVR/multi-effets) → Sel industriel de haute blancheur + réutilisation du condensat

Remarque : L'évaporation directe de la liqueur mère à haute salinité entraîne un enrichissement de la DCO et de la couleur, un rejet à grande échelle de la liqueur mère et un jaunissement du sel cristallisé. Le prétraitement électrochimique élimine 50 %~80 % de la DCO et ≥90 % de la couleur avant l'évaporation, ce qui donne un sel cristallin blanc et une réduction significative du rejet de la liqueur mère, réalisant ainsi l'utilisation des ressources des eaux usées à haute teneur en sel.