Apparecchiature elettrochimiche per il trattamento delle acque reflue di cokerie

I. Panoramica del prodotto

Le acque reflue di cokefazione sono tra le più difficili da trattare nell'industria chimica del carbone. Provengono dai processi di carbonizzazione ad alta temperatura (coking), purificazione del gas e recupero di prodotti chimici del carbone, e includono principalmente acqua di ammoniaca residua, acque reflue di raffreddamento finale del gas di carbone, acqua di separazione del benzene grezzo e acque reflue di lavorazione del catrame. Le loro caratteristiche tipiche della qualità dell'acqua sono: alta concentrazione di COD, alta concentrazione di azoto ammoniacale, alto contenuto di sostanze tossiche recalcitranti (fenoli, composti del benzene, idrocarburi policiclici aromatici, composti eterociclici come piridina, chinolina, carbazolo, ecc.), biodegradabilità estremamente scarsa (BOD₅/COD tipicamente 0,10~0,20), alto contenuto di cianuro e solfuro, contenuto di olio (catrame) e grandi fluttuazioni nella qualità e quantità dell'acqua.

Il trattamento delle acque reflue di cokefazione è da tempo una sfida ambientale fondamentale per le imprese di cokefazione. I percorsi di processo tradizionali seguono tipicamente lo schema "pretrattamento (rimozione olio, rimozione fenoli, strippaggio ammoniaca) → trattamento biologico (A/O, A²/O, SBR, ecc.) → trattamento avanzato", ma affrontano numerose sfide nell'operatività effettiva: ① I composti fenolici, i cianuri e i composti eterociclici inibiscono fortemente o addirittura uccidono i microrganismi nel sistema biologico, portando a frequenti avvelenamenti e rigonfiamenti del fango attivo e a un funzionamento instabile del sistema biologico; ② Biodegradabilità estremamente scarsa (B/C < 0,20), tasso di rimozione del COD limitato nella fase biologica e COD effluente ben al di sotto degli attuali standard di scarico; ③ Le basse temperature invernali causano un brusco calo o addirittura l'arresto dell'efficienza di nitrificazione dei sistemi biologici, portando a significativi superamenti dell'azoto ammoniacale. Questo sistema impiega la tecnologia di ossidazione elettrochimica e può essere integrato in modo flessibile in più fasi del processo di trattamento delle acque reflue di cokefazione, svolgendo le seguenti funzioni principali:

Per effluenti da rimozione fenoli dopo strippaggio ammoniaca: Ossidazione e decomposizione diretta di sostanze tossiche come fenoli, cianuri e composti eterociclici nelle acque reflue, eliminando completamente la biotossicità entro 1-2 ore. Il rapporto B/C aumenta da 0,10-0,20 a oltre 0,35, creando condizioni di afflusso sicure e stabili per i successivi sistemi biologici e prevenendo efficacemente il collasso del sistema dovuto a shock.

Per il trattamento avanzato degli effluenti biologici: Rimozione profonda del COD residuo (sostanze umiche recalcitranti, polimeri aromatici, ecc.) e del colore dall'effluente biologico, eliminando completamente il COD e il colore per soddisfare gli standard di emissione più rigorosi.

Per il trattamento delle acque reflue di spegnimento: Dopo la rimozione del COD e del colore, le acque reflue vengono riutilizzate nel sistema di spegnimento, realizzando un ricircolo a ciclo chiuso dell'acqua di spegnimento e riducendo il rischio di prelievo di acqua dolce e di inquinamento esterno.

L'intero processo consuma solo elettricità, senza aggiungere alcun agente chimico, e non produce rifiuti pericolosi come fanghi di ferro o carboni saturi adsorbiti. Gli elettrodi sono resistenti all'incrostazione e all'inquinamento, e possono adattarsi a qualità dell'acqua complesse come alta durezza, alta salinità e contenuto di olio nelle acque reflue di cokefazione. Funziona a temperatura e pressione normali (0~40℃) e non è influenzato dai cambiamenti stagionali e di temperatura. È una tecnologia chiave fondamentale per ottenere una conformità stabile e l'aggiornamento delle acque reflue di cokefazione.

II. Difficoltà nel trattamento delle acque reflue di cokefazione e soluzioni con questa apparecchiatura

III. Principio di funzionamento

Dopo il pretrattamento come rimozione olio, precipitazione e strippaggio ammoniaca, le acque reflue di cokefazione entrano nel reattore elettrochimico, dove avvengono le seguenti reazioni sotto l'azione degli elettrodi:

(1) Elettro-ossidazione diretta Gli inquinanti tossici caratteristici delle acque reflue di cokefazione vengono direttamente ossidati sulla superficie dell'anodo: Fenoli (fenolo, cresolo, naftolo, ecc.): Dopo che l'anello benzenico viene idrossilato sulla superficie dell'anodo, viene ulteriormente ossidato e aperto ad anello, trasformandosi in acidi organici a molecola piccola, e infine mineralizzato in CO₂ e H₂O. Il processo di apertura ad anello ossidativa del fenolo elimina completamente la sua tossicità di penetrazione della membrana cellulare per i microrganismi. Cianuro (CN⁻): Viene direttamente ossidato a cianato (CN⁻→CNO⁻) all'anodo. Il cianato viene ulteriormente idrolizzato in ammoniaca e carbonato, e la sua alta tossicità viene completamente eliminata. Composti eterociclici (piridina, chinolina, carbazolo, indolo, ecc.): L'eterociclo contenente azoto viene direttamente aperto ad anello sulla superficie dell'anodo. L'N viene rilasciato dall'anello e convertito in NH₃ o N₂. La struttura del sistema ad anello viene distrutta e la biotossicità è notevolmente ridotta. Idrocarburi policiclici aromatici (naftalene, antracene, fenantrene, ecc.): Il sistema ad anello aromatico viene gradualmente ossidato e aperto ad anello sulla superficie dell'anodo. La struttura di condensazione macromolecolare viene decomposta in sostanze degradabili a molecola piccola.

(2) Elettro-ossidazione indiretta L'elettrolisi dell'acqua all'anodo produce radicali idrossilici (·OH). Allo stesso tempo, cloro attivo (Cl₂, H₂O) viene generato dall'elettrolisi di ioni cloruro naturalmente presenti nelle acque reflue di cokefazione. OCl, OCl⁻): I radicali idrossilici eseguono attacchi ossidativi non selettivi su vari composti organici recalcitranti, mostrando in particolare effetti significativi di apertura ad anello su idrocarburi policiclici aromatici e composti eterociclici. Il cloro attivato diffonde ulteriormente nella soluzione, ossidando rapidamente l'azoto ammoniacale, integrando contemporaneamente l'ossidazione dei composti organici che non sono entrati in contatto diretto con l'anodo.

(3) Rimozione ossidativa dell'azoto ammoniacale: La concentrazione di azoto ammoniacale nelle acque reflue di cokefazione è elevata e la rimozione elettrochimica viene ottenuta attraverso un percorso di ossidazione indiretta: gli ioni cloruro vengono elettrolizzati all'anodo per generare cloro attivo. Il cloro attivo ossida rapidamente l'azoto ammoniacale in azoto gassoso. Gli ioni cloruro vengono rigenerati e ricircolati nella reazione, partecipando continuamente all'ossidazione dell'azoto ammoniacale. Il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale può raggiungere l'80%~99%.

(4) Co-rimozione del COD e miglioramento della biodegradabilità: Dopo l'ossidazione diretta e indiretta, i composti organici aromatici ed eterociclici macromolecolari nelle acque reflue di cokefazione subiscono: apertura ad anello di anelli aromatici/eterociclici → rottura di catena di macromolecole → conversione in acidi organici a molecola piccola, alcoli, aldeidi, ecc. Queste piccole molecole organiche possono essere utilizzate dai microrganismi nel rilevamento BOD₅, aumentando così il BOD₅; allo stesso tempo, parte della materia organica viene completamente mineralizzata in CO₂, causando una diminuzione del COD. Il rapporto B/C aumenta da 0,10~0,20 a oltre 0,35, fornendo una fonte di carbonio biodegradabile di alta qualità per i successivi sistemi biochimici.

IV. Vantaggi principali (mirati alle acque reflue di cokefazione)

V. Parametri tecnici (personalizzabili)

VI. Posizione del processo

Opzione 1: Pre-trattamento e Detossificazione Prima del Trattamento Biochimico

Acque reflue di cokefazione → Rimozione olio e sedimentazione (Rimozione di catrame e SS) → Apparecchiatura di trattamento elettrochimico (Rimozione di fenoli, cianuri, composti eterociclici e miglioramento del rapporto B/C) → Serbatoio intermedio/Serbatoio di equalizzazione → Sistema biochimico → Serbatoio di sedimentazione secondario → Scarico conforme agli standard

Spiegazione: Questa è la configurazione di applicazione più critica e fondamentale nel trattamento delle acque reflue di cokefazione. L'unità di detossificazione elettrochimica è posizionata prima del sistema biochimico, svolgendo le funzioni principali di "decomposizione ossidativa di fenoli/cianuri/composti eterociclici + miglioramento del rapporto B/C". Se le acque reflue di cokefazione senza detossificazione elettrochimica entrano direttamente nel sistema biochimico, i microrganismi saranno in uno stato di inibizione tossica a lungo termine, portando a un funzionamento estremamente instabile del sistema. Dopo la detossificazione, il tasso di rimozione del COD della fase biochimica è significativamente migliorato e il sistema funziona stabilmente tutto l'anno, non influenzato dalle fluttuazioni della tossicità in ingresso.

Opzione 2: Trattamento Avanzato Biochimico dell'Effluente

Acque reflue di cokefazione → Pre-trattamento → Sistema biochimico → Serbatoio di sedimentazione secondario → Sistema di trattamento elettrochimico (Rimozione di COD residuo e colore) → Scarico conforme agli standard

Opzione 3: Detossificazione Pre-biochimica + Trattamento Avanzato Post-biochimico

Acque reflue di cokefazione → Pre-trattamento → Sistema di trattamento elettrochimico (Pre-biochimico) → Sistema biochimico → Unità di trattamento avanzato elettrochimico (Post-biochimico) → Scarico conforme agli standard/Riutilizzo

Nota: Per impianti di trattamento delle acque reflue di cokefazione di nuova costruzione o progetti di aggiornamento completi, viene installata un'unità elettrochimica prima e dopo il trattamento biochimico. L'estremità anteriore è responsabile della detossificazione e del miglioramento della biodegradabilità, garantendo un trattamento biochimico stabile ed efficiente; l'estremità posteriore è responsabile della rimozione avanzata del COD residuo e del colore, garantendo una conformità stabile dell'effluente. Le due unità elettrochimiche lavorano insieme, rendendo il sistema di trattamento delle acque reflue di cokefazione più resiliente agli shock, con l'effluente più stabile e costi operativi ottimali. Sebbene l'investimento in attrezzature sia leggermente superiore a una configurazione a unità singola, l'affidabilità del sistema biochimico e la certezza della conformità dell'effluente finale sono significativamente migliorate, con conseguente migliore efficacia complessiva dei costi.