تجهیزات تصفیه الکتروشیمیایی فاضلاب، مورد استفاده برای فاضلاب‌های شیمیایی.

تجهیزات تصفیه پساب الکتروشیمیایی، مورد استفاده برای پساب شیمیایی.

I. نمای کلی محصول

پساب شیمیایی یکی از رایج‌ترین، پیچیده‌ترین و دشوارترین انواع پساب صنعتی است که شامل چندین زیربخش از جمله مواد شیمیایی آلی، مواد شیمیایی معدنی، مواد شیمیایی ظریف، پتروشیمی‌ها، مواد شیمیایی زغال سنگ، کودها، مواد پلیمری، کلر-قلیا، رنگ‌ها، پوشش‌ها، آفت‌کش‌ها و بخش‌های بیوشیمیایی می‌شود. ویژگی‌های کلی کیفیت آب آن به شرح زیر است: پساب حاوی مقدار زیادی مواد خام و کمکی، محصولات میانی، محصولات جانبی و بقایای محصول مورد استفاده در فرآیند تولید است - از جمله ترکیبات بنزن، فنول‌ها، الکل‌ها، آلدهیدها، کتون‌ها، اسیدهای آلی، استرها، اجزای آلی خاص، هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای، ترکیبات هتروسیکلیک، هیدروکربن‌های هالوژنه، ترکیبات نیترو، ترکیبات ارگانوفسفره، مونومرهای پلیمری، سورفکتانت‌ها، حلال‌های آلی و بقایای کاتالیزور؛ برخی پساب‌های فرآیندی با غلظت بالا می‌توانند به ده‌ها تا صدها هزار میلی‌گرم در لیتر برسند؛ پساب اغلب حاوی آلاینده‌های مشخصی است که میکروارگانیسم‌ها را مهار یا مسموم می‌کنند؛ محتوای نمک به طور گسترده‌ای متغیر است (از چند صد میلی‌گرم در لیتر تا بیش از ده درصد)؛ نسبت BOD5/COD به طور کلی بین 0.05 تا 0.30 نوسان دارد، با تفاوت‌های قابل توجه در زیست‌تجزیه‌پذیری؛ و کیفیت پساب با تغییر نوع محصول، فرآیند تولید و چرخه تولید به طور قابل توجهی نوسان می‌کند.

چالش‌های اصلی تصفیه پساب شیمیایی در چندین حوزه کلیدی نهفته است: 1. نسبت بالای مواد آلی مقاوم به تجزیه - ساختارهای شیمیایی پایدار مانند آروماتیک‌ها، ترکیبات هتروسیکلیک، ترکیبات هالوژنه و گروه‌های نیترو، تحمل بالایی در برابر میکروارگانیسم‌های معمولی دارند و تجزیه مؤثر آنها توسط سیستم‌های بیولوژیکی را دشوار می‌سازد. 2. مسائل قابل توجه سمیت بیولوژیکی - واسطه‌ها و محصولات جانبی شیمیایی مختلف، میکروارگانیسم‌های لجن فعال را مهار یا حتی از بین می‌برند و منجر به تأثیرات مکرر بر سیستم‌های بیولوژیکی، راندمان پایین تصفیه و حتی فروپاشی سیستم می‌شوند. 3. شوری بالا، مشکلات تصفیه را تشدید می‌کند - برخی پساب‌های شیمیایی حاوی 3 تا 10 درصد نمک هستند (مانند کلر-قلیا، سنتز آفت‌کش‌ها، واسطه‌های دارویی) و فشار اسمزی بالا بقای میکروارگانیسم‌های لجن فعال معمولی را دشوار می‌سازد. 4. نوسانات شدید در کیفیت و کمیت آب - تحت مدل‌های تولید چند محصولی و متناوب، غلظت COD و مواد سمی در پساب می‌تواند در عرض چند ساعت چندین برابر تا ده‌ها برابر تغییر کند و پاسخ سریع سیستم‌های بیولوژیکی سنتی را دشوار می‌سازد.

این سیستم از فناوری اکسیداسیون الکتروشیمیایی استفاده می‌کند و از اثر هم‌افزایی اکسیداسیون آندی مستقیم و اکسیدکننده‌های قوی مانند رادیکال‌های هیدروکسیل (•OH) و کلر فعال تولید شده توسط الکتروکاتالیز برای حمله مستقیم به ساختارهای شیمیایی پایدار مختلف در پساب شیمیایی بهره می‌برد. این سیستم را می‌توان به طور انعطاف‌پذیر در مراحل مختلف تصفیه پساب شیمیایی به کار برد:

پیش‌تصفیه سم‌زدایی: پساب با غلظت بالا را مستقیماً تصفیه می‌کند، ساختارهای مقاوم به تجزیه و سمی مانند حلقه‌های آروماتیک، حلقه‌های هتروسیکلیک، گروه‌های هالوژنه و گروه‌های نیترو را به سرعت اکسید و تجزیه می‌کند، COD را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و نسبت B/C را به بالای 0.30 افزایش می‌دهد و شرایط ورودی ایمن و زیست‌تجزیه‌پذیر را برای سیستم‌های بیولوژیکی بعدی ایجاد می‌کند.

پیش‌تصفیه پساب آلی با شوری بالا: پس از حذف COD و رنگ، پساب وارد سیستم تبخیر و کریستالیزاسیون می‌شود، کیفیت نمک‌های کریستالی را بهبود می‌بخشد و به طور قابل توجهی تخلیه مایع مادر تبخیر را کاهش می‌دهد.

کاهش پساب با غلظت بالا: حجم کمی از پساب با COD ده‌ها هزار میلی‌گرم در لیتر را در محل تصفیه می‌کند، COD را قبل از ادغام در سیستم یکپارچه کارخانه به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و جایگزین حمل و نقل و دفع پرهزینه زباله‌های خطرناک می‌شود.

کل فرآیند فقط برق مصرف می‌کند و هیچ ماده شیمیایی اضافه نمی‌شود. الکترودها با شرایط پیچیده پساب شیمیایی مانند شوری بالا، COD بالا و محتوای روغن سازگار هستند و در دمای و فشار معمولی به صورت ایمن و پایدار عمل می‌کنند. با تنظیم سریع پارامترهای جریان، می‌تواند در عرض چند دقیقه به نوسانات شدید در کیفیت پساب شیمیایی پاسخ دهد، بدون نیاز به سازگاری طولانی مدت و انتظار سیستم‌های بیوشیمیایی. این یک راه حل فنی کلیدی برای مقابله با چهار چالش اصلی است.چالش‌های کلیدیپساب شیمیایی: "دشوار برای تجزیه، بسیار سمی، بسیار فرار و هزینه‌های بالای تصفیه".

II. مشکلات در تصفیه پساب شیمیایی و راه حل‌های این تجهیزات

III. اصل کار

پس از حذف مواد جامد معلق توسط غربال‌ها، رسوب‌گذاری یا فیلتراسیون (برخی پساب‌های با غلظت بالا نیاز به پیش‌تصفیه ساده دارند)، پساب شیمیایی وارد یک راکتور الکتروشیمیایی می‌شود، جایی که واکنش‌های تصفیه زیر تحت عمل الکترودها رخ می‌دهند:

(1) الکترواکسیداسیون مستقیم (مسیر اصلی باز شدن حلقه و شکستن پیوند مواد آلی مقاوم به تجزیه)

مقدار زیادی از مواد آلی مقاوم به تجزیه در پساب شیمیایی مستقیماً در سطح آند الکترون از دست داده و اکسید می‌شوند:

ترکیبات آروماتیک (بنزن، اجزای آروماتیک معمولی، زایلن، نفتالین، بی فنیل، فنل، آنیلین و غیره): حلقه‌های آروماتیک توسط گونه‌های اکسیژن فعال در سطح آند هیدروکسیله شده و سپس باز می‌شوند و به اسیدهای آلی با مولکول کوچک (اسید مالئیک، اسید اگزالیک، اسید استیک و غیره) تبدیل می‌شوند و زیست‌قابلیت آنها را به شدت بهبود می‌بخشد.

ترکیبات هتروسیکلیک (پیریدین، کینولین، تیازول، فوران، ایمیدازول، ایندول و غیره): حلقه‌های هتروسیکلیک حاوی N/S/O در سطح آند اکسید و باز می‌شوند و سمیت بیولوژیکی حلقه‌ای را از بین می‌برند.

ترکیبات هالوژنه (کلروبنزن، کلروفرم، تتراکلرید کربن)، ترکیبات برم‌دار و غیره): پیوندهای C-X در سطح آند شکسته شده و هالوژن‌ها به صورت یونی حذف می‌شوند. ترکیبات نیترو (نیتروبنزن، نیتروبنزن، ترکیبات دی‌نیترو و غیره): گروه‌های نیترو با اکسیداسیون/کاهش حذف می‌شوند، حلقه‌های بنزن باز می‌شوند و جهش‌زایی از بین می‌رود. هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای (نفتالین، آنتراسن، فننترن و غیره): سیستم‌های حلقه آروماتیک به تدریج اکسید و باز می‌شوند و ساختارهای چندحلقه‌ای به مولکول‌های تک‌حلقه‌ای یا کوچک تجزیه می‌شوند. ترکیبات ارگانوفسفره: پیوندهای P-C اکسید و شکسته می‌شوند و ارگانوفسفر به ارتو فسفات تبدیل می‌شود. پلیمرها/مواد آلی ماکرومولکولی (پلی اتیلن گلیکول، پلی اکریلیک اسید، قطعات رزین و غیره): زنجیره‌های کربن بلند و ساختارهای مولکولی گروه اتر اکسید و شکسته می‌شوند.

(2) الکترواکسیداسیون غیرمستقیم (اکسیداسیون طیف گسترده تحت سلطه •OH و کلر فعال) الکترولیز آب، رادیکال‌های هیدروکسیل (•OH) تولید می‌کند، در حالی که از یون‌های کلرید طبیعی موجود در پساب (بیشتر پساب‌های شیمیایی حاوی Cl⁻ با غلظت 200 تا 20000 میلی‌گرم در لیتر هستند) استفاده می‌کند. الکترولیز، کلر فعال (Cl₂, HOCl, OCl⁻) تولید می‌کند: رادیکال‌های هیدروکسیل حملات اکسیداتیو غیرانتخابی بر روی ترکیبات آلی مختلف انجام می‌دهند، به ویژه در باز کردن حلقه‌های آروماتیک و شکستن حلقه‌های هتروسیکلیک مؤثر هستند. کلر فعال به محلول نفوذ کرده و اکسیداسیون آلاینده‌هایی را که نمی‌توانند مستقیماً با آند تماس داشته باشند، تکمیل می‌کند و نیتروژن آمونیاک را به طور مؤثر حذف می‌کند.

(3) بهبود همزمان کاهش COD و زیست‌تجزیه‌پذیری: اثر هم‌افزایی اکسیداسیون مستقیم و غیرمستقیم: مواد آلی مقاوم به تجزیه مولکول بزرگ → باز شدن حلقه/شکستن پیوند/هالوژن‌زدایی/نیتروژن‌زدایی → اسیدهای آلی مولکول کوچک، الکل‌ها، آلدهیدها → برخی بیشتر به CO₂ + H₂O معدنی می‌شوند. BOD₅ پساب تصفیه شده به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد (مولکول‌های بزرگ به مواد قابل تجزیه مولکول کوچک تبدیل می‌شوند)، COD به طور همزمان کاهش می‌یابد و نسبت B/C به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد و منبع کربن قابل تجزیه با کیفیت بالا برای سیستم‌های بیوشیمیایی بعدی فراهم می‌کند.

 (4) اثر غیرفعال‌سازی گروه‌های عاملی سمی: هدف اصلی اکسیداسیون الکتروشیمیایی حمله دقیق به گروه‌های عاملی سمی و غیرفعال کردن آنهاست - گروه نیترو در نیتروبنزن حذف می‌شود، پیوند C-X در ترکیبات هالوژنه شکسته می‌شود، هتروسیکلیک‌ها برای آزادسازی N باز می‌شوند و پیوند P-C در ترکیبات ارگانوفسفره شکسته می‌شود. پس از تخریب گروه‌های سمی، حتی اگر اسکلت مولکولی کاملاً معدنی نشود، اثر مهاری آن بر میکروارگانیسم‌ها اساساً از بین می‌رود.

(5) حذف رنگ: هنگامی که کروموفورها اکسید و شکسته می‌شوند، پساب از تیره به بی‌رنگ یا شفاف کم‌رنگ تغییر می‌کند.

IV. مزایای کلیدی (با هدف پساب شیمیایی)

V. پارامترهای فنی (قابل تنظیم)

VI. محل فرآیند

گزینه 1: پیش‌تصفیه و سم‌زدایی

پساب شیمیایی (آب خام/آب ترکیبی) → صفحه غربال/مخزن متعادل کننده → رسوب‌گذاری/شناورسازی (حذف SS و روغن) → تجهیزات سم‌زدایی الکتروشیمیایی (شکستن پیوند باز، حذف گروه‌های عاملی سمی، بهبود نسبت B/C) → مخزن میانی/مخزن بافر → سیستم بیولوژیکی (اسیدی شدن هیدرولیز + A/O یا A²/O) → تخلیه مطابق با استانداردها

نکته: واحد سم‌زدایی الکتروشیمیایی تضمین اصلی برای پیش‌تصفیه بیولوژیکی پساب شیمیایی است. پساب شیمیایی که تحت سم‌زدایی الکتروشیمیایی قرار نگرفته است مستقیماً وارد سیستم تصفیه بیولوژیکی می‌شود و منجر به مقدار زیادی مواد مقاوم به تجزیه و سمی می‌شود، نرخ حذف COD سیستم بیولوژیکی را به تنها 50%~70% کاهش می‌دهد و آن را در معرض شوک‌های مکرر قرار می‌دهد. پس از سم‌زدایی، نسبت B/C پساب خروجی ≥0.30~0.35 است، نرخ حذف COD مرحله تصفیه بیولوژیکی 40%~70% افزایش می‌یابد و کل سیستم در طول سال به طور پایدار و قابل اعتماد عمل می‌کند.

گزینه 2: تصفیه پیشرفته برای مطابقت با استانداردها (برای مواردی که COD در پساب بیوشیمیایی هنوز استانداردهای لازم را برآورده نمی‌کند)

پساب شیمیایی → پیش‌تصفیه → سیستم بیوشیمیایی → مخزن رسوب‌گذاری ثانویه → واحد تصفیه پیشرفته الکتروشیمیایی (حذف COD و رنگ باقی‌مانده سرسخت) → تخلیه مطابق با استانداردها/استفاده مجدد

نکته: هنگامی که COD و رنگ در پساب بیوشیمیایی هنوز استانداردهای تخلیه را برآورده نمی‌کنند، یک واحد تصفیه پیشرفته الکتروشیمیایی پس از سیستم بیوشیمیایی اضافه می‌شود.

گزینه 3: کاهش پساب با غلظت بالا

پساب/مایع مادر با غلظت بالا → مخزن جمع‌آوری → تجهیزات تصفیه الکتروشیمیایی → پساب خروجی وارد سیستم پساب یکپارچه کارخانه می‌شود → تصفیه معمولی

گزینه 4: پیش‌تصفیه پساب با شوری بالا قبل از تبخیر

پساب شیمیایی با شوری بالا → تجهیزات پیش‌تصفیه الکتروشیمیایی (حذف COD و رنگ) → سیستم تبخیر و کریستالیزاسیون (MVR/چند اثره) → نمک صنعتی با سفیدی بالا + استفاده مجدد از کندانس

نکته: تبخیر مستقیم مایع مادر با شوری بالا منجر به غلظت یافتن COD و رنگ، تخلیه در مقیاس بزرگ مایع مادر و زرد شدن نمک کریستالی می‌شود. پیش‌تصفیه الکتروشیمیایی 50%~80% COD و ≥90% رنگ را قبل از تبخیر حذف می‌کند، که منجر به نمک کریستالی سفید و کاهش قابل توجه تخلیه مایع مادر می‌شود و در نتیجه استفاده از منابع پساب با شوری بالا را محقق می‌سازد.