Elektrochemiczne urządzenia do oczyszczania ścieków z koksowni

I. Przegląd produktu

Ścieki koksownicze są jednymi z najtrudniejszych do oczyszczenia ścieków w przemyśle węglowo-chemicznym. Powstają one w procesach wysokotemperaturowej karbonizacji (koksowania), oczyszczania gazu i odzysku produktów chemicznych z węgla, a głównie obejmują wodę amoniakalną pozostałościową, ścieki z końcowego chłodzenia gazu węglowego, wodę z separacji benzenu surowego i ścieki z przetwórstwa smoły. Ich typowe cechy jakościowe to: wysokie stężenie ChZT, wysokie stężenie azotu amoniakalnego, wysoka zawartość substancji toksycznych trudnych do rozkładu (fenole, związki benzenowe, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, związki heterocykliczne takie jak pirydyna, chinolina, karbazol itp.), ekstremalnie niska biodegradowalność (BZT₅/ChZT zazwyczaj 0,10~0,20), wysoka zawartość cyjanków i siarczków, zawartość oleju (smoły) oraz duże wahania jakości i ilości wody.

Oczyszczanie ścieków koksowniczych od dawna stanowiło kluczowe wyzwanie środowiskowe dla przedsiębiorstw koksowniczych. Tradycyjne szlaki procesowe zazwyczaj przebiegają według schematu "wstępne oczyszczanie (usuwanie oleju, usuwanie fenoli, odgazowanie amoniaku) → oczyszczanie biologiczne (A/O, A²/O, SBR itp.) → oczyszczanie zaawansowane", ale w praktyce napotykają liczne trudności: ① Związki fenolowe, cyjanki i związki heterocykliczne silnie hamują lub nawet zabijają mikroorganizmy w systemie biologicznym, prowadząc do częstego zatruwania i bulwienia osadu czynnego oraz niestabilnej pracy systemu biologicznego; ② Ekstremalnie niska biodegradowalność (B/C < 0,20), ograniczona szybkość usuwania ChZT na etapie biologicznym i ChZT w ściekach znacznie poniżej aktualnych norm emisji; ③ Niskie temperatury zimowe powodują gwałtowny spadek lub nawet zatrzymanie wydajności nitryfikacji systemów biologicznych, prowadząc do znaczących przekroczeń azotu amoniakalnego. Niniejszy system wykorzystuje technologię utleniania elektrochemicznego i może być elastycznie integrowany na wielu etapach procesu oczyszczania ścieków koksowniczych, pełniąc następujące kluczowe funkcje:

Dla ścieków po usunięciu fenoli i odgazowaniu amoniaku: Bezpośrednie utlenianie i rozkład substancji toksycznych, takich jak fenole, cyjanki i związki heterocykliczne w ściekach, całkowicie eliminując biotoksyczność w ciągu 1-2 godzin. Stosunek B/C wzrasta z 0,10-0,20 do ponad 0,35, tworząc bezpieczne i stabilne warunki dopływu dla kolejnych systemów biologicznych i skutecznie zapobiegając załamaniu systemu z powodu szoku.

Dla zaawansowanego oczyszczania ścieków po procesie biologicznym: Głębokie usuwanie pozostałej ChZT (trudnych do rozkładu substancji humusowych, polimerów aromatycznych itp.) i koloru ze ścieków po procesie biologicznym, całkowicie eliminując ChZT i kolor, aby spełnić najbardziej rygorystyczne normy emisji.

Dla oczyszczania ścieków z chłodzenia: Po usunięciu ChZT i koloru, ścieki są ponownie wykorzystywane w systemie chłodzenia, osiągając zamknięty obieg wody chłodzącej i zmniejszając ryzyko poboru wody świeżej i zanieczyszczenia zewnętrznego.

Cały proces zużywa jedynie energię elektryczną, bez dodawania jakichkolwiek środków chemicznych i nie wytwarza niebezpiecznych odpadów, takich jak szlam żelazny czy nasycony węgiel adsorpcyjny. Elektrody są odporne na osadzanie się kamienia i zanieczyszczenia, i mogą dostosować się do złożonych jakości wód, takich jak wysoka twardość, wysokie zasolenie i zawartość oleju w ściekach koksowniczych. Pracuje w normalnej temperaturze i ciśnieniu (0~40°C) i nie jest zależny od zmian sezonowych i temperaturowych. Jest to kluczowa technologia podstawowa do osiągnięcia stabilnej zgodności i modernizacji oczyszczania ścieków koksowniczych.

II. Trudności w oczyszczaniu ścieków koksowniczych i rozwiązania z tym urządzeniem

III. Zasada działania

Po wstępnym oczyszczeniu, takim jak usuwanie oleju, wytrącanie i odgazowanie amoniaku, ścieki koksownicze trafiają do reaktora elektrochemicznego, gdzie pod wpływem działania elektrod zachodzą następujące reakcje:

(1) Bezpośrednie elektro-utlenianie Charakterystyczne toksyczne zanieczyszczenia w ściekach koksowniczych są bezpośrednio utleniane na powierzchni anody: Fenole (fenol, krezol, naftol itp.): Po hydroksylowaniu pierścienia benzenowego na powierzchni anody, jest on dalej utleniany i otwierany pierścieniowo, przekształcając się w małe cząsteczki kwasów organicznych, a ostatecznie mineralizując do CO₂ i H₂O. Proces utleniającego otwierania pierścienia fenolu całkowicie eliminuje jego toksyczność przenikania przez błony komórkowe dla mikroorganizmów. Cyjanek (CN⁻): Jest bezpośrednio utleniany do cyjanianu (CN⁻→CNO⁻) na anodzie. Cyjanian jest dalej hydrolizowany do amoniaku i węglanu, a jego wysoka toksyczność jest całkowicie eliminowana. Związki heterocykliczne (pirydyna, chinolina, karbazol, indol itp.): Heterocykl zawierający azot jest bezpośrednio otwierany pierścieniowo na powierzchni anody. N jest uwalniany z pierścienia i przekształcany w NH₃ lub N₂. Struktura systemu pierścieniowego jest niszczona, a biotoksyczność jest znacznie zmniejszona. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (naftalen, antracen, fenantren itp.): System pierścienia aromatycznego jest stopniowo utleniany i otwierany pierścieniowo na powierzchni anody. Struktura kondensacji wielkocząsteczkowej jest rozkładana na małe cząsteczki ulegające degradacji.

(2) Pośrednie elektro-utlenianie Elektroliza wody na anodzie wytwarza rodniki hydroksylowe (·OH). Jednocześnie, aktywny chlor (Cl₂, H₂O) jest generowany przez elektrolizę naturalnie występujących jonów chlorkowych w ściekach koksowniczych. OCl, OCl⁻): Rodniki hydroksylowe wykonują niedyskryminujące ataki utleniające na różne trudne do rozkładu związki organiczne, wykazując szczególnie znaczący efekt otwierania pierścienia na wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne i związki heterocykliczne. Aktywny chlor dalej dyfunduje do roztworu, szybko utleniając azot amoniakalny, jednocześnie uzupełniając utlenianie związków organicznych, które nie miały bezpośredniego kontaktu z anodą.

(3) Usuwanie azotu amoniakalnego przez utlenianie: Stężenie azotu amoniakalnego w ściekach koksowniczych jest wysokie, a elektrochemiczne usuwanie jest osiągane poprzez pośrednią ścieżkę utleniania: Jony chlorkowe są elektrolizowane na anodzie, generując aktywny chlor. Aktywny chlor szybko utlenia azot amoniakalny do azotu gazowego. Jony chlorkowe są regenerowane i krążą w reakcji, stale uczestnicząc w utlenianiu azotu amoniakalnego. Szybkość usuwania azotu amoniakalnego może osiągnąć 80%~99%.

(4) Wspólne usuwanie ChZT i poprawa biodegradowalności: Po bezpośrednim i pośrednim utlenianiu, wielkocząsteczkowe związki organiczne aromatyczne i heterocykliczne w ściekach koksowniczych ulegają: otwarciu pierścienia aromatycznego/heterocyklicznego → zerwaniu łańcucha wielkocząsteczkowego → przekształceniu w małe cząsteczki kwasów organicznych, alkoholi, aldehydów itp. Te małe cząsteczki organiczne mogą być wykorzystywane przez mikroorganizmy w teście BZT₅, tym samym zwiększając BZT₅; jednocześnie część materii organicznej jest całkowicie mineralizowana do CO₂, powodując spadek ChZT. Stosunek B/C wzrasta z 0,10~0,20 do ponad 0,35, dostarczając wysokiej jakości biodegradowalne źródło węgla dla kolejnych systemów biochemicznych.

IV. Kluczowe zalety (skierowane do ścieków koksowniczych)

V. Parametry techniczne (konfigurowalne)

VI. Lokalizacja procesu

Opcja 1: Wstępne oczyszczanie i detoksykacja przed procesem biochemicznym

Ścieki koksownicze → Usuwanie oleju i sedymentacja (usuwanie smoły i SS) → Urządzenie do oczyszczania elektrochemicznego (usuwanie fenoli, cyjanków, związków heterocyklicznych i poprawa stosunku B/C) → Zbiornik pośredni/wyrównawczy → System biochemiczny → Zbiornik sedymentacji wtórnej → Odprowadzenie zgodne z normami

Wyjaśnienie: Jest to najbardziej krytyczna i kluczowa konfiguracja zastosowania w oczyszczaniu ścieków koksowniczych. Jednostka detoksykacji elektrochemicznej jest umieszczona przed systemem biochemicznym, pełniąc kluczowe funkcje "utleniającego rozkładu fenoli/cyjanków/związków heterocyklicznych + poprawy stosunku B/C". Jeśli ścieki koksownicze bez detoksykacji elektrochemicznej bezpośrednio trafią do systemu biochemicznego, mikroorganizmy będą znajdować się w stanie długotrwałego hamowania toksycznego, prowadząc do niezwykle niestabilnej pracy systemu. Po detoksykacji, szybkość usuwania ChZT przez etap biochemiczny jest znacznie poprawiona, a system działa stabilnie przez cały rok, niezależnie od wahań toksyczności na dopływie.

Opcja 2: Zaawansowane oczyszczanie biochemiczne ścieków

Ścieki koksownicze → Wstępne oczyszczanie → System biochemiczny → Zbiornik sedymentacji wtórnej → System oczyszczania elektrochemicznego (usuwanie pozostałej ChZT i koloru) → Odprowadzenie zgodne z normami

Opcja 3: Detoksykacja przed biochemią + zaawansowane oczyszczanie po biochemii

Ścieki koksownicze → Wstępne oczyszczanie → System oczyszczania elektrochemicznego (przed biochemią) → System biochemiczny → Jednostka zaawansowanego oczyszczania elektrochemicznego (po biochemii) → Odprowadzenie zgodne z normami/ponowne użycie

Uwaga: W przypadku nowo budowanych oczyszczalni ścieków koksowniczych lub kompleksowych projektów modernizacyjnych, jedna jednostka elektrochemiczna jest instalowana przed i po oczyszczaniu biochemicznym. Przednia część odpowiada za detoksykację i poprawę biodegradowalności, zapewniając stabilne i wydajne oczyszczanie biochemiczne; tylna część odpowiada za zaawansowane usuwanie pozostałej ChZT i koloru, zapewniając stabilną zgodność ścieków. Dwie jednostki elektrochemiczne współpracują, czyniąc system oczyszczania ścieków koksowniczych najbardziej odpornym na szoki, z najbardziej stabilnymi ściekami i optymalnymi kosztami eksploatacji. Chociaż inwestycja w sprzęt jest nieco wyższa niż w przypadku konfiguracji z jedną jednostką, niezawodność systemu biochemicznego i pewność ostatecznej zgodności ścieków są znacznie poprawione, co przekłada się na najlepszą ogólną opłacalność.