Elektrochemiczne urządzenia do oczyszczania ścieków, stosowane do oczyszczania ścieków chemicznych.

I. Przegląd produktu

Oczyszczanie ścieków chemicznych zalicza się do najtrudniejszych rodzajów oczyszczania ścieków przemysłowych. Produkty chemii wysokowartościowej obejmują liczne podsektory, w tym półprodukty farmaceutyczne, półprodukty pestycydów, barwniki/pigmenty, środki powierzchniowo czynne, substancje zapachowe i aromaty, chemikalia elektroniczne, środki do uzdatniania wody, kleje i dodatki do powłok. Jej ścieki charakteryzują się odrębną charakterystyką branżową: szeroką gamą produktów, złożonymi procesami produkcyjnymi i częstymi zmianami partii, co prowadzi do różnorodnych źródeł ścieków, niezwykle złożonych składów oraz drastycznych wahań jakości i ilości wody; wyjątkowo wysokie stężenia ChZT; obecność dużych ilości opornych związków aromatycznych, związków heterocyklicznych, węglowodorów halogenowanych, związków nitrowych i polimerów; silna biotoksyczność (wiele półproduktów ma znaczące działanie hamujące na mikroorganizmy); wysoka zawartość soli (Cl⁻, SO₄²⁻, Na⁺, NH₄⁺ itp.); zazwyczaj wyjątkowo niskie stosunki BZT₅/ChZT (0,02 ~ 0,15), co skutkuje bardzo słabą biodegradowalnością; oraz częstą obecność rozpuszczalników organicznych, pozostałości katalizatora, nieprzereagowanych surowców i produktów ubocznych.

Wyzwania ikluczowe trudnościoczyszczania ścieków z drobnego przemysłu chemicznego są niezwykle widoczne:

Częste awarie systemów biochemicznych — Pozostałości pestycydów/półproduktów farmaceutycznych, nitrozwiązków i chlorowcowanych węglowodorów w ściekach są wysoce toksyczne dla osadu czynnego. Nawet po wstępnej obróbce poprzez hydrolizę i zakwaszenie system biochemiczny często ulega wpływowi, co prowadzi do pęcznienia osadu, a nawet śmierci.

Dramatyczne wahania jakości wody spowodowane zmianą produktu — przedsiębiorstwa z branży chemii wysokowartościowej często działają z przerwami. W przypadku przełączania między różnymi produktami ChZT ścieków może gwałtownie wzrosnąć w ciągu kilku godzin, a jednocześnie zmieniają się rodzaje substancji toksycznych, do czego tradycyjne systemy biochemiczne nie są w stanie się dostosować.

Wyjątkowo słaba biodegradowalność — pierścienie aromatyczne, pierścienie heterocykliczne i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne mają stabilną strukturę, a stosunek B/C często poniżej 0,10, co czyni je prawie bezużytecznymi dla mikroorganizmów.

Wysokie zasolenie dodatkowo hamuje procesy biochemiczne. Gdy zasolenie wynosi > 3%, ciśnienie osmotyczne w konwencjonalnych systemach osadu czynnego staje się niezrównoważone, co prowadzi do śmierci dużej liczby mikroorganizmów.

System ten wykorzystuje technologię utleniania elektrochemicznego i można go elastycznie konfigurować na wielu etapach dokładnego chemicznego oczyszczania ścieków: Do wstępnego oczyszczania i detoksykacji zmieszanej wody surowej o wysokim stężeniu – bezpośrednio oczyszcza wodę surową o wysokiej zawartości ChZT (bez rozcieńczania). Poprzez bezpośrednie utlenianie anodowe i elektrokatalizę rodniki hydroksylowe (·OH) i aktywny chlor wraz z innymi mocnymi tlenkami szybko atakują stabilne struktury, takie jak pierścienie aromatyczne, heterocykle, grupy nitrowe i grupy halogenowane, zrywając wiązania i otwierając pierścienie w ciągu 1-2 godzin, znacznie zmniejszając biotoksyczność. Zwiększa się stosunek B/C z 0,02-0,10 do ponad 0,30, tworząc bezpieczne i biodegradowalne warunki dopływu dla kolejnych układów biologicznych.

Do zaawansowanego oczyszczania ścieków biologicznych — głęboko usuwa pozostałości opornego ChZT i zabarwienia ze ścieków biologicznych, stabilnie spełniając standardy bezpośredniego usuwania lub ponownego użycia, osiągając zero chemikaliów, zero odpadów stałych i zero odpadów niebezpiecznych.

Do wstępnej obróbki ługu macierzystego o wysokiej zawartości soli/odparowania — usuwa ChZT i kolor ze ścieków o wysokiej zawartości soli, poprawia białość i czystość skrystalizowanej soli warzonej, znacznie zmniejsza odprowadzanie ługu macierzystego z odparowania i umożliwia odzysk zasobów ścieków o wysokiej zawartości soli.

Rozwiązanie problemu sporadycznych emisji o wysokim stężeniu podczas zmiany produktu — system ten szybko reaguje na nagłe zmiany jakości wody, oczyszczając powstające ścieki o wysokim stężeniu/wysokiej toksyczności, zapobiegając w ten sposób zakłóceniom w całym systemie oczyszczania ścieków w zakładzie.

Cały proces zużywa wyłącznie energię elektryczną, bez dodawania jakichkolwiek środków chemicznych ani wytwarzania wtórnych zanieczyszczeń, takich jak osady żelaza, węgiel nasycony lub stężona ciecz. Działa w temperaturze i ciśnieniu otoczenia, przy napięciu roboczym 3-15 V DC, dzięki czemu jest bezpieczny i łatwy w użyciu. Jednostka elektrochemiczna może dostosować się do zmian jakości wody w ciągu kilku minut poprzez regulację prądu, zapewniając kluczowe rozwiązanie technologiczne pozwalające sprostać trzem podstawowym wyzwaniom, jakimi są „złożona jakość wody, drastyczne wahania i wysoka toksyczność” w wysokochemicznych systemach oczyszczania ścieków.

II. Trudności w drobnochemicznym oczyszczaniu ścieków i rozwiązaniach za pomocą tego sprzętu

III. Zasada działania

Drobne ścieki chemiczne trafiają do reaktora elektrochemicznego po przesianiu, osadzeniu lub filtrowaniu w celu usunięcia zawieszonych ciał stałych. W oparciu o charakterystykę ścieków i cele oczyszczania, skuteczne oczyszczanie osiąga się poprzez następujące ścieżki utleniania:

(1) Bezpośrednie elektroutlenianie (podstawowa droga otwarcia pierścienia aromatycznego/pierścienia heterocyklicznego i zerwania wiązania)

Duża liczba opornych związków aromatycznych i heterocyklicznych w drobnych ściekach chemicznych ulega bezpośredniemu utlenieniu w wyniku utraty elektronów na powierzchni anody:

Związki aromatyczne (seria benzenowa, seria naftalenowa, bifenyle itp.): Pierścień benzenowy jest hydroksylowany przez aktywne formy tlenu na powierzchni anody, a następnie utleniany w celu otwarcia pierścienia, tworząc drobnocząsteczkowe kwasy organiczne (kwas maleinowy, kwas szczawiowy, kwas octowy itp.), co znacznie poprawia biodostępność mikroorganizmów

Związki heterocykliczne (pirydyna, chinolina, tiazol, furan, imidazol itp.): Pierścienie heterocykliczne zawierające N/S/O są utleniane w celu otwarcia pierścienia na powierzchni anody, a N jest uwalniany w postaci NH₃ lub N₂, eliminując cykliczną toksyczność biologiczną

Związki nitrowe (nitrobenzen, nitrobenzen itp.): Grupa nitrowa ulega redukcji na katodzie lub utlenianiu na powierzchni anodowej, pierścień benzenowy zostaje otwarty, a mutagenność zostaje wyeliminowana

Związki chlorowcowane (chlorobenzen, związki bromowane itp.): Wiązania węgiel-halogen rozrywają się na powierzchni anody, halogeny są usuwane w postaci jonowej, a biodegradowalność materii organicznej ulega znacznej poprawie po odhalogenowaniu. Materia organiczna zawierająca wiązania nienasycone (olefiny, alkiny itp.): Wiązania nienasycone ulegają utlenieniu i rozbiciu oraz przekształceniu w kwasy, alkohole itp.

(2) Pośrednie elektroutlenianie

Elektroliza anodowa wody generuje rodniki hydroksylowe (·OH), a jednocześnie jony chlorkowe naturalnie obecne w ściekach (drobne ścieki chemiczne zazwyczaj zawierają Cl⁻) ulegają elektrolizie, tworząc aktywny chlor (Cl₂, HOCl, OCl⁻):

Rodniki hydroksylowe wykonują nieselektywne ataki oksydacyjne na różne substancje organiczne, szczególnie skuteczne przy otwieraniu pierścieni aromatycznych i rozbijaniu pierścieni heterocyklicznych.

Aktywny chlor dyfunduje do roztworu, uzupełniając utlenianie zanieczyszczeń, które nie miały bezpośredniego kontaktu z anodą i skutecznie usuwa azot amonowy.

Jony chlorkowe są zawracane w reakcji i stale uczestniczą w utlenianiu.

(3) Jednoczesna poprawa redukcji ChZT i biodegradowalności

Synergiczny efekt utleniania bezpośredniego i utleniania pośredniego: Wielkocząsteczkowa, oporna materia organiczna → Otwarcie pierścienia/rozerwanie wiązania → Małocząsteczkowe kwasy organiczne, alkohole, aldehydy

Część materii organicznej nadal się utlenia → CO₂ + H₂O (mineralizacja ChZT)

Oczyszczone ścieki BZT₅ znacznie wzrasta (duże cząsteczki są przekształcane w drobnocząsteczkowe substancje ulegające degradacji), ChZT maleje, a stosunek B/C wzrasta z 0,02 ~ 0,10 do ponad 0,30, zapewniając wysokiej jakości degradowalne źródło węgla dla kolejnych systemów biochemicznych.

(4) Efekt dezaktywacji toksycznych grup funkcyjnych

Jednym z głównych celów utleniania elektrochemicznego jest precyzyjne zaatakowanie toksycznych grup funkcyjnych w celu ich „dezaktywacji” - grupa nitrowa nitrobenzenu zostaje usunięta, wiązanie CX produktów halogenowanych zostaje zerwane, a heterocykl otwiera się, uwalniając N. Po zniszczeniu grup toksycznych, nawet jeśli szkielet molekularny nie jest całkowicie zmineralizowany, jego hamujący wpływ na mikroorganizmy jest w zasadzie wyeliminowany, a kolejne systemy biochemiczne mogą bezpiecznie i skutecznie kontynuować degradację pozostałych małych cząsteczek.

(5) Eliminacja koloru

Chromofory ulegają utlenieniu i rozbiciu, a ścieki zmieniają kolor z ciemnego na bezbarwny lub jasno przezroczysty.

IV. Podstawowe zalety (ukierunkowanie na drobne ścieki chemiczne)

V. Parametry techniczne (konfigurowalne)

VI. Lokalizacja procesu

Opcja 1: Detoksykacja wstępna

Ścieki drobnochemiczne (woda surowa/mieszana) → Sito kratowe/zbiornik wyrównawczy → Sedymentacja/flotacja (usuwanie SS i oleju pływającego) → Urządzenia do oczyszczania elektrochemicznego (otwieranie pierścienia, usuwanie toksyczności nitro/halogenowej/heterocyklicznej, zwiększenie stosunku B/C) → Zbiornik pośredni/zbiornik buforowy → System biologiczny (zakwaszanie poprzez hydrolizę + A/O lub A²/O) → Zrzut zgodny z normami

Wyjaśnienie: Jednostka elektrochemicznej detoksykacji znajduje się przed układem biologicznym i pełni podstawowe funkcje „eliminacji toksyczności + otwarcia pierścienia + poprawy stosunku B/C”. Jest to najbardziej krytyczny i niezbędny proces w drobnochemicznym oczyszczaniu ścieków – jeśli drobnoziarniste ścieki chemiczne bez detoksykacji elektrochemicznej dostaną się bezpośrednio do układu biologicznego, ryzyko działania systemu jest niezwykle wysokie, z częstymi zatruciami i zapadnięciami. Po detoksykacji stosunek B/C ścieków wynosi ≥0,30, szybkość usuwania ChZT na etapie biologicznym znacznie się poprawia, a ogólne działanie systemu jest stabilne i niezawodne. Ta konfiguracja jest szczególnie odpowiednia dla drobnych przedsiębiorstw chemicznych o złożonym składzie ścieków i częstym zmienianiu produktów.

Opcja 2: Zaawansowane oczyszczanie w celu spełnienia standardów (w przypadkach, gdy ChZT w ściekach z oczyszczania biologicznego nadal nie spełnia standardów)

Ścieki wysokochemiczne → Oczyszczanie wstępne → System biologiczny → Zbiornik sedymentacji wtórnej → Zaawansowana jednostka oczyszczania elektrochemicznego (usuwanie pozostałości uporczywego ChZT i koloru) → Zgodny zrzut/ponowne wykorzystanie

Wyjaśnienie: Jeżeli ChZT i kolor ścieków z oczyszczania biologicznego w dalszym ciągu nie spełniają norm dotyczących zrzutów, po systemie biologicznym dodawana jest zaawansowana jednostka oczyszczania elektrochemicznego. To urządzenie głęboko usuwa pozostałości polimerów aromatycznych, substancji humusowych i innych uporczywych ChZT, redukując ChZT do standardu utylizacji/ponownego wykorzystania.

Opcja 3: Detoksykacja wstępna + Kuracja zaawansowana

Ścieki wysokochemiczne → Jednostka detoksykacji elektrochemicznej (przed oczyszczaniem biologicznym) → System biologiczny → Jednostka zaawansowanego oczyszczania elektrochemicznego (po oczyszczaniu biologicznym) → Zgodny zrzut/ponowne wykorzystanie wysokiej jakości

Wyjaśnienie: W nowo budowanych oczyszczalniach wysokochemicznych lub projektach o wyjątkowo rygorystycznych standardach odprowadzania ścieków, przed i po oczyszczaniu biologicznym instalowana jest jednostka elektrochemiczna. Część przednia zapewnia stabilne i wydajne działanie układu biologicznego, natomiast część tylna zapewnia, że ​​ścieki stale spełniają najbardziej rygorystyczne normy dotyczące zrzutów. Dzięki współpracy obu systemów system ma największą odporność na wstrząsy i najwyższą pewność wydatku wody.