Equipamento de tratamento eletroquímico de águas residuais para tratamento de águas residuais de coque

I. Visão Geral do Produto

Águas residuais de coqueificação são um dos efluentes mais difíceis de tratar na indústria químico-carvão. Originam-se dos processos de carbonização a alta temperatura (coqueificação), purificação de gás e recuperação de produtos químicos do carvão, e incluem principalmente água residual de amônia residual, águas residuais de resfriamento final do gás de carvão, água de separação de benzeno bruto e águas residuais de processamento de alcatrão. Suas características típicas de qualidade da água são: alta concentração de DQO, alta concentração de nitrogênio amoniacal, alto teor de substâncias tóxicas recalcitrantes (fenóis, compostos do grupo benzeno, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, compostos heterocíclicos como piridina, quinolina, carbazol, etc.), biodegradabilidade extremamente pobre (DBO₅/DQO tipicamente 0,10~0,20), alto teor de cianeto e sulfeto, teor de óleo (alcatrão) e grandes flutuações na qualidade e quantidade da água.

O tratamento de águas residuais de coqueificação tem sido há muito tempo um desafio ambiental central para as empresas de coqueificação. As rotas de processo tradicionais geralmente seguem o padrão de "pré-tratamento (remoção de óleo, remoção de fenol, stripping de amônia) → tratamento biológico (A/O, A²/O, SBR, etc.) → tratamento avançado", mas enfrentam inúmeros desafios na operação real: ① Compostos fenólicos, cianetos e compostos heterocíclicos inibem fortemente ou até matam microrganismos no sistema biológico, levando a envenenamento e crescimento excessivo frequentes de lodo ativado, e operação instável do sistema biológico; ② Biodegradabilidade extremamente pobre (DBO/DQO < 0,20), taxa de remoção de DQO limitada na fase biológica e DQO do efluente muito abaixo dos padrões de descarga atuais; ③ Baixas temperaturas de inverno causam uma queda acentuada ou até mesmo a paralisação da eficiência de nitrificação dos sistemas biológicos, levando a excedentes significativos de nitrogênio amoniacal. Este sistema emprega tecnologia de oxidação eletroquímica e pode ser integrado de forma flexível em múltiplos estágios do processo de tratamento de águas residuais de coqueificação, realizando as seguintes funções principais:

Para efluente de remoção de fenol após stripping de amônia: Oxidação e decomposição direta de substâncias tóxicas como fenóis, cianetos e compostos heterocíclicos nas águas residuais, eliminando completamente a biotoxicidade em 1-2 horas. A relação DBO/DQO aumenta de 0,10-0,20 para mais de 0,35, criando condições de afluência seguras e estáveis para sistemas biológicos subsequentes e prevenindo efetivamente o colapso do sistema devido a choques.

Para tratamento avançado de efluente biológico: Remoção profunda de DQO residual (substâncias húmicas recalcitrantes, polímeros aromáticos, etc.) e cor do efluente biológico, eliminando completamente a DQO e a cor para atender aos padrões de emissão mais rigorosos.

Para tratamento de águas residuais de têmpera: Após a remoção de DQO e cor, as águas residuais são reutilizadas no sistema de têmpera, alcançando a circulação em circuito fechado de água de têmpera e reduzindo o risco de captação de água doce e poluição externa.

Todo o processo consome apenas eletricidade, sem adição de quaisquer agentes químicos, e não produz resíduos perigosos como lodo de ferro ou carvão saturado adsorvido. Os eletrodos são resistentes a incrustações e poluição, e podem se adaptar a qualidades de água complexas como alta dureza, alta salinidade e teor de óleo em águas residuais de coqueificação. Opera em temperatura e pressão normais (0~40℃) e não é afetado por mudanças sazonais e de temperatura. É uma tecnologia central chave para alcançar conformidade estável e atualização de águas residuais de coqueificação.

II. Dificuldades no tratamento de águas residuais de coqueificação e soluções com este equipamento

III. Princípio de Funcionamento

Após pré-tratamento como remoção de óleo, precipitação e stripping de amônia, as águas residuais de coqueificação entram no reator eletroquímico, onde as seguintes reações ocorrem sob a ação dos eletrodos:

(1) Eletro-oxidação direta Os poluentes tóxicos característicos em águas residuais de coqueificação são diretamente oxidados na superfície do ânodo: Fenóis (fenol, cresóis, naftóis, etc.): Após o anel benzênico ser hidroxilado na superfície do ânodo, ele é oxidado e aberto em anel, transformando-se em ácidos orgânicos de molécula pequena, e finalmente mineralizado em CO₂ e H₂O. O processo de oxidação e abertura do anel do fenol elimina completamente sua toxicidade de penetração na membrana celular para microrganismos. Cianeto (CN⁻): É diretamente oxidado a cianato (CN⁻→CNO⁻) no ânodo. O cianato é posteriormente hidrolisado em amônia e carbonato, e sua alta toxicidade é completamente eliminada. Compostos heterocíclicos (piridina, quinolina, carbazol, indol, etc.): O heterociclo contendo nitrogênio é diretamente aberto em anel na superfície do ânodo. O N é liberado do anel e convertido em NH₃ ou N₂. A estrutura do sistema de anel é destruída, e a biotoxicidade é muito reduzida. Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (naftaleno, antraceno, fenantreno, etc.): O sistema de anel aromático é gradualmente oxidado e aberto em anel na superfície do ânodo. A estrutura de condensação macromolecular é decomposta em substâncias degradáveis de molécula pequena.

(2) Eletro-oxidação indireta A eletrólise da água no ânodo produz radicais hidroxila (·OH). Ao mesmo tempo, cloro ativo (Cl₂, H₂O) é gerado pela eletrólise de íons cloreto naturalmente presentes nas águas residuais de coqueificação. OCl, OCl⁻): Radicais hidroxila realizam ataques oxidativos não seletivos em vários compostos orgânicos recalcitrantes, especialmente mostrando efeitos significativos de abertura de anel em hidrocarbonetos aromáticos policíclicos e compostos heterocíclicos. O cloro ativado se difunde ainda mais na solução, oxidando rapidamente o nitrogênio amoniacal, ao mesmo tempo em que complementa a oxidação de compostos orgânicos que não entraram em contato direto com o ânodo.

(3) Remoção por oxidação de nitrogênio amoniacal: A concentração de nitrogênio amoniacal em águas residuais de coqueificação é alta, e a remoção eletroquímica é alcançada através de um caminho de oxidação indireta: Íons cloreto são eletrolisados no ânodo para gerar cloro ativado. O cloro ativado oxida rapidamente o nitrogênio amoniacal em gás nitrogênio. Íons cloreto são regenerados e circulados na reação, participando continuamente da oxidação do nitrogênio amoniacal. A taxa de remoção de nitrogênio amoniacal pode atingir 80% a 99%.

(4) Co-remoção de DQO e melhoria da biodegradabilidade: Após oxidação direta e indireta, compostos orgânicos aromáticos e heterocíclicos macromoleculares em águas residuais de coqueificação sofrem: abertura de anel aromático/heterocíclico → quebra de cadeia de macromoléculas → conversão em ácidos orgânicos de molécula pequena, álcoois, aldeídos, etc. Essas pequenas moléculas orgânicas podem ser utilizadas por microrganismos na detecção de DBO₅, aumentando assim a DBO₅; ao mesmo tempo, parte da matéria orgânica é completamente mineralizada em CO₂, causando a diminuição da DQO. A relação DBO/DQO aumenta de 0,10~0,20 para mais de 0,35, fornecendo uma fonte de carbono biodegradável de alta qualidade para sistemas bioquímicos subsequentes.

IV. Vantagens Principais (Focadas em Águas Residuais de Coqueificação)

V. Parâmetros Técnicos (Personalizáveis)

VI. Localização do Processo

Opção 1: Pré-tratamento e Desintoxicação Antes do Processamento Bioquímico

Águas Residuais de Coqueificação → Remoção de Óleo e Sedimentação (Remoção de Alcatrão e SS) → Equipamento de Tratamento Eletroquímico (Remoção de Fenólicos, Cianetos, Compostos Heterocíclicos e Melhoria da Relação DBO/DQO) → Tanque Intermediário/Tanque de Equalização → Sistema Bioquímico → Tanque de Sedimentação Secundário → Descarga em Conformidade com os Padrões

Explicação: Esta é a configuração de aplicação mais crítica e central no tratamento de águas residuais de coqueificação. A unidade de desintoxicação eletroquímica é colocada antes do sistema bioquímico, realizando as funções principais de "decomposição oxidativa de fenóis/cianetos/compostos heterocíclicos + melhoria da relação DBO/DQO". Se as águas residuais de coqueificação sem desintoxicação eletroquímica entrarem diretamente no sistema bioquímico, os microrganismos estarão em um estado de inibição tóxica de longo prazo, levando a uma operação extremamente instável do sistema. Após a desintoxicação, a taxa de remoção de DQO do estágio bioquímico é significativamente melhorada, e o sistema opera de forma estável durante todo o ano, sem ser afetado por flutuações na toxicidade afluente.

Opção 2: Tratamento Bioquímico Avançado de Efluente

Águas Residuais de Coqueificação → Pré-tratamento → Sistema Bioquímico → Tanque de Sedimentação Secundário → Sistema de Tratamento Eletroquímico (Remoção de DQO Residual e Cor) → Descarga em Conformidade com os Padrões

Opção 3: Desintoxicação Pré-Bioquímica + Tratamento Avançado Pós-Bioquímico

Águas Residuais de Coqueificação → Pré-tratamento → Sistema de Tratamento Eletroquímico (Pré-Bioquímico) → Sistema Bioquímico → Unidade de Tratamento Eletroquímico Avançado (Pós-Bioquímico) → Descarga em Conformidade com os Padrões/Reutilização

Nota: Para novas plantas de tratamento de águas residuais de coqueificação ou projetos de atualização abrangentes, uma unidade eletroquímica é instalada antes e depois do tratamento bioquímico. A extremidade frontal é responsável pela desintoxicação e melhoria da biodegradabilidade, garantindo um tratamento bioquímico estável e eficiente; a extremidade traseira é responsável pela remoção avançada de DQO residual e cor, garantindo a conformidade estável do efluente. As duas unidades eletroquímicas trabalham juntas, tornando o sistema de tratamento de águas residuais de coqueificação mais resiliente a choques, com o efluente mais estável e custos operacionais otimizados. Embora o investimento em equipamentos seja ligeiramente maior do que em uma configuração de unidade única, a confiabilidade do sistema bioquímico e a certeza da conformidade final do efluente são significativamente melhoradas, resultando na melhor relação custo-benefício geral.