Equipamento de tratamento de águas residuais eletroquímicas, utilizado para águas residuais químicas.

Equipamento de tratamento eletroquímico de águas residuais, usado para águas residuais químicas.

I. Visão Geral do Produto

Águas residuais químicas são um dos tipos mais difundidos, complexos e difíceis de tratar de águas residuais industriais, abrangendo múltiplos subsetores, incluindo produtos químicos orgânicos, produtos químicos inorgânicos, produtos químicos finos, petroquímicos, produtos químicos de carvão, fertilizantes, materiais poliméricos, cloro-álcalis, corantes, revestimentos, pesticidas e setores bioquímicos. Suas características gerais de qualidade da água são as seguintes: As águas residuais contêm uma grande quantidade de matérias-primas e auxiliares, produtos intermediários, subprodutos e resíduos de produtos usados no processo de produção — incluindo compostos de benzeno, fenóis, álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos orgânicos, ésteres, componentes orgânicos especiais, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, compostos heterocíclicos, hidrocarbonetos halogenados, compostos nitro, compostos organofosforados, monômeros de polímero, surfactantes, solventes orgânicos e resíduos de catalisadores; algumas águas residuais de processo de alta concentração podem atingir dezenas a centenas de milhares de mg/L; as águas residuais frequentemente contêm poluentes característicos que inibem ou toxicizam microrganismos; o teor de sal varia amplamente (de várias centenas de mg/L a mais de dez por cento); a relação DBO₅/DQO geralmente flutua entre 0,05 e 0,30, com diferenças significativas na biodegradabilidade; e a qualidade da água residual flutua significativamente com as mudanças no tipo de produto, processo de produção e ciclo de produção.

Os principais desafios do tratamento de águas residuais químicas residem em várias áreas-chave: ① Alta proporção de matéria orgânica recalcitrante – estruturas químicas estáveis como aromáticos, compostos heterocíclicos, compostos halogenados e grupos nitro exibem alta tolerância a microrganismos convencionais, tornando a degradação eficaz por sistemas biológicos difícil. ② Problemas significativos de biotoxicidade – vários intermediários e subprodutos químicos inibem ou até matam microrganismos de lodo ativado, levando a impactos frequentes nos sistemas biológicos, baixa eficiência de tratamento e até colapso do sistema. ③ Alta salinidade agrava as dificuldades de tratamento – algumas águas residuais químicas contêm 3% a 10% de sal (por exemplo, cloro-álcalis, síntese de pesticidas, intermediários farmacêuticos), e a alta pressão osmótica dificulta a sobrevivência de microrganismos convencionais de lodo ativado. ④ Flutuações drásticas na qualidade e quantidade da água – sob modelos de produção intermitente e multiproduto, a concentração de DQO e substâncias tóxicas nas águas residuais pode mudar várias a dezenas de vezes em horas, tornando difícil para os sistemas biológicos tradicionais responderem rapidamente.

Este sistema emprega tecnologia de oxidação eletroquímica, utilizando o efeito sinérgico da oxidação anódica direta e de oxidantes fortes como radicais hidroxila (·OH) e cloro ativo gerados por eletrocatálise para atacar diretamente várias estruturas químicas estáveis em águas residuais químicas. Pode ser aplicado de forma flexível a diferentes estágios do tratamento de águas residuais químicas:

Desintoxicação de Pré-tratamento: Trata diretamente águas residuais de alta concentração, oxidando e decompondo rapidamente estruturas recalcitrantes e tóxicas como anéis aromáticos, anéis heterocíclicos, grupos halogenados e grupos nitro, reduzindo significativamente a DQO e aumentando a relação B/C para acima de 0,30, criando condições de afluente seguras e biodegradáveis para sistemas biológicos subsequentes.

Pré-tratamento de Águas Residuais Orgânicas de Alta Salinidade: Após a remoção da DQO e da cor, as águas residuais entram no sistema de evaporação e cristalização, melhorando a qualidade dos sais cristalizados e reduzindo significativamente a descarga de licor mãe de evaporação.

Redução de Águas Residuais de Alta Concentração: Trata pequenos volumes de águas residuais com DQO na casa das dezenas de milhares de mg/L no local, reduzindo significativamente a DQO antes de ser incorporada ao sistema integrado da planta, substituindo o transporte e descarte caros de resíduos perigosos.

Todo o processo consome apenas eletricidade, sem adição de reagentes químicos. Os eletrodos são adaptáveis a condições complexas de águas residuais químicas, como alta salinidade, alta DQO e teor de óleo, operando de forma segura e estável à temperatura e pressão normais. Ao ajustar rapidamente os parâmetros de corrente, ele pode responder a flutuações drásticas na qualidade das águas residuais químicas em minutos, sem a necessidade de aclimatação e espera de longo prazo de sistemas bioquímicos. Esta é uma solução técnica chave para lidar com as quatro dificuldades principaisdificuldades principais das águas residuais químicas: "difícil de degradar, altamente tóxico, altamente volátil e alto custo de tratamento".

II. Dificuldades no tratamento de águas residuais químicas e soluções deste equipamento

III. Princípio de Funcionamento

Após a remoção de sólidos suspensos por peneiras, sedimentação ou filtração (algumas águas residuais de alta concentração requerem pré-tratamento simples), as águas residuais químicas entram em um reator eletroquímico, onde ocorrem as seguintes reações de purificação sob a ação de eletrodos:

(1) Eletro-oxidação direta (o caminho central para abertura de anel e quebra de ligação de matéria orgânica recalcitrante)

Uma grande quantidade de matéria orgânica recalcitrante em águas residuais químicas perde elétrons diretamente na superfície do ânodo e é oxidada:

Compostos aromáticos (benzeno, componentes aromáticos típicos, xileno, naftaleno, bifenil, fenol, anilina, etc.): Anéis aromáticos são hidroxilados por espécies de oxigênio ativo na superfície do ânodo e, em seguida, abertos, transformando-se em ácidos orgânicos de molécula pequena (ácido maleico, ácido oxálico, ácido acético, etc.), melhorando muito sua biodisponibilidade.

Compostos heterocíclicos (piridina, quinolina, tiazol, furano, imidazol, indol, etc.): Anéis heterocíclicos contendo N/S/O são oxidados e abertos na superfície do ânodo, eliminando a biotoxicidade cíclica.

Compostos halogenados (clorobenzeno, clorofórmio, tetracloreto de carbono), compostos bromados, etc.): Ligações C-X são quebradas na superfície do ânodo e os halogênios são removidos na forma iônica. Compostos nitro (nitrobenzeno, dinitrocompostos, etc.): Grupos nitro são removidos por oxidação/redução, anéis de benzeno são abertos e a mutagenicidade é eliminada. Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (naftaleno, antraceno, fenantreno, etc.): Sistemas de anéis aromáticos são gradualmente oxidados e abertos, e estruturas policíclicas são decompostas em monomoléculas ou moléculas pequenas. Compostos organofosforados: Ligações P-C são oxidadas e quebradas, e organofosforados são convertidos em ortofosfato. Polímeros/orgânicos macromoleculares (polietilenoglicol, ácido poliacrílico, fragmentos de resina, etc.): Cadeias de carbono longas e estruturas moleculares de grupo éter são oxidadas e quebradas.

(2) Eletro-oxidação indireta (oxidação de amplo espectro dominada por ·OH e cloro ativo) A eletrólise da água no ânodo gera radicais hidroxila (·OH), enquanto utiliza íons cloreto naturalmente presentes nas águas residuais (a maioria das águas residuais químicas contém Cl⁻, com uma faixa de concentração de 200~20000). A eletrólise de mg/L gera cloro ativo (Cl₂, HOCl, OCl⁻): Radicais hidroxila realizam ataques oxidativos não seletivos em vários compostos orgânicos, especialmente eficazes na abertura de anéis aromáticos e na quebra de anéis heterocíclicos. O cloro ativado difunde-se na solução, complementando a oxidação de poluentes que não podem entrar em contato direto com o ânodo e removendo eficientemente o nitrogênio amoniacal.

(3) Melhora simultânea da redução de DQO e biodegradabilidade: Efeito sinérgico de oxidação direta e indireta: Matéria orgânica recalcitrante de molécula grande → abertura de anel/quebra de ligação/desalogenação/desnitrificação → ácidos orgânicos de molécula pequena, álcoois, aldeídos → alguns mais mineralizados em CO₂ + H₂O. A DBO₅ do efluente tratado aumenta significativamente (moléculas grandes são convertidas em substâncias degradáveis de molécula pequena), a DQO diminui simultaneamente e a relação B/C aumenta significativamente, fornecendo uma fonte de carbono degradável de alta qualidade para sistemas bioquímicos subsequentes.

 (4) Efeito de Desativação de Grupos Funcionais Tóxicos: O objetivo principal da oxidação eletroquímica é atacar precisamente grupos funcionais tóxicos e desativá-los — o grupo nitro no nitrobenzeno é removido, a ligação C-X em compostos halogenados é quebrada, heterociclos se abrem liberando N, e a ligação P-C em compostos organofosforados é quebrada. Uma vez que os grupos tóxicos são destruídos, mesmo que o esqueleto molecular não seja completamente mineralizado, seu efeito inibitório sobre os microrganismos é essencialmente eliminado.

(5) Eliminação de Cor: Quando os cromóforos são oxidados e quebrados, as águas residuais mudam de escuras para incolores ou de cor clara e transparentes.

IV. Vantagens Principais (Focadas em Águas Residuais Químicas)

V. Parâmetros Técnicos (Personalizáveis)

VI. Localização do Processo

Opção 1: Pré-tratamento e Desintoxicação

Águas residuais químicas (água bruta/água combinada) → Peneira/tanque de equalização → Sedimentação/flotação (remoção de SS e óleo) → Equipamento de desintoxicação eletroquímica (quebra de ligação aberta, remoção de grupos funcionais tóxicos, melhoria da relação B/C) → Tanque intermediário/tanque de buffer → Sistema biológico (acidificação por hidrólise + A/O ou A²/O) → Descarga em conformidade com os padrões

Nota: A unidade de desintoxicação eletroquímica é a garantia central para o pré-tratamento biológico de águas residuais químicas. Águas residuais químicas que não passaram por desintoxicação eletroquímica entram diretamente no sistema de tratamento biológico, resultando em uma grande quantidade de substâncias recalcitrantes e tóxicas, reduzindo a taxa de remoção de DQO do sistema biológico para apenas 50%~70%, e sujeitando-o a choques frequentes. Após a desintoxicação, a relação B/C do efluente é ≥0,30~0,35, a taxa de remoção de DQO da fase de tratamento biológico é aumentada em 40%~70%, e todo o sistema opera de forma estável e confiável durante todo o ano.

Opção 2: Tratamento Avançado para Atender aos Padrões (Para casos em que a DQO no efluente bioquímico ainda não atende aos padrões)

Águas residuais químicas → Pré-tratamento → Sistema bioquímico → Tanque de sedimentação secundário → Unidade de tratamento avançado eletroquímico (remove DQO residual teimosa e cor) → Descarga em conformidade com os padrões/Reutilização

Nota: Quando a DQO e a cor no efluente bioquímico ainda não atendem aos padrões de descarga, uma unidade de tratamento avançado eletroquímico é adicionada após o sistema bioquímico.

Opção 3: Redução de Águas Residuais de Alta Concentração

Águas residuais de alta concentração/licor mãe → Tanque de coleta → Equipamento de tratamento eletroquímico → Efluente flui para o sistema de águas residuais integrado da planta → Tratamento convencional

Opção 4: Pré-tratamento de Águas Residuais de Alta Salinidade para Evaporação

Águas residuais químicas de alta salinidade → Equipamento de pré-tratamento eletroquímico (remove DQO e cor) → Sistema de evaporação e cristalização (MVR/multiefeito) → Sal industrial de alta brancura + reuso de condensado

Nota: A evaporação direta de licor mãe de alta salinidade resulta em enriquecimento de DQO e cor, descarga em larga escala de licor mãe e amarelecimento do sal cristalizado. O pré-tratamento eletroquímico remove 50%~80% de DQO e ≥90% de cor antes da evaporação, resultando em sal cristalino branco e uma redução significativa na descarga de licor mãe, realizando assim a utilização de recursos de águas residuais de alta salinidade.