Оборудование для электрохимической очистки сточных вод коксохимического производства

I. Обзор продукта

Коксовый сток является одним из самых сложных сточных вод для очистки в угольной химической промышленности. Он образуется в результате высокотемпературной карбонизации (коксования), очистки газа и процессов извлечения химических продуктов из угля и в основном включает остаточную аммиачную воду, сточные воды от конечного охлаждения коксового газа, воду от разделения сырого бензола и сточные воды от переработки смолы. Его типичные характеристики качества воды: высокая концентрация ХПК, высокая концентрация аммонийного азота, высокое содержание трудноразлагаемых токсичных веществ (фенолы, соединения бензольного ряда, полициклические ароматические углеводороды, гетероциклические соединения, такие как пиридин, хинолин, карбазол и т. д.), чрезвычайно низкая биоразлагаемость (БПК₅/ХПК обычно 0,10~0,20), высокое содержание цианидов и сульфидов, содержание масла (смолы) и большие колебания качества и количества воды.

Очистка коксовых сточных вод давно является основной экологической проблемой для коксохимических предприятий. Традиционные технологические маршруты обычно следуют схеме "предварительная очистка (удаление масла, удаление фенолов, отгонка аммиака) → биологическая очистка (A/O, A²/O, SBR и т. д.) → глубокая очистка", но сталкиваются с многочисленными проблемами в реальной эксплуатации: ① Фенольные соединения, цианиды и гетероциклические соединения сильно ингибируют или даже убивают микроорганизмы в биологической системе, что приводит к частым отравлениям и вспуханию активного ила, а также к нестабильной работе биологической системы; ② Чрезвычайно низкая биоразлагаемость (БПК/ХПК < 0,20), ограниченная скорость удаления ХПК на биологической стадии и концентрация ХПК в сточных водах значительно ниже текущих стандартов сброса; ③ Низкие зимние температуры вызывают резкое падение или даже прекращение эффективности нитрификации биологических систем, что приводит к значительному превышению норм по аммонийному азоту. Данная система использует технологию электрохимического окисления и может гибко интегрироваться на различных этапах процесса очистки коксовых сточных вод, выполняя следующие основные функции:Для сточных вод после отгонки аммиака и удаления фенолов: Прямое окисление и разложение токсичных веществ, таких как фенолы, цианиды и гетероциклические соединения, в сточных водах, полностью устраняя биотоксичность в течение 1-2 часов. Соотношение БПК/ХПК увеличивается с 0,10-0,20 до более 0,35, создавая безопасные и стабильные условия для последующих биологических систем и эффективно предотвращая коллапс системы из-за шока.

Для глубокой очистки сточных вод после биологической очистки: Глубокое удаление остаточной ХПК (трудноразлагаемые гуминовые вещества, ароматические полимеры и т. д.) и цветности из сточных вод после биологической очистки, полностью устраняя ХПК и цветность для соответствия самым строгим стандартам выбросов.

Для очистки сточных вод от охлаждения: После удаления ХПК и цветности сточные воды повторно используются в системе охлаждения, достигая замкнутого цикла циркуляции воды для охлаждения и снижая риск забора свежей воды и внешнего загрязнения.

Весь процесс потребляет только электроэнергию, без добавления каких-либо химических реагентов, и не производит опасных отходов, таких как железный шлам или адсорбированный насыщенный уголь. Электроды устойчивы к образованию накипи и загрязнению и могут адаптироваться к сложным качествам воды, таким как высокая жесткость, высокая соленость и содержание масла в коксовых сточных водах. Он работает при нормальной температуре и давлении (0~40℃) и не подвержен сезонным и температурным изменениям. Это ключевая основная технология для достижения стабильного соответствия нормам и модернизации очистки коксовых сточных вод.

II. Трудности в очистке коксовых сточных вод и решения с помощью данного оборудования

Решение проблем

(1) 

Прямое электроокисление Характерные токсичные загрязнители в коксовых сточных водах напрямую окисляются на поверхности анода: Фенолы (фенол, крезол, нафтол и т. д.): После гидроксилирования бензольного кольца на поверхности анода оно далее окисляется и раскрывается, превращаясь в низкомолекулярные органические кислоты, и в конечном итоге минерализуется до CO₂ и H₂O. Процесс окислительного раскрытия бензольного кольца фенола полностью устраняет его токсичность для клеточных мембран микроорганизмов. Цианид (CN⁻): Он напрямую окисляется до цианата (CN⁻→CNO⁻) на аноде. Цианат далее гидролизуется до аммиака и карбоната, и его высокая токсичность полностью устраняется. Гетероциклические соединения (пиридин, хинолин, карбазол, индол и т. д.): Азотсодержащий гетероцикл напрямую раскрывается на поверхности анода. Азот высвобождается из кольца и превращается в NH₃ или N₂. Структура кольцевой системы разрушается, и биотоксичность значительно снижается. Полициклические ароматические углеводороды (нафталин, антрацен, фенантрен и т. д.): Ароматическая кольцевая система постепенно окисляется и раскрывается на поверхности анода. Макромолекулярная конденсированная структура разлагается на низкомолекулярные разлагаемые вещества.

(2) Непрямое электроокисление Анодный электролиз воды производит гидроксильные радикалы (·OH). Одновременно активный хлор (Cl₂, H₂O) генерируется электролизом естественных ионов хлорида в коксовых сточных водах. OCl, OCl⁻): Гидроксильные радикалы осуществляют неселективные окислительные атаки на различные трудноразлагаемые органические соединения, особенно проявляя значительный эффект раскрытия кольца на полициклические ароматические углеводороды и гетероциклические соединения. Активированный хлор далее диффундирует в раствор, быстро окисляя аммонийный азот, одновременно дополняя окисление органических соединений, которые не контактировали напрямую с анодом.

(3) Удаление аммонийного азота путем окисления: Концентрация аммонийного азота в коксовых сточных водах высока, и электрохимическое удаление достигается путем непрямого окисления: Ионы хлорида электролизуются на аноде с образованием активированного хлора. Активированный хлор быстро окисляет аммонийный азот до газообразного азота. Ионы хлорида регенерируются и циркулируют в реакции, непрерывно участвуя в окислении аммонийного азота. Скорость удаления аммонийного азота может достигать 80%~99%.

(4) Совместное удаление ХПК и улучшение биоразлагаемости: После прямого и непрямого окисления макромолекулярные ароматические и гетероциклические органические соединения в коксовых сточных водах подвергаются: раскрытию ароматических/гетероциклических колец → разрыву цепей макромолекул → превращению в низкомолекулярные органические кислоты, спирты, альдегиды и т. д. Эти низкомолекулярные органические соединения могут быть использованы микроорганизмами при определении БПК₅, тем самым увеличивая БПК₅; в то же время некоторая часть органического вещества полностью минерализуется до CO₂, вызывая снижение ХПК. Соотношение БПК/ХПК увеличивается с 0,10~0,20 до более 0,35, обеспечивая высококачественный биоразлагаемый источник углерода для последующих биохимических систем.

IV. Основные преимущества (для коксовых сточных вод)Преимущества

иллюстрировать

Объем переработки

Коксовые сточные воды → Удаление масла и осаждение (удаление смолы и СС) → Оборудование для электрохимической очистки (удаление фенолов, цианидов, гетероциклических соединений и улучшение соотношения БПК/ХПК) → Промежуточный резервуар/уравнительный резервуар → Биохимическая система → Вторичный отстойник → Сброс, соответствующий стандартамПояснение: Это наиболее критичная и основная конфигурация применения в очистке коксовых сточных вод. Блок электрохимической детоксикации размещается перед биохимической системой, выполняя основные функции "окислительного разложения фенолов/цианидов/гетероциклических соединений + улучшения соотношения БПК/ХПК". Если коксовые сточные воды без электрохимической детоксикации напрямую поступают в биохимическую систему, микроорганизмы будут находиться в состоянии длительного токсического ингибирования, что приведет к чрезвычайно нестабильной работе системы. После детоксикации скорость удаления ХПК биохимической стадией значительно улучшается, и система стабильно работает круглый год, не подвергаясь влиянию колебаний токсичности входящих сточных вод.

Вариант 2: Глубокая биохимическая очистка сточных вод

Коксовые сточные воды → Предварительная очистка → Биохимическая система → Вторичный отстойник → Система электрохимической очистки (удаление остаточной ХПК и цветности) → Сброс, соответствующий стандартам

Вариант 3: Предварительная биохимическая детоксикация + Постбиохимическая глубокая очистка

Коксовые сточные воды → Предварительная очистка → Система электрохимической очистки (предбиохимическая) → Биохимическая система → Блок электрохимической глубокой очистки (постбиохимическая) → Сброс, соответствующий стандартам/повторное использование

Примечание: Для вновь строящихся очистных сооружений коксовых сточных вод или комплексных проектов модернизации устанавливается один электрохимический блок до и после биохимической очистки. Передний блок отвечает за детоксикацию и улучшение биоразлагаемости, обеспечивая стабильную и эффективную биохимическую очистку; задний блок отвечает за глубокое удаление остаточной ХПК и цветности, обеспечивая стабильное соответствие сточных вод нормам. Два электрохимических блока работают совместно, делая систему очистки коксовых сточных вод наиболее устойчивой к шокам, с наиболее стабильными сточными водами и оптимальными эксплуатационными расходами. Хотя инвестиции в оборудование немного выше, чем при одноблочной конфигурации, надежность биохимической системы и гарантированное соответствие конечных сточных вод нормам значительно улучшаются, что обеспечивает наилучшую общую экономическую эффективность.