Equipo de tratamiento electroquímico de aguas residuales para el tratamiento de aguas residuales de coque

I. Descripción general del producto

Las aguas residuales de coquización son una de las aguas residuales más difíciles de tratar en la industria química del carbón. Se originan en los procesos de carbonización a alta temperatura (coquización), purificación de gas y recuperación de productos químicos del carbón, e incluyen principalmente agua residual de amoníaco residual, aguas residuales de enfriamiento final del gas de carbón, agua de separación de benceno crudo y aguas residuales de procesamiento de alquitrán. Sus características típicas de calidad del agua son: alta concentración de DQO, alta concentración de nitrógeno amoniacal, alto contenido de sustancias tóxicas recalcitrantes (fenoles, compuestos de benceno, hidrocarburos aromáticos policíclicos, compuestos heterocíclicos como piridina, quinolina, carbazol, etc.), biodegradabilidad extremadamente pobre (DQO₅/DQO típicamente 0.10~0.20), alto contenido de cianuro y sulfuro, contenido de aceite (alquitrán) y grandes fluctuaciones en la calidad y cantidad del agua.

El tratamiento de las aguas residuales de coquización ha sido durante mucho tiempo un desafío ambiental central para las empresas de coquización. Las rutas de proceso tradicionales suelen seguir el patrón de "pretratamiento (eliminación de aceite, eliminación de fenoles, desamoniación) → tratamiento biológico (A/O, A²/O, SBR, etc.) → tratamiento avanzado", pero enfrentan numerosos desafíos en la operación real: ① Los compuestos fenólicos, cianuros y compuestos heterocíclicos inhiben fuertemente o incluso matan los microorganismos en el sistema biológico, lo que lleva a un envenenamiento y abultamiento frecuentes del lodo activado, y a una operación inestable del sistema biológico; ② Biodegradabilidad extremadamente pobre (B/C < 0.20), tasa de eliminación de DQO limitada en la etapa biológica, y DQO del efluente muy por debajo de los estándares de descarga actuales; ③ Las bajas temperaturas invernales provocan una caída drástica o incluso una interrupción de la eficiencia de nitrificación de los sistemas biológicos, lo que lleva a excesos significativos de nitrógeno amoniacal. Este sistema emplea tecnología de oxidación electroquímica y puede integrarse de manera flexible en múltiples etapas del proceso de tratamiento de aguas residuales de coquización, asumiendo las siguientes funciones principales:

Para el efluente de eliminación de fenoles después de la desamoniación: Oxidación y descomposición directa de sustancias tóxicas como fenoles, cianuros y compuestos heterocíclicos en las aguas residuales, eliminando completamente la biotoxicidad en 1-2 horas. La relación B/C aumenta de 0.10-0.20 a más de 0.35, creando condiciones de afluencia seguras y estables para los sistemas biológicos posteriores y previniendo eficazmente el colapso del sistema debido a choques.

Para el tratamiento avanzado del efluente biológico: Eliminación profunda de la DQO residual (sustancias húmicas recalcitrantes, polímeros aromáticos, etc.) y el color del efluente biológico, eliminando completamente la DQO y el color para cumplir con los estándares de emisión más estrictos.

Para el tratamiento de aguas residuales de enfriamiento: Después de la eliminación de DQO y color, las aguas residuales se reutilizan en el sistema de enfriamiento, logrando la circulación en circuito cerrado del agua de enfriamiento y reduciendo el riesgo de captación de agua dulce y contaminación externa.

Todo el proceso consume solo electricidad, sin añadir ningún agente químico, y no produce residuos peligrosos como lodo de hierro o carbón saturado adsorbido. Los electrodos son resistentes a la incrustación y la contaminación, y pueden adaptarse a calidades de agua complejas como alta dureza, alta salinidad y contenido de aceite en las aguas residuales de coquización. Opera a temperatura y presión normales (0~40℃) y no se ve afectado por los cambios estacionales y de temperatura. Es una tecnología clave para lograr el cumplimiento estable y la mejora de las aguas residuales de coquización.

II. Dificultades en el tratamiento de aguas residuales de coquización y soluciones con este equipo

III. Principio de funcionamiento

Después del pretratamiento como eliminación de aceite, precipitación y desamoniación, las aguas residuales de coquización entran en el reactor electroquímico, donde ocurren las siguientes reacciones bajo la acción de los electrodos:

(1) Electro-oxidación directa Los contaminantes tóxicos característicos en las aguas residuales de coquización se oxidan directamente en la superficie del ánodo: Fenoles (fenol, cresoles, naftoles, etc.): Después de que el anillo de benceno se hidroxila en la superficie del ánodo, se oxida aún más y se abre el anillo, transformándose en ácidos orgánicos de molécula pequeña, y finalmente se mineraliza en CO₂ y H₂O. El proceso de apertura de anillo oxidativa del fenol elimina completamente su toxicidad de penetración de membrana celular para los microorganismos. Cianuro (CN⁻): Se oxida directamente a cianato (CN⁻→CNO⁻) en el ánodo. El cianato se hidroliza aún más en amoníaco y carbonato, y su alta toxicidad se elimina por completo. Compuestos heterocíclicos (piridina, quinolina, carbazol, indol, etc.): El heterociclo que contiene nitrógeno se abre directamente en la superficie del ánodo. El N se libera del anillo y se convierte en NH₃ o N₂. La estructura del sistema de anillo se destruye y la biotoxicidad se reduce considerablemente. Hidrocarburos aromáticos policíclicos (naftaleno, antraceno, fenantreno, etc.): El sistema de anillo aromático se oxida gradualmente y se abre en la superficie del ánodo. La estructura de condensación macromolecular se descompone en sustancias degradables de molécula pequeña.

(2) Electro-oxidación indirecta La electrólisis del agua en el ánodo produce radicales hidroxilo (·OH). Al mismo tiempo, se genera cloro activo (Cl₂, H₂O) por electrólisis de iones cloruro presentes de forma natural en las aguas residuales de coquización. OCl, OCl⁻): Los radicales hidroxilo realizan ataques oxidativos no selectivos sobre diversos compuestos orgánicos recalcitrantes, mostrando especialmente efectos significativos de apertura de anillo en hidrocarburos aromáticos policíclicos y compuestos heterocíclicos. El cloro activado se difunde aún más en la solución, oxidando rápidamente el nitrógeno amoniacal, al mismo tiempo que complementa la oxidación de compuestos orgánicos que no han entrado en contacto directo con el ánodo.

(3) Eliminación por oxidación de nitrógeno amoniacal: La concentración de nitrógeno amoniacal en las aguas residuales de coquización es alta, y la eliminación electroquímica se logra a través de una vía de oxidación indirecta: Los iones cloruro se electrolizan en el ánodo para generar cloro activado. El cloro activado oxida rápidamente el nitrógeno amoniacal a gas nitrógeno. Los iones cloruro se regeneran y circulan en la reacción, participando continuamente en la oxidación del nitrógeno amoniacal. La tasa de eliminación de nitrógeno amoniacal puede alcanzar el 80%~99%.

(4) Eliminación conjunta de DQO y mejora de la biodegradabilidad: Después de la oxidación directa e indirecta, los compuestos orgánicos aromáticos y heterocíclicos macromoleculares en las aguas residuales de coquización experimentan: apertura de anillos aromáticos/heterocíclicos → ruptura de cadenas de macromoléculas → conversión en ácidos orgánicos de molécula pequeña, alcoholes, aldehídos, etc. Estas moléculas orgánicas pequeñas pueden ser utilizadas por microorganismos en la detección de DQO₅, aumentando así la DQO₅; al mismo tiempo, parte de la materia orgánica se mineraliza completamente en CO₂, provocando la disminución de la DQO. La relación B/C aumenta de 0.10~0.20 a más de 0.35, proporcionando una fuente de carbono biodegradable de alta calidad para los sistemas bioquímicos posteriores.

IV. Ventajas principales (dirigidas a aguas residuales de coquización)

V. Parámetros técnicos (personalizables)

VI. Ubicación del proceso

Opción 1: Pretratamiento y desintoxicación antes del procesamiento bioquímico

Aguas residuales de coquización → Eliminación de aceite y sedimentación (eliminación de alquitrán y SS) → Equipo de tratamiento electroquímico (eliminación de fenoles, cianuros, compuestos heterocíclicos y mejora de la relación B/C) → Tanque intermedio/Tanque de ecualización → Sistema bioquímico → Tanque de sedimentación secundaria → Descarga que cumple los estándares

Explicación: Esta es la configuración de aplicación más crítica y central en el tratamiento de aguas residuales de coquización. La unidad de desintoxicación electroquímica se coloca antes del sistema bioquímico, asumiendo las funciones principales de "descomposición oxidativa de fenoles/cianuros/compuestos heterocíclicos + mejora de la relación B/C". Si las aguas residuales de coquización sin desintoxicación electroquímica entran directamente en el sistema bioquímico, los microorganismos estarán en un estado de inhibición tóxica a largo plazo, lo que provocará una operación extremadamente inestable del sistema. Después de la desintoxicación, la tasa de eliminación de DQO de la etapa bioquímica mejora significativamente, y el sistema opera de manera estable durante todo el año, sin verse afectado por las fluctuaciones en la toxicidad del afluente.

Opción 2: Tratamiento bioquímico avanzado del efluente

Aguas residuales de coquización → Pretratamiento → Sistema bioquímico → Tanque de sedimentación secundaria → Sistema de tratamiento electroquímico (eliminación de DQO residual y color) → Descarga que cumple los estándares

Opción 3: Pre-desintoxicación bioquímica + Tratamiento avanzado post-bioquímico

Aguas residuales de coquización → Pretratamiento → Sistema de tratamiento electroquímico (Pre-bioquímico) → Sistema bioquímico → Unidad de tratamiento electroquímico avanzado (Post-bioquímico) → Descarga que cumple los estándares/Reutilización

Nota: Para plantas de tratamiento de aguas residuales de coquización de nueva construcción o proyectos de mejora integral, se instala una unidad electroquímica antes y después del tratamiento bioquímico. El extremo frontal es responsable de la desintoxicación y la mejora de la biodegradabilidad, asegurando un tratamiento bioquímico estable y eficiente; el extremo posterior es responsable de la eliminación avanzada de la DQO residual y el color, asegurando el cumplimiento estable del efluente. Las dos unidades electroquímicas trabajan juntas, haciendo que el sistema de tratamiento de aguas residuales de coquización sea más resistente a los choques, con el efluente más estable y los costos operativos óptimos. Aunque la inversión en equipos es ligeramente mayor que en una configuración de unidad única, la fiabilidad del sistema bioquímico y la certeza del cumplimiento del efluente final mejoran significativamente, lo que resulta en la mejor relación costo-efectividad general.