อุปกรณ์บำบัดน้ำเสียด้วยไฟฟ้าสำหรับบำบัดน้ำเสียจากการผลิตโค้ก

I. ภาพรวมผลิตภัณฑ์

น้ำเสียจากการโค้กเป็นหนึ่งในน้ำเสียที่บำบัดได้ยากที่สุดในอุตสาหกรรมเคมีถ่านหิน มีต้นกำเนิดมาจากกระบวนการคาร์บอไนเซชัน (โค้ก) การทำให้บริสุทธิ์ของก๊าซ และการกู้คืนผลิตภัณฑ์เคมีที่อุณหภูมิสูงของถ่านหิน และส่วนใหญ่ประกอบด้วยน้ำแอมโมเนียตกค้าง น้ำเสียจากการระบายความร้อนขั้นสุดท้ายของก๊าซถ่านหิน น้ำเสียจากการแยกเบนซีนดิบ และน้ำเสียจากการบำบัดทาร์ ลักษณะคุณภาพน้ำทั่วไปคือ: ความเข้มข้นของ COD สูง ความเข้มข้นของไนโตรเจนแอมโมเนียสูง ปริมาณสารพิษที่ย่อยสลายยากสูง (ฟีนอล สารประกอบกลุ่มเบนซีน ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกโพลีไซคลิก สารประกอบเฮเทอโรไซคลิก เช่น ไพริดีน ควินอลีน คาร์บาโซล ฯลฯ) ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพต่ำมาก (BOD₅/COD โดยทั่วไป 0.10~0.20) ปริมาณไซยาไนด์และซัลไฟด์สูง ปริมาณน้ำมัน (ทาร์) และความผันผวนของปริมาณน้ำและคุณภาพน้ำมีมาก

การบำบัดน้ำเสียจากการโค้กเป็นความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญสำหรับวิสาหกิจโค้กมาเป็นเวลานาน เส้นทางกระบวนการแบบดั้งเดิมมักเป็นไปตามรูปแบบ "การบำบัดเบื้องต้น (การกำจัดน้ำมัน การกำจัดฟีนอล การกำจัดแอมโมเนีย) → การบำบัดทางชีวภาพ (A/O, A²/O, SBR ฯลฯ) → การบำบัดขั้นสูง" แต่เผชิญกับความท้าทายมากมายในการปฏิบัติงานจริง: ① สารประกอบฟีนอลิก ไซยาไนด์ และสารประกอบเฮเทอโรไซคลิก ยับยั้งหรือแม้กระทั่งฆ่าจุลินทรีย์ในระบบชีวภาพอย่างรุนแรง ทำให้เกิดการเป็นพิษและการพองตัวของสลัดจ์ที่เกิดขึ้นบ่อยครั้ง และการทำงานของระบบชีวภาพที่ไม่เสถียร; ② ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพต่ำมาก (B/C < 0.20) อัตราการกำจัด COD ในระยะชีวภาพจำกัด และ COD ในน้ำทิ้งต่ำกว่ามาตรฐานการปล่อยปัจจุบันมาก; ③ อุณหภูมิฤดูหนาวต่ำทำให้ประสิทธิภาพการไนตริฟิเคชันของระบบชีวภาพลดลงอย่างมากหรือแม้กระทั่งหยุดชะงัก ทำให้เกิดไนโตรเจนแอมโมเนียเกินมาตรฐานอย่างมีนัยสำคัญ ระบบนี้ใช้เทคโนโลยีการออกซิเดชันด้วยไฟฟ้าและสามารถรวมเข้ากับขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการบำบัดน้ำเสียจากการโค้กได้อย่างยืดหยุ่น โดยมีหน้าที่หลักดังต่อไปนี้:

สำหรับน้ำทิ้งจากการกำจัดฟีนอลหลังจากการกำจัดแอมโมเนีย: การออกซิเดชันและการย่อยสลายสารพิษโดยตรง เช่น ฟีนอล ไซยาไนด์ และสารประกอบเฮเทอโรไซคลิกในน้ำเสีย กำจัดความเป็นพิษทางชีวภาพได้อย่างสมบูรณ์ภายใน 1-2 ชั่วโมง อัตราส่วน B/C เพิ่มขึ้นจาก 0.10-0.20 เป็นมากกว่า 0.35 สร้างสภาวะน้ำเข้าที่ปลอดภัยและเสถียรสำหรับระบบชีวภาพที่ตามมา และป้องกันการล่มสลายของระบบเนื่องจากการกระแทกได้อย่างมีประสิทธิภาพ

สำหรับการบำบัดขั้นสูงของน้ำทิ้งทางชีวภาพ: การกำจัด COD ที่ตกค้าง (สารฮิวมิกที่ย่อยสลายยาก โพลีเมอร์อะโรมาติก ฯลฯ) และสีจากน้ำทิ้งทางชีวภาพอย่างล้ำลึก กำจัด COD และสีได้อย่างสมบูรณ์เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยที่เข้มงวดที่สุด

สำหรับการบำบัดน้ำเสียจากการดับ: หลังจากการกำจัด COD และสี น้ำเสียจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ในระบบการดับ ทำให้เกิดการหมุนเวียนแบบวงจรปิดของน้ำดับ และลดความเสี่ยงของการใช้น้ำจืดและการปนเปื้อนภายนอก

กระบวนการทั้งหมดใช้เพียงไฟฟ้า โดยไม่ต้องเติมสารเคมีใดๆ และไม่ก่อให้เกิดของเสียอันตราย เช่น สลัดจ์เหล็กหรือคาร์บอนที่อิ่มตัวด้วยการดูดซับ อิเล็กโทรดทนทานต่อการเกิดตะกรันและการปนเปื้อน และสามารถปรับให้เข้ากับคุณภาพน้ำที่ซับซ้อน เช่น ความกระด้างสูง ความเค็มสูง และปริมาณน้ำมันในน้ำเสียจากการโค้ก ทำงานที่อุณหภูมิและความดันปกติ (0~40℃) และไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลและอุณหภูมิ เป็นเทคโนโลยีหลักที่สำคัญเพื่อให้ได้การปฏิบัติตามข้อกำหนดที่เสถียรและการอัปเกรดน้ำเสียจากการโค้ก

II. ความยากลำบากในการบำบัดน้ำเสียจากการโค้กและวิธีแก้ปัญหาด้วยอุปกรณ์นี้

III. หลักการทำงาน

หลังจากการบำบัดเบื้องต้น เช่น การกำจัดน้ำมัน การตกตะกอน และการกำจัดแอมโมเนีย น้ำเสียจากการโค้กจะเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ไฟฟ้า ซึ่งจะเกิดปฏิกิริยาดังต่อไปนี้ภายใต้การทำงานของอิเล็กโทรด:

(1) การออกซิเดชันด้วยไฟฟ้าโดยตรง มลพิษที่เป็นพิษเฉพาะในน้ำเสียจากการโค้กจะถูกออกซิไดซ์โดยตรงบนพื้นผิวแอโนด: ฟีนอล (ฟีนอล ครีซอล แนฟทอล ฯลฯ): หลังจากการไฮดรอกซิเลตวงแหวนเบนซีนบนพื้นผิวแอโนด จะถูกออกซิไดซ์ต่อไปและเปิดวงแหวน เปลี่ยนเป็นกรดอินทรีย์โมเลกุลเล็ก และสุดท้ายจะถูกทำให้เป็นแร่ธาตุเป็น CO₂ และ H₂O กระบวนการเปิดวงแหวนออกซิเดชันของฟีนอลจะกำจัดความเป็นพิษต่อเยื่อหุ้มเซลล์ต่อจุลินทรีย์ได้อย่างสมบูรณ์ ไซยาไนด์ (CN⁻): จะถูกออกซิไดซ์โดยตรงเป็นไซยาเนต (CN⁻→CNO⁻) ที่แอโนด ไซยาเนตจะถูกไฮโดรไลซ์ต่อไปเป็นแอมโมเนียและคาร์บอเนต และความเป็นพิษสูงจะถูกกำจัดออกไปอย่างสมบูรณ์ สารประกอบเฮเทอโรไซคลิก (ไพริดีน ควินอลีน คาร์บาโซล อินโดล ฯลฯ): เฮเทอโรไซคลิกที่มีไนโตรเจนจะถูกเปิดวงแหวนโดยตรงบนพื้นผิวแอโนด N จะถูกปล่อยออกจากวงแหวนและเปลี่ยนเป็น NH₃ หรือ N₂ โครงสร้างระบบวงแหวนจะถูกทำลาย และความเป็นพิษทางชีวภาพจะลดลงอย่างมาก ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกโพลีไซคลิก (แนฟทาลีน แอนทราซีน ฟีแนนทรีน ฯลฯ): ระบบวงแหวนอะโรมาติกจะค่อยๆ ถูกออกซิไดซ์และเปิดวงแหวนบนพื้นผิวแอโนด โครงสร้างการควบแน่นโมเลกุลใหญ่จะถูกย่อยสลายเป็นสารที่ย่อยสลายได้โมเลกุลเล็ก

(2) การออกซิเดชันด้วยไฟฟ้าทางอ้อม การแยกน้ำด้วยแอโนดจะสร้างอนุมูลไฮดรอกซิล (·OH) ในขณะเดียวกัน คลอรีนที่ใช้งาน (Cl₂, H₂O) จะถูกสร้างขึ้นจากการแยกไอออนคลอไรด์ที่มีอยู่ตามธรรมชาติในน้ำเสียจากการโค้ก (OCl, OCl⁻): อนุมูลไฮดรอกซิลจะโจมตีสารประกอบอินทรีย์ที่ย่อยสลายยากต่างๆ ด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบไม่เลือก โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีผลในการเปิดวงแหวนอย่างมีนัยสำคัญต่อไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกโพลีไซคลิกและสารประกอบเฮเทอโรไซคลิก คลอรีนที่ใช้งานจะแพร่กระจายเข้าสู่สารละลายต่อไป ออกซิไดซ์ไนโตรเจนแอมโมเนียอย่างรวดเร็ว ในขณะเดียวกันก็เสริมการออกซิเดชันของสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่ได้สัมผัสกับแอโนดโดยตรง

(3) การกำจัดไนโตรเจนแอมโมเนียด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชัน: ความเข้มข้นของไนโตรเจนแอมโมเนียในน้ำเสียจากการโค้กสูง และการกำจัดด้วยไฟฟ้าจะทำได้ผ่านเส้นทางออกซิเดชันทางอ้อม: ไอออนคลอไรด์จะถูกแยกด้วยไฟฟ้าที่แอโนดเพื่อสร้างคลอรีนที่ใช้งาน คลอรีนที่ใช้งานจะออกซิไดซ์ไนโตรเจนแอมโมเนียอย่างรวดเร็วจนกลายเป็นก๊าซไนโตรเจน ไอออนคลอไรด์จะถูกสร้างขึ้นใหม่และหมุนเวียนในปฏิกิริยา โดยมีส่วนร่วมในการออกซิเดชันไนโตรเจนแอมโมเนียอย่างต่อเนื่อง อัตราการกำจัดไนโตรเจนแอมโมเนียสามารถสูงถึง 80%~99%

(4) การกำจัด COD พร้อมกันและการปรับปรุงความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ: หลังจากการออกซิเดชันโดยตรงและทางอ้อม สารประกอบอินทรีย์อะโรมาติกและเฮเทอโรไซคลิกโมเลกุลใหญ่ในน้ำเสียจากการโค้กจะเกิด: การเปิดวงแหวนอะโรมาติก/เฮเทอโรไซคลิก → การแตกสายโซ่โมเลกุลใหญ่ → การแปลงเป็นกรดอินทรีย์โมเลกุลเล็ก แอลกอฮอล์ อัลดีไฮด์ ฯลฯ โมเลกุลอินทรีย์ขนาดเล็กเหล่านี้สามารถนำไปใช้โดยจุลินทรีย์ในการตรวจวัด BOD₅ ได้ จึงเพิ่ม BOD₅ ในขณะเดียวกัน สารอินทรีย์บางส่วนจะถูกทำให้เป็นแร่ธาตุจนกลายเป็น CO₂ ทำให้ COD ลดลง อัตราส่วน B/C เพิ่มขึ้นจาก 0.10~0.20 เป็นมากกว่า 0.35 ซึ่งเป็นแหล่งคาร์บอนที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพคุณภาพสูงสำหรับระบบชีวเคมีที่ตามมา

IV. ข้อได้เปรียบหลัก (สำหรับน้ำเสียจากการโค้ก)

V. พารามิเตอร์ทางเทคนิค (ปรับแต่งได้)

VI. ตำแหน่งกระบวนการ

ตัวเลือกที่ 1: การบำบัดเบื้องต้นและการกำจัดพิษก่อนการบำบัดทางชีวภาพ

น้ำเสียจากการโค้ก → การกำจัดน้ำมันและการตกตะกอน (การกำจัดทาร์และ SS) → อุปกรณ์บำบัดด้วยไฟฟ้า (การกำจัดฟีนอล ไซยาไนด์ สารประกอบเฮเทอโรไซคลิก และการปรับปรุงอัตราส่วน B/C) → ถังพัก/ถังปรับสภาพ → ระบบชีวภาพ → ถังตกตะกอนทุติยภูมิ → การปล่อยน้ำทิ้งตามมาตรฐาน

คำอธิบาย: นี่คือการกำหนดค่าการใช้งานที่สำคัญและเป็นแกนหลักที่สุดในการบำบัดน้ำเสียจากการโค้ก หน่วยกำจัดพิษด้วยไฟฟ้าจะถูกวางไว้ก่อนระบบชีวภาพ โดยมีหน้าที่หลักคือ "การสลายตัวด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันของฟีนอล/ไซยาไนด์/สารประกอบเฮเทอโรไซคลิก + การปรับปรุงอัตราส่วน B/C" หากน้ำเสียจากการโค้กที่ไม่มีการกำจัดพิษด้วยไฟฟ้าเข้าสู่ระบบชีวภาพโดยตรง จุลินทรีย์จะอยู่ในสภาวะของการยับยั้งพิษในระยะยาว ส่งผลให้ระบบทำงานไม่เสถียรอย่างยิ่ง หลังจากการกำจัดพิษ อัตราการกำจัด COD ของระยะชีวภาพจะดีขึ้นอย่างมาก และระบบจะทำงานได้อย่างเสถียรตลอดทั้งปี โดยไม่ได้รับผลกระทบจากความผันผวนของความเป็นพิษของน้ำเข้า

ตัวเลือกที่ 2: การบำบัดขั้นสูงทางชีวภาพของน้ำทิ้ง

น้ำเสียจากการโค้ก → การบำบัดเบื้องต้น → ระบบชีวภาพ → ถังตกตะกอนทุติยภูมิ → ระบบบำบัดด้วยไฟฟ้า (การกำจัด COD และสีที่ตกค้าง) → การปล่อยน้ำทิ้งตามมาตรฐาน

ตัวเลือกที่ 3: การกำจัดพิษก่อนชีวภาพ + การบำบัดขั้นสูงหลังชีวภาพ

น้ำเสียจากการโค้ก → การบำบัดเบื้องต้น → ระบบบำบัดด้วยไฟฟ้า (ก่อนชีวภาพ) → ระบบชีวภาพ → หน่วยบำบัดขั้นสูงด้วยไฟฟ้า (หลังชีวภาพ) → การปล่อยน้ำทิ้งตามมาตรฐาน/นำกลับมาใช้ใหม่

หมายเหตุ: สำหรับโรงบำบัดน้ำเสียจากการโค้กที่สร้างขึ้นใหม่ หรือโครงการอัปเกรดที่ครอบคลุม จะมีการติดตั้งหน่วยไฟฟ้าหนึ่งหน่วยก่อนและหลังการบำบัดทางชีวภาพ ส่วนหน้าจะรับผิดชอบในการกำจัดพิษและปรับปรุงความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ เพื่อให้การบำบัดทางชีวภาพมีเสถียรภาพและมีประสิทธิภาพ ส่วนหลังจะรับผิดชอบในการกำจัด COD และสีที่ตกค้างขั้นสูง เพื่อให้การปล่อยน้ำทิ้งมีเสถียรภาพ หน่วยไฟฟ้าทั้งสองหน่วยทำงานร่วมกัน ทำให้ระบบบำบัดน้ำเสียจากการโค้กมีความยืดหยุ่นต่อการกระแทกมากที่สุด มีน้ำทิ้งที่เสถียรที่สุด และต้นทุนการดำเนินงานที่เหมาะสมที่สุด แม้ว่าการลงทุนในอุปกรณ์จะสูงกว่าการกำหนดค่าหน่วยเดียวเล็กน้อย แต่ความน่าเชื่อถือของระบบชีวภาพและความแน่นอนของการปล่อยน้ำทิ้งขั้นสุดท้ายจะดีขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้ต้นทุนโดยรวมดีที่สุด