Thiết bị xử lý nước thải điện hóa, dùng để xử lý nước thải hóa dầu.

I. Tổng quan sản phẩm

Nước thải hóa dầu chủ yếu bắt nguồn từ hai lĩnh vực lớn: lọc dầu và hóa dầu (etylen, hydrocacbon thơm, nhựa tổng hợp, sợi tổng hợp, cao su tổng hợp, v.v.). Đây là loại nước thải công nghiệp điển hình với đặc trưng là lưu lượng lớn, thành phần phức tạp và độ khó xử lý cao. Các đặc tính chất lượng nước bao gồm: chủng loại nước thải đa dạng (bao gồm nước thải công nghệ, nước thải nhiễm dầu, nước thải chứa lưu huỳnh, nước thải kiềm, nước xả hệ thống nước tuần hoàn và nước thải sinh hoạt), nồng độ COD cao, lượng lớn chất hữu cơ gốc dầu mỏ/hydrocacbon, các chất độc hại như phenol, sunfua, nitơ amoniac và xyanua, cùng các chất hữu cơ khó phân hủy (hydrocacbon thơm đa vòng, hợp chất dị vòng, monome polyme, v.v.), khả năng phân hủy sinh học nhìn chung thấp (tỷ lệ B/C từ 0,15~0,30), và có sự dao động lớn về chất lượng cũng như lưu lượng nước do sự khác biệt về loại dầu thô và phương pháp chế biến.

Các quy trình xử lý nước thải hóa dầu truyền thống thường đi theo lộ trình "tách dầu → tuyển nổi → xử lý sinh học → xử lý nâng cao." Tuy nhiên, trong thực tế, phương pháp này từ lâu đã phải đối mặt với các thách thức sau: 1. Các chất chứa dầu gây cản trở hệ thống xử lý sinh học—ngay cả sau khi tách dầu và tuyển nổi, dầu nhũ hóa và dầu hòa tan còn sót lại vẫn tồn tại, dẫn đến việc suy giảm hoạt tính của bùn hoạt tính và suy giảm khả năng lắng theo thời gian. 2. Các chất hữu cơ khó phân hủy rất khó loại bỏ bằng phương pháp sinh học—hydrocacbon thơm đa vòng, hợp chất dị vòng và monome polyme có khả năng chống chịu cao đối với vi sinh vật, làm hạn chế hiệu suất loại bỏ các COD này trong giai đoạn xử lý sinh học. 3. Hệ thống xử lý sinh học bị ức chế bởi cả sunfua và nitơ amoniac—sunfua và amoniac tự do ức chế cả vi khuẩn nitrat hóa lẫn vi khuẩn dị dưỡng, dẫn đến hiệu suất của hệ thống xử lý sinh học thấp. 4. Hiệu quả xử lý sinh học giảm khi độ mặn của nước thải tăng—mặc dù nước thải hóa dầu không quá khắc nghiệt như nước thải hóa chất tinh khiết, một số dòng thải vẫn chứa lượng muối đáng kể. Hiệu suất loại bỏ có thể chỉ đạt 2%~5%, gây ức chế các quá trình sinh hóa thông thường. Nhiệt độ thấp vào mùa đông làm giảm hiệu quả nitrat hóa sinh hóa, dẫn đến tỷ lệ loại bỏ nitơ amoniac thấp hơn và nguy cơ cao nitơ amoniac trong nước thải đầu ra vượt tiêu chuẩn. Nhu cầu tái sử dụng nước thải ngày càng tăng—nước xả từ hệ thống tuần hoàn và một số nước thải sau xử lý đạt chuẩn cần được tái sử dụng, nhưng các quy trình hiện tại không thể đảm bảo sự ổn định lâu dài của chất lượng nước tái sử dụng. Hệ thống này ứng dụng công nghệ oxy hóa điện hóa, có thể tích hợp linh hoạt vào nhiều giai đoạn của quy trình xử lý nước thải hóa dầu:

Đối với nước thải tổng hợp sau tách dầu-nước và tuyển nổi—xử lý trực tiếp nước thải chứa dầu dư, phenol, sunfua và chất hữu cơ khó phân hủy, oxy hóa và phân hủy các chất độc hại trong vòng 1~2 giờ, loại bỏ dầu nhũ hóa và dầu hòa tan, đồng thời phân hủy mở vòng hydrocacbon thơm đa vòng. Tỷ lệ B/C được nâng từ 0,15~0,20 lên trên 0,30, tạo điều kiện đầu vào an toàn và dễ phân hủy sinh học cho các hệ thống sinh hóa tiếp theo.

Đối với xử lý nâng cao nước thải sau xử lý sinh hóa—loại bỏ triệt để COD còn sót lại (polyme khó phân hủy, sản phẩm mở vòng hydrocacbon thơm đa vòng, v.v.), nitơ amoniac và độ màu từ nước thải sinh hóa, đạt chuẩn tái sử dụng một cách ổn định.

Đối với nước thải nhũ tương dầu, hệ thống này phá nhũ và oxy hóa hiệu quả để loại bỏ dầu và COD, giải quyết triệt để vấn đề hiệu quả xử lý kém của phương pháp tuyển nổi khí + xử lý sinh học thông thường đối với dầu nhũ hóa.

Đối với hệ thống xả thải và tái sử dụng nước tuần hoàn, hệ thống này loại bỏ COD, nitơ amoniac và vi sinh vật trước khi tái sử dụng nước trong hệ thống nước làm mát tuần hoàn, đạt được mục tiêu sử dụng tuần hoàn theo bậc và thu hồi tài nguyên nước.

Toàn bộ quá trình chỉ tiêu thụ điện năng, không thêm bất kỳ hóa chất nào (chất phá nhũ, chất keo tụ, chất oxy hóa), và không phát sinh các chất ô nhiễm thứ cấp như bùn hóa chất, bùn sắt hay than bão hòa hấp phụ. Các điện cực được thiết kế để chống bám bẩn dầu, thích ứng với các điều kiện vận hành phức tạp của nước thải nhiễm dầu. Thiết bị vận hành ở nhiệt độ và áp suất thường (0~40℃), không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi mùa và nhiệt độ.

II. Những khó khăn trong xử lý nước thải hóa dầu và giải pháp của thiết bị này

III. Nguyên lý hoạt động

Sau các bước tiền xử lý như tách dầu và tuyển nổi để loại bỏ dầu nổi và phần lớn chất rắn lơ lửng, nước thải hóa dầu đi vào bể phản ứng điện hóa, nơi các phản ứng làm sạch sau đây diễn ra dưới tác dụng của các điện cực:

(1) Oxy hóa điện hóa trực tiếp

Các chất ô nhiễm đặc trưng trong nước thải hóa dầu bị oxy hóa trực tiếp trên bề mặt cực dương:

Chất hữu cơ dầu mỏ/hydrocacbon (ankan, xycloankan, hydrocacbon thơm, v.v.): Các chuỗi cacbon dài và xycloankan dần bị oxy hóa và bẻ gãy trên bề mặt cực dương, chuyển hóa thành các axit hữu cơ và rượu phân tử nhỏ, cuối cùng được khoáng hóa thành CO₂ và H₂O

Chất thơm đa vòng (naphtalen, antraxen, phenanthren, pyren, v.v.): Hệ thống vòng thơm dần bị oxy hóa và mở vòng trên bề mặt cực dương, các cấu trúc đa vòng được mở thành các chất hữu cơ đơn vòng hoặc phân tử nhỏ, loại bỏ độc tính sinh học

Hợp chất phenol (phenol, cresol, xylenol, v.v.): Các vòng benzen dần bị oxy hóa và mở vòng trên bề mặt cực dương, các cấu trúc đa vòng được mở thành các chất hữu cơ đơn vòng hoặc phân tử nhỏ, loại bỏ độc tính sinh học

Hợp chất phenol (phenol, cresol, xylenol, v.v.): Vòng benzen được mở trên bề mặt cực dương, chuyển hóa cấu trúc đa vòng thành các chất hữu cơ đơn vòng hoặc phân tử nhỏ. Sau khi hydroxyl hóa, bề mặt cực dương tiếp tục oxy hóa và mở vòng, chuyển hóa thành các axit hữu cơ phân tử nhỏ. Hợp chất dị vòng (chứa dị vòng N/S/O): Dị vòng bị oxy hóa và mở vòng trên bề mặt cực dương, làm giảm đáng kể độc tính sinh học. Sunfua (S²⁻): Bị oxy hóa trực tiếp thành ion sunfat (S²⁻→SO₄²⁻) tại cực dương, loại bỏ sự ức chế độc hại đối với vi sinh vật.

(2) Oxy hóa điện hóa gián tiếp: Quá trình điện phân nước tại cực dương sinh ra các gốc hydroxyl (·OH), đồng thời tận dụng các ion clorua tự nhiên có trong nước thải (nước thải hóa dầu chứa Cl⁻) để tạo ra clo hoạt tính (Cl₂, HOCl, OCl⁻), bổ trợ quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm không thể tiếp xúc trực tiếp với cực dương, đặc biệt cho thấy hiệu quả oxy hóa rõ rệt đối với dầu hòa tan và các chất hữu cơ khó phân hủy.

(3) Phá nhũ và loại bỏ dầu nhũ hóa: Các hạt dầu nhũ hóa trong nước thải nhiễm dầu mang điện tích âm trên bề mặt, tạo thành trạng thái nhũ tương bền vững, rất khó loại bỏ hoàn toàn bằng phương pháp tuyển nổi khí thông thường. Trong bể phản ứng điện hóa: Các bọt khí siêu mịn và điện trường sinh ra do quá trình oxy hóa cực dương làm thay đổi thế bề mặt của các giọt dầu nhũ hóa, lớp điện kép bị nén lại, các giọt dầu ở trạng thái nhũ tương không bền kết tụ và nổi lên, chất hữu cơ dầu hòa tan bị oxy hóa và khoáng hóa, và hàm lượng dầu trong nước thải đầu ra có thể giảm xuống dưới 1~3 mg/L.

(4) Oxy hóa đồng thời nitơ amoniac và sunfua: Clo hoạt tính oxy hóa nitơ amoniac thành khí nitơ (2NH₃+3HOCl→N₂+3Cl⁻+3H₂O), và tỷ lệ loại bỏ nitơ amoniac có thể đạt từ 80%~95%. Sunfua được oxy hóa trực tiếp thành sunfat tại cực dương, loại bỏ hoàn toàn độc tính của chúng.

(5) Giảm COD và cải thiện khả năng phân hủy sinh học: Hiệu ứng hiệp đồng của quá trình oxy hóa trực tiếp và gián tiếp làm mở vòng và bẻ gãy liên kết của các chất hữu cơ khó phân hủy đại phân tử thành các chất phân tử nhỏ dễ phân hủy, và tỷ lệ B/C tăng từ 0,15~0,20 lên trên 0,30; một số chất hữu cơ được khoáng hóa hoàn toàn, giúp giảm trực tiếp COD và tạo điều kiện đầu vào thuận lợi cho hệ thống sinh hóa tiếp theo.

IV. Ưu điểm cốt lõi (Dành riêng cho nước thải hóa dầu)

V. Thông số kỹ thuật (Có thể tùy chỉnh)

VI. Vị trí trong quy trình

Phương án 1: Tiền xử lý và khử độc trước quá trình xử lý sinh hóa

Nước thải hóa dầu (sau tách dầu và tuyển nổi) → Thiết bị tiền xử lý điện hóa (loại bỏ dầu dư, oxy hóa sunfua, mở vòng hydrocacbon thơm đa vòng và cải thiện tỷ lệ B/C) → Bể trung gian/Bể điều hòa → Hệ thống sinh hóa → Bể lắng thứ cấp → Xả thải đạt chuẩn

Giải thích: Cụm tiền xử lý điện hóa được bố trí sau công đoạn tách dầu và tuyển nổi và trước hệ thống sinh hóa, đảm nhận các chức năng toàn diện gồm "loại bỏ dầu + khử lưu huỳnh + giải độc + mở vòng + nâng cao B/C". Đây là sự đảm bảo then chốt cho quá trình xử lý tiền sinh hóa của nước thải hóa dầu—loại bỏ hiệu quả dầu nhũ hóa và dầu hòa tan còn sót lại sau khi tách dầu và tuyển nổi, oxy hóa sunfua vốn gây ức chế mạnh cho các quá trình sinh hóa, phân hủy mở vòng hydrocacbon thơm đa vòng, nâng cao đáng kể khả năng phân hủy sinh học, và đảm bảo sự vận hành ổn định, hiệu quả lâu dài của hệ thống sinh hóa tiếp theo.

Phương án 2: Xử lý nâng cao nước thải sau xử lý sinh học

Nước thải hóa dầu → Tiền xử lý → Hệ thống sinh học → Bể lắng thứ cấp → Cụm xử lý nâng cao bằng điện hóa (Loại bỏ COD và nitơ amoniac còn sót lại) → Xả thải đạt chuẩn/Tái sử dụng vào hệ thống nước tuần hoàn

Lưu ý: Đối với các doanh nghiệp đã có hệ thống sinh học nhưng nồng độ COD và nitơ amoniac đầu ra không thể đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải hiện hành, có thể bổ sung cụm xử lý nâng cao bằng điện hóa sau hệ thống sinh học. Không cần cải tạo hệ thống sinh học hiện hữu; nồng độ COD và nitơ amoniac sẽ được giảm xuống để đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải trực tiếp hoặc yêu cầu tái sử dụng.

Phương án 3: Xử lý chuyên biệt cho nước thải nhũ tương dầu

Nước thải nhũ tương dầu → Bể điều hòa → Thiết bị phá nhũ và tách dầu bằng điện hóa → Nước thải đầu ra

Phương án 4: Tiền xử lý nước thải cặn kiềm/độ mặn cao

Nước thải độ mặn cao/Nước thải cặn kiềm → Cụm xử lý nồng độ cao bằng điện hóa → Nước thải chảy vào hệ thống nước thải tích hợp/Hệ thống bay hơi

Lưu ý: Nước thải cặn kiềm và nước thải khử muối bằng điện có hàm lượng muối cao, COD cao và độc tính cao; xả trực tiếp vào hệ thống tích hợp sẽ gây sốc tải. Các cụm xử lý điện hóa có thể được sử dụng chuyên biệt để xử lý loại nước thải này theo mẻ, giúp giảm đáng kể COD và độc tính trước khi hòa nhập êm dịu vào toàn bộ hệ thống của nhà máy, tránh chi phí xử lý ngoài nhà máy tốn kém, đồng thời mang lại lợi ích kinh tế đáng kể.