Подробно обяснение на процеса на пречистване на отпадъчни води с окисляване на Fenton – адаптиране на типичен сценарий и точно практическо ръководство

Процесът на окисляване на Fenton е основна усъвършенствана окислителна технология за третиране на непокорни органични отпадъчни води. Той използва катализа на железни йони за генериране на силни окислителни хидроксилни радикали in situ от водороден пероксид, като ефективно разгражда силно токсични и слабо биоразградими органични замърсители. Може да се използва като процес на предварително третиране за подобряване на биоразградимостта на отпадъчните води или като усъвършенстван процес на третиране, за да се гарантира, че отпадъчните води отговарят на стандартите за заустване. Този процес няма фиксирани универсални стойности, а само основен диапазон на параметрите. Оптимизирането изисква малки-тестове за качеството на водата. Той е широко приложим за пет типични индустриални сценария: химическа, фармацевтична, печатарска и боядисваща, инфилтрат от сметища и производство на целулоза и хартия. Следното е преработеното и пълно практическо ръководство.

Реакционният процес на Fenton се състои от шест основни етапа: регулиране на киселината, смесване на катализатора, реакция на окисляване, неутрализация и обезгазяване, отделяне на твърдо-течно вещество и изхвърляне на опасни отпадъци. Всички параметри отговарят на техническите спецификации за анаеробно и усъвършенствано окисление:

1. Етап на регулиране на киселината: Добавя се разредена сярна киселина, за да се регулира рН на отпадъчните води до оптималния реакционен диапазон от 3,0 до 4,0. Използва се механично или хидравлично разбъркване за най-малко 2 минути. Осигурен е онлайн pH метър и дозираща помпа за постигане на автоматичен и прецизен киселинен контрол, предотвратяващ локализирана свръх-киселинност или свръх-алкалност.

2. Етап на смесване на катализатора: Добавя се разтвор на железен сулфат като катализатор. Концентрацията на разтвора се контролира под 30% и под 20% при ниски-температурни условия. Използва се режим на силно разбъркване, като стойността на градиента на скоростта G се контролира между 500 и 1000 секунди⁻¹, и разбъркването се извършва в продължение на поне 2 минути, за да се осигури пълно и равномерно разпръскване на железни йони в отпадната вода.

3. Етап на реакция на окисление: Директно добавете 30% промишлен-изходен разтвор на водороден пероксид без предварително разреждане или разтваряне. Съотношението на реагента се определя въз основа на качеството на водата. По време на етапа на окисление се използва режим на слабо разбъркване, като стойността на градиента на скоростта G се контролира на 50-70 секунди⁻¹, като се поддържа само състоянието на флуидизация на утайката, за да се предотврати загубата на хидроксилни радикали. Времето на хидравлично задържане е 4-8 часа за предварителна обработка и 2-6 часа за напреднала обработка. Реакционният резервоар е изработен от неръждаема стомана 316L с покритие от стъклени люспи на вътрешната стена за защита от корозия.

4. Етап на неутрализация и обезгазяване: Добавете разтвор на натриев хидроксид или натриев карбонат, за да регулирате pH на отпадъчните води до 7,0-8,0. След старателно разбъркване, отпадъчната вода влиза в дегазиращия резервоар за отстраняване на разтворения кислород, генериран по време на реакцията. Времето на хидравличното задържане в дегазиращия резервоар е не по-малко от 15 минути, а съотношението газ-към вода е не по-малко от 5:1.

5. Разделяне на твърдо-течно вещество: Отделете желязната утайка от чистата вода с помощта на резервоари за утаяване или флотационни резервоари. Ако ефектът на разделяне е незадоволителен, добавете 100-200 mg/L полиалуминиев хлорид и 3-5 mg/L полиакриламид, за да подобрите ефекта на утаяване на суспендирани твърди вещества и железни утайки.

6. Изхвърляне на железни утайки: Желязните утайки, произведени от реакцията на Фентън, се класифицират като опасни отпадъци HW22. Той трябва да бъде сгъстен, обезводнен с плоча и рамкова филтърна преса и след това изхвърлен в съответствие с разпоредбите от квалифицирано звено за третиране на опасни отпадъци. Случайното изхвърляне и изхвърляне са строго забранени.

1. Химически отпадъчни води (фенолни, бензенови, халогенирани въглеводородни отпадъчни води)

Основните характеристики на тези отпадъчни води са концентрация на COD от 1000-5000 mg/L, съдържащи феноли, съединения от бензеновия ред, халогенирани въглеводороди и други непокорни органични вещества. Неговият коефициент на биоразградимост е по-малък от 0,2, което показва изключително висока биологична токсичност. Директното биологично третиране не може да отговаря на стандартите. Процесът е позициониран като предварителна обработка, с основна цел повишаване на коефициента на биоразградимост до над 0,3. Оптималните параметри са: съотношение на масата на водороден прекис към COD от 1,5 до 2,0:1, съотношение на масата на водороден прекис към железни йони от 3 до 5:1, време на хидравлично задържане от 4 до 6 часа и рН на реакцията от 3,0 до 3,5. Ключови оперативни точки са: за фенолни отпадъчни води трябва да се добави водороден прекис на два до три етапа, за да се избегне локализирано свръхокисляване; за халогенирани въглеводородни отпадъчни води, дозата на железни йони може да бъде подходящо увеличена, за да се подобри каталитичният окислителен ефект.

2. Фармацевтични отпадъчни води (антибиотици, междинни фармацевтични отпадъчни води)

Основните характеристики на тази отпадъчна вода са нейният сложен състав, концентрация на ХПК от 800 до 3000 mg/L с големи колебания и наличието на антибиотици, хетероциклични органични съединения и изключително висока биотоксичност, заедно с високи нива на неорганични йони като хлоридни и сулфатни йони. Процесът се позиционира като подход с двоен-режим на предварителна обработка и усъвършенствана обработка. Предварителната обработка подобрява биоразградимостта, докато усъвършенстваната обработка премахва остатъчните замърсители от биологичните отпадъчни води. Подходящите параметри са както следва: За етапа на предварителна обработка масовото съотношение водороден пероксид към COD е 1,2 до 1,8:1, масовото съотношение водороден пероксид към железни йони е 4 до 6:1, а хидравличното време на задържане е 3 до 5 часа; за напредналия етап на третиране масовото съотношение на водороден пероксид към COD е 1,0 до 1,5:1, времето на хидравлично задържане е 2 до 3 часа, а рН на реакцията е 3,0 до 3,5. Ключови практически точки са: за отпадъчни води с високо съдържание на неорганични йони, дозата на водороден пероксид трябва да се увеличи с 10% до 20%, за да се противодейства на инхибиращия ефект на йоните върху реакцията; след предварителната обработка трябва да се следва процес на хидролизно подкисляване, за да се подобри допълнително биоразградимостта на отпадъчните води.

3. Отпадъчни води от боядисване и печатане (отпадъчни води от азо и антрахинонови багрила)

Основните характеристики на тази отпадъчна вода са изключително висок интензитет на цвета, достигащ стотици до хиляди пъти по-висок, съдържащ азо и антрахинонови багрила, концентрация на COD от 300 до 1000 mg/L и коефициент на биоразградимост по-малък от 0,25. Интензитетът на цвета е основният контролен индикатор. Някои отпадъчни води съдържат повърхностноактивни вещества, което затруднява флокулацията. Процесът е позициониран като усъвършенствано третиране, с основна цел премахване на остатъчния цвят и ХПК от биологичните отпадъчни води, за да се гарантира, че отпадъчните води отговарят на стандартите. Подходящи параметри са: съотношение на масата на водороден прекис към COD от 1,0 до 1,5:1, съотношение на масата на водороден прекис към железни йони от 5 до 8:1, хидравлично време на задържане от 2 до 4 часа и рН на реакцията от 3,5 до 4,0. Ключовите практически точки включват подходящо увеличаване на дозата на железни йони за подобряване на флокулацията и обезцветяването; за отпадъчни води, съдържащи повърхностноактивни вещества, дозировката на полиалуминиев хлорид може да се увеличи по време на етапа на неутрализация, за да се подобри ефективността на отделяне на твърди-течни вещества.

4. Инфилтрат от сметища (среден-до -късен етап от депата и инфилтрат от инсталации за изгаряне на отпадъци)

Основните характеристики на тази отпадъчна вода са концентрация на COD от 800 до 5000 mg/L, коефициент на биоразградимост по-малък от 0,2, наличие на хуминова киселина, фулвинова киселина и други неподатливи органични вещества и високо съдържание на амонячен азот, което я прави типична отпадъчна вода с висока-затрудненост. Процесът се позиционира като усъвършенствано пречистване, интегриращ се с MBR, A/O и други биологични процеси за отстраняване на остатъчните замърсители в отпадъчните води. Оптималните параметри са: съотношение на масата на водороден прекис към COD от 1,8 до 2,0:1, съотношение на масата на водороден прекис към железни йони от 2 до 4:1, време на хидравлично задържане от 6 до 8 часа и рН на реакцията от 3,0 до 3,5. Ключовите практически точки включват засилване на процеса на обезгазяване, за да се предотврати влиянието на разтворения кислород върху последващите филтриращи процеси; препоръчва се комбиниран процес на Fenton + аериран биологичен филтър за по-нататъшно намаляване на COD в отпадъчните води до приемлива граница.

5. Отпадъчни води от целулоза и хартия (междинни и остатъчни води)

Основните характеристики на тези отпадъчни води са наличието на лигнин, целулоза и други непокорни органични вещества; концентрация на ХПК от 300 до 800 mg/L; висок цвят; и високо съдържание на суспендирани твърди вещества. Директното изхвърляне може лесно да причини замърсяване на водата. Процесът може да бъде или предварителна обработка, или напреднала обработка. Предварителната обработка на междинната вода подобрява нейната биоразградимост, докато усъвършенстваната обработка на долната вода премахва цвета и остатъчния COD. Подходящите параметри са: съотношение на масата водороден прекис към COD от 1,0 до 1,5:1, съотношение на масата на водороден прекис към железни йони от 4 до 6:1 и хидравлично време на задържане от 3 до 4 часа. Ключовите практически точки включват добавяне на коагулация и предварителна обработка за утаяване в предния край на процеса, за да се отстранят суспендираните твърди вещества и да се предотврати адсорбирането на железни йони и тяхната неефективност. За проекти със строги изисквания към разходите за реагенти и производството на утайки, може да бъде избран процес Fenton с кипящ слой, за да се подобри използването на реагентите и да се намали производството на утайки.

1. Прецизен контрол на рН: рН трябва да се контролира между 3,0 и 4,0 по време на етапа на окислителната реакция. pH под 3,0 ще инхибира каталитичния цикъл на железните йони, докато pH над 4,0 ще доведе до хидролизиране на железни йони и образуване на хидроксидни утайки, губейки своя каталитичен ефект. pH по време на етапа на неутрализация трябва да се контролира стриктно между 7,0 и 8,0, за да отговаря на изискванията за изпускане.

2. Контрол на поетапното разбъркване: Използва се силно разбъркване по време на етапа на смесване на реагента, за да се осигури равномерно разпръскване на реагента; слабо разбъркване се използва по време на етапа на реакцията на окисление, за да се поддържа само флуидизацията на утайката, като се избягва силно разбъркване, което може да повреди хидроксилните радикали и да намали ефективността на обработката.

3. Стандарти за дозиране на реагенти: Водородният пероксид се добавя директно, като се използва 30% промишлен изходен разтвор, без необходимост от разтваряне или разреждане; железният сулфат се приготвя и използва незабавно и се съхранява в запечатани контейнери, за да се предотврати окисляването до железни йони, като по този начин се избягва пълната загуба на каталитична активност при конвенционалните процеси на Fenton.

4. Контрол на смущаващи йони: Високите концентрации на хлоридни, сулфатни и фосфатни йони ще инхибират реакцията. Дозировката на реагентите трябва да се коригира предварително чрез тестове в малък-мащаб или трябва да се добави процес на предварителна обработка за отстраняване на смущаващите йони.

5. Контрол на температурата на реакцията: Оптималната температура на реакцията е 25-35 градуса. Температури над 40 градуса ще ускорят спонтанното разлагане на водороден пероксид, значително намалявайки ефективността на окисляване; следователно контролът на температурата е от решаващо значение.

По отношение на съхранението на реагентите, водородният пероксид трябва да се съхранява далеч от светлина и топлина, в запечатани контейнери и да се пази далеч от източници на топлина и запалими и експлозивни материали; железният сулфат трябва да се съхранява по -устойчив на влага и окисляване-начин; киселинните и алкалните реагенти трябва да се съхраняват отделно, за да се предотврати смесване и потенциални реакции на безопасност. Що се отнася до избора на оборудване, резервоарът за реакция използва неръждаема стомана 316L с анти-корозионно покритие от стъклени люспи, подходящо за силно оксидиращи среди; оборудван е с онлайн рН метър, високо-прецизна дозираща помпа и разходомер за постигане на автоматично и точно дозиране на реагентите; той е оборудван с резервоар за сгъстяване на утайки и филтърна преса с плочи и рамки за завършване на обезводняването и временното съхранение на железни утайки, отговарящи на изискванията за предварително -третиране на опасни отпадъци.

Основните причини за ниската ефективност на обработката са отклонение на рН от обхвата, прекомерно разбъркване в секцията за окисляване и небалансирани съотношения на реагентите. Решенията са за калибриране на рН метъра, намаляване на интензитета на разбъркване в секцията за окисляване и повторно -оптимизиране на съотношението на реагента чрез тестове в малък-мащаб. Основните причини за лошото утаяване на желязната утайка са прекомерните суспендирани твърди вещества в предния край или неправилното добавяне на коагулант. Решенията са за засилване на предварителната обработка за отстраняване на суспендираните твърди вещества и коригиране на дозировката и метода на добавяне на полиакриламид. Основната причина за остатъчния водороден пероксид в отпадъчните води е прекомерното добавяне на окислител. Решенията са за намаляване на дозата на водороден пероксид и подходящо удължаване на времето за реакция на окисление.

Изискванията за приемане за предварително третиране са: коефициент на биоразградимост на отпадъчните води от 0,3 или по-висок и степен на отстраняване на ХПК от 40% до 60%. Изискванията за приемане за усъвършенствано пречистване са: ХПК, цвят и стойности на рН на отпадъчните води, отговарящи на съответните индустриални стандарти за емисии; концентрация на суспендирани твърди вещества По-малко или равно на 30 mg/L; и пълно отделяне на железни утайки без загуби. Изискванията за приемане за съответствие са: пълни записи за изхвърляне на утайки от опасни отпадъци от желязо; стабилна работа на оборудването; и точни и надеждни системи за автоматично дозиране и мониторинг на параметрите.