Išsamus Fenton oksidacijos nuotekų valymo proceso paaiškinimas – tipiškas scenarijaus pritaikymas ir tikslus praktinis vadovas

Fenton oksidacijos procesas yra pagrindinė pažangi oksidacijos technologija, skirta valyti nepalankias organines nuotekas. Jame naudojama geležies jonų katalizė, kad iš vandenilio peroksido in situ generuotų stiprius oksiduojančius hidroksilo radikalus, efektyviai skaidančius labai toksiškus ir mažai biologiškai skaidomus organinius teršalus. Jis gali būti naudojamas kaip išankstinio apdorojimo procesas, siekiant pagerinti nuotekų biologinį skaidymą, arba kaip pažangus valymo procesas, siekiant užtikrinti, kad nuotekos atitiktų išleidimo standartus. Šis procesas neturi fiksuotų universalių verčių, tik pagrindinį parametrų diapazoną. Norint optimizuoti, reikia atlikti nedidelio masto-vandens kokybės bandymus. Jis plačiai taikomas penkiems tipiškiems pramonės scenarijams: chemijos, farmacijos, spausdinimo ir dažymo, sąvartynų filtrato ir celiuliozės bei popieriaus gamybos. Toliau pateikiamas peržiūrėtas ir išsamus praktinis vadovas.

„Fenton“ reakcijos procesą sudaro šeši pagrindiniai etapai: rūgšties reguliavimo, katalizatoriaus maišymo, oksidacijos reakcijos, neutralizavimo ir degazavimo, kietųjų -skysčių atskyrimo ir pavojingų atliekų šalinimo. Visi parametrai atitinka anaerobines ir pažangias oksidacijos inžinerijos specifikacijas:

1. Rūgšties reguliavimo etapas: įpilama praskiestos sieros rūgšties, kad nuotekų pH sureguliuotų iki optimalaus reakcijos intervalo nuo 3,0 iki 4,0. Mažiausiai 2 minutes naudojamas mechaninis arba hidraulinis maišymas. Pateikiamas internetinis pH matuoklis ir dozavimo siurblys, užtikrinantis automatinį ir tikslų rūgščių kontrolę, užkertant kelią vietiniam per-rūgštingumui ar per dideliam-šarmumui.

2. Katalizatoriaus maišymo etapas: kaip katalizatorius pridedamas geležies sulfato tirpalas. Tirpalo koncentracija kontroliuojama žemiau 30 %, o esant žemai temperatūrai – mažesnė nei 20 %. Naudojamas stipraus maišymo režimas, kai greičio gradiento G reikšmė reguliuojama tarp 500 ir 1000 sekundžių⁻¹, maišoma mažiausiai 2 minutes, kad būtų užtikrinta visiška ir vienoda geležies jonų dispersija nuotekose.

3. Oksidacijos reakcijos etapas: tiesiogiai įpilkite 30 % pramoninio -rūšio vandenilio peroksido pradinio tirpalo, prieš tai neskiedus ar ištirpinus. Reagento santykis nustatomas pagal vandens kokybę. Oksidacijos stadijoje naudojamas silpnas maišymo režimas, kai greičio gradiento G reikšmė reguliuojama 50-70 sekundžių⁻1, išlaikant tik dumblo suskystinimo būseną, kad būtų išvengta hidroksilo radikalų praradimo. Hidraulinio sulaikymo laikas yra 4–8 valandos išankstiniam apdorojimui ir 2–6 valandos išplėstiniam apdorojimui. Reakcijos bakas pagamintas iš 316L nerūdijančio plieno su stiklo dribsnių danga ant vidinės sienelės apsaugai nuo korozijos.

4. Neutralizavimo ir degazavimo etapas: įpilkite natrio hidroksido arba natrio karbonato tirpalo, kad sureguliuotumėte nuotekų pH iki 7,0-8,0. Kruopščiai išmaišius, nuotekos patenka į degazavimo baką, kad pašalintų reakcijos metu susidarantį ištirpusį deguonį. Hidraulinio sulaikymo laikas degazavimo bake yra ne trumpesnis nei 15 minučių, o dujų ir vandens santykis yra ne mažesnis kaip 5:1.

5. Kieto{1}}skysčio atskyrimas: atskirkite geležies dumblą nuo švaraus vandens, naudodami nusodinimo arba flotacijos rezervuarus. Jei atskyrimo efektas nepatenkinamas, įpilkite 100-200 mg/l polialiuminio chlorido ir 3-5 mg/l poliakrilamido, kad sustiprintumėte skendinčių kietųjų dalelių ir geležies dumblo nusėdimo efektą.

6. Geležies dumblo šalinimas: Fenton reakcijos metu susidaręs geležies dumblas yra klasifikuojamas kaip HW22 pavojingos atliekos. Jis turi būti sutirštintas, nusausintas plokšteliniu ir rėminiu filtravimo presu, o po to pagal reglamentus išmestas kvalifikuotame pavojingų atliekų apdorojimo įrenginyje. Atsitiktinis išmetimas ir išmetimas yra griežtai draudžiami.

1. Cheminės nuotekos (fenolio, benzeno, halogenintų angliavandenilių nuotekos)

Pagrindinės šių nuotekų charakteristikos yra 1000-5000 mg/l ChDS koncentracija, kurioje yra fenolių, benzeno serijos junginių, halogenintų angliavandenilių ir kitų nepatogių organinių medžiagų. Jo biologinio skilimo koeficientas yra mažesnis nei 0,2, pasižymintis itin dideliu biologiniu toksiškumu. Tiesioginis biologinis apdorojimas negali atitikti standartų. Procesas yra paruošiamasis apdorojimas, kurio pagrindinis tikslas – padidinti biologinio skaidumo santykį iki 0,3. Optimalūs parametrai: vandenilio peroksido ir ChDS masės santykis nuo 1,5 iki 2,0:1, vandenilio peroksido ir geležies jonų masės santykis nuo 3 iki 5:1, hidraulinio sulaikymo laikas nuo 4 iki 6 valandų ir reakcijos pH nuo 3,0 iki 3,5. Pagrindiniai veikimo aspektai yra šie: fenolinėms nuotekoms vandenilio peroksidas turėtų būti pridedamas dviem ar trimis etapais, kad būtų išvengta vietinės per didelės oksidacijos; halogenintų angliavandenilių nuotekų atveju geležies jonų dozę galima atitinkamai padidinti, kad būtų sustiprintas katalizinis oksidacijos efektas.

2. Farmacijos nuotekos (antibiotikai, tarpinės farmacijos nuotekos)

Pagrindinės šių nuotekų savybės yra sudėtinga sudėtis, ChDS koncentracija nuo 800 iki 3000 mg/l su dideliais svyravimais, antibiotikų, heterociklinių organinių junginių buvimas ir itin didelis biotoksiškumas bei didelis neorganinių jonų, tokių kaip chlorido ir sulfato jonai, kiekis. Procesas yra dviejų-režimų – išankstinio ir pažangaus gydymo metodas. Išankstinis apdorojimas pagerina biologinį skaidumą, o pažangus apdorojimas pašalina teršalų likučius iš biologinių nuotekų. Tinkami parametrai yra tokie: pirminio apdorojimo etape vandenilio peroksido ir ChDS masės santykis yra 1,2–1,8:1, vandenilio peroksido ir geležies jonų masės santykis yra nuo 4 iki 6:1, o hidraulinio sulaikymo laikas yra 3–5 valandos; Išplėstinio apdorojimo etape vandenilio peroksido ir ChDS masės santykis yra 1,0–1,5:1, hidraulinio sulaikymo laikas yra 2–3 valandos, o reakcijos pH yra 3,0–3,5. Pagrindiniai praktiniai aspektai yra šie: nuotekoms, kuriose yra daug neorganinių jonų, vandenilio peroksido dozę reikia padidinti 10–20 %, kad būtų neutralizuotas slopinantis jonų poveikis reakcijai; po pirminio apdorojimo, siekiant dar labiau pagerinti nuotekų biologinį skaidomumą, reikia atlikti hidrolizės rūgštinimo procesą.

3. Dažymo ir spausdinimo nuotekos (Azo ir antrachinono dažų nuotekos)

Pagrindinės šių nuotekų savybės yra itin didelis spalvos intensyvumas, siekiantis šimtus ar tūkstančius kartų didesnis, turintis azo ir antrachinoninių dažų, ChDS koncentracija nuo 300 iki 1000 mg/L, o biologinio skaidumo koeficientas mažesnis nei 0,25. Spalvos intensyvumas yra pagrindinis valdymo indikatorius. Kai kuriose nuotekose yra aktyviųjų paviršiaus medžiagų, todėl flokuliacija apsunkinama. Procesas laikomas pažangiu valymu, kurio pagrindinis tikslas – pašalinti iš biologinių nuotekų likusią spalvą ir ChDS, kad nuotekos atitiktų standartus. Tinkami parametrai: vandenilio peroksido ir COD masės santykis nuo 1,0 iki 1,5:1, vandenilio peroksido ir geležies jonų masės santykis nuo 5 iki 8:1, hidraulinio sulaikymo laikas nuo 2 iki 4 valandų ir reakcijos pH nuo 3,5 iki 4,0. Pagrindiniai praktiniai dalykai yra tinkamas geležies jonų dozės padidinimas, siekiant pagerinti flokuliaciją ir spalvos praradimą; nuotekoms, kuriose yra aktyviųjų paviršiaus medžiagų, polialiuminio chlorido dozę galima padidinti neutralizavimo etape, kad padidėtų kietųjų -skysčių atskyrimo efektyvumas.

4. Sąvartynų filtratas (nuo vidurio- iki- vėlyvojo etapo sąvartynų ir deginimo įrenginių filtratas)

Pagrindinės šių nuotekų charakteristikos yra 800–5000 mg/l ChDS koncentracija, mažesnis nei 0,2 biologinio skaidumo koeficientas, humino rūgšties, fulvo rūgšties ir kitų nepatogių organinių medžiagų buvimas bei didelis amoniako azoto kiekis, todėl tai yra tipiškos didelio -sunkumo nuotekos. Procesas yra pažangus valymas, integruojantis su MBR, A/O ir kitais biologiniais procesais, siekiant pašalinti teršalų likučius iš nuotekų. Optimalūs parametrai: vandenilio peroksido ir ChDS masės santykis nuo 1,8 iki 2,0:1, vandenilio peroksido ir geležies jonų masės santykis nuo 2 iki 4:1, hidraulinio sulaikymo laikas nuo 6 iki 8 valandų ir reakcijos pH nuo 3,0 iki 3,5. Pagrindiniai praktiniai dalykai yra degazavimo proceso stiprinimas, kad ištirpęs deguonis nepaveiktų tolesnių filtravimo procesų; rekomenduojamas Fenton + aeruojamo biologinio filtro derinio procesas, siekiant dar labiau sumažinti nuotekų ChDS iki priimtinos ribos.

5. Plaušienos ir popieriaus nuotekos (tarpinės ir nuotekos)

Pagrindinės šių nuotekų savybės yra lignino, celiuliozės ir kitų nepatogių organinių medžiagų buvimas; ChDS koncentracija nuo 300 iki 800 mg/L; aukšta spalva; ir didelis suspenduotų kietųjų medžiagų kiekis. Tiesioginis išleidimas gali lengvai užteršti vandenį. Procesas gali būti išankstinis arba išplėstinis gydymas. Išankstinis tarpinio vandens apdorojimas pagerina jo biologinį skaidomumą, o pažangus užpakalinio vandens apdorojimas pašalina spalvą ir likutinį ChDS. Tinkami parametrai yra: vandenilio peroksido ir ChDS masės santykis nuo 1,0 iki 1,5:1, vandenilio peroksido ir geležies jonų masės santykis nuo 4 iki 6:1 ir hidraulinio sulaikymo laikas nuo 3 iki 4 valandų. Pagrindiniai praktiniai aspektai apima išankstinį koaguliacijos ir sedimentacijos apdorojimą proceso pradžioje, siekiant pašalinti suspenduotas kietąsias medžiagas ir užkirsti kelią geležies jonų adsorbavimui ir neveiksmingumui. Projektams, kuriems taikomi griežti reagentų sąnaudų ir dumblo gamybos reikalavimai, siekiant pagerinti reagento panaudojimą ir sumažinti dumblo gamybą, galima pasirinkti verdančio sluoksnio Fenton procesą.

1. Tiksli pH kontrolė: Oksidacijos reakcijos etape pH turi būti reguliuojamas tarp 3,0 ir 4,0. Žemesnis nei 3,0 pH slopina geležies jonų katalizinį ciklą, o aukštesnis nei 4,0 pH sukels geležies jonų hidrolizę ir susidarys hidroksido nuosėdos, prarasdami katalizinį poveikį. Neutralizacijos etape pH turi būti griežtai kontroliuojamas nuo 7,0 iki 8,0, kad atitiktų išleidimo reikalavimus.

2. Pakopinio maišymo kontrolė: Reagento maišymo etape naudojamas stiprus maišymas, kad būtų užtikrinta vienoda reagento dispersija; Oksidacijos reakcijos stadijoje naudojamas silpnas maišymas, siekiant palaikyti tik dumblo suskystėjimą, vengiant stipraus maišymo, kuris gali pažeisti hidroksilo radikalus ir sumažinti apdorojimo efektyvumą.

3. Reagento dozavimo standartai: vandenilio peroksidas pridedamas tiesiogiai naudojant 30 % pramoninį pradinį tirpalą, jo nereikia ištirpinti ar neskiesti; geležies sulfatas paruošiamas ir naudojamas nedelsiant bei laikomas sandariuose induose, kad būtų išvengta oksidacijos į geležies jonus, taip išvengiant visiško katalizinio aktyvumo praradimo įprastuose Fenton procesuose.

4. Trikdančių jonų kontrolė: didelė chlorido, sulfato ir fosfato jonų koncentracija slopina reakciją. Reagentų dozę reikia koreguoti iš anksto atliekant nedidelio masto-bandžius arba reikia pridėti išankstinio apdorojimo procesą, kad būtų pašalinti trukdantys jonai.

5. Reakcijos temperatūros kontrolė: Optimali reakcijos temperatūra yra 25-35 laipsniai. Aukštesnė nei 40 laipsnių temperatūra pagreitins spontanišką vandenilio peroksido skilimą, žymiai sumažindama oksidacijos efektyvumą; todėl temperatūros kontrolė yra labai svarbi.

Kalbant apie reagentų laikymą, vandenilio peroksidas turi būti laikomas atokiau nuo šviesos ir karščio, sandariuose induose ir atokiai nuo šilumos šaltinių bei degių ir sprogių medžiagų; geležies sulfatas turi būti laikomas drėgmei -atsparus ir oksidacijai-; rūgštiniai ir šarminiai reagentai turi būti laikomi atskirai, kad būtų išvengta susimaišymo ir galimų saugumo reakcijų. Kalbant apie įrangos pasirinkimą, reakcijos bake naudojamas 316 l nerūdijantis plienas su stiklo dribsnių antikorozine danga, tinkama stipriai oksiduojančiai aplinkai; jame yra internetinis pH matuoklis, didelio-tikslumo matavimo siurblys ir srauto matuoklis, kad būtų galima automatiškai ir tiksliai dozuoti reagentus; jame yra dumblo tirštinimo rezervuaras ir plokštelinis bei rėminis filtro presas, skirtas geležies dumblo nusausinimui ir laikinam saugojimui, atitinkantis išankstinio pavojingų atliekų-apdorojimo reikalavimus.

Pagrindinės žemo apdorojimo efektyvumo priežastys yra pH nukrypimas nuo diapazono, per didelis maišymas oksidacijos skyriuje ir nesubalansuoti reagentų santykiai. Tirpalai – kalibruoti pH matuoklį, sumažinti maišymo intensyvumą oksidacijos skyriuje ir iš naujo optimizuoti reagentų santykį-atliekant mažo masto bandymus. Pagrindinės prasto geležies dumblo nusėdimo priežastys yra skendinčių kietųjų dalelių perteklius priekinėje dalyje arba netinkamas koagulianto pridėjimas. Sprendimai yra sustiprinti išankstinį apdorojimą, kad būtų pašalintos suspenduotos kietosios medžiagos, ir koreguoti poliakrilamido pridėjimo dozę ir metodą. Pagrindinė vandenilio peroksido likučio nuotekose priežastis yra pernelyg didelis oksidantų kiekis. Sprendimai yra skirti sumažinti vandenilio peroksido dozę ir atitinkamai pailginti oksidacijos reakcijos laiką.

Priėmimo reikalavimai pirminiam apdorojimui yra šie: nuotekų biologinio skaidumo koeficientas yra 0,3 arba didesnis, o ChDS pašalinimo greitis yra nuo 40 % iki 60 %. Priėmimo reikalavimai pažangiam valymui yra šie: nuotekų ChDS, spalvos ir pH vertės, atitinkančios atitinkamus pramonės emisijos standartus; skendinčių kietųjų dalelių koncentracija mažesnė arba lygi 30 mg/L; ir visiškas geležies dumblo atskyrimas be nuostolių. Atitikties priėmimo reikalavimai yra šie: pilni pavojingų atliekų geležies dumblo šalinimo įrašai; stabilus įrangos veikimas; bei tikslios ir patikimos automatinės dozavimo ir parametrų stebėjimo sistemos.