Детальне пояснення процесу очищення стічних вод окисленням Фентона – адаптація типового сценарію та точне практичне керівництво

Процес окислення Фентона є основною передовою технологією окислення для очищення стійких органічних стічних вод. Він використовує каталіз іонів двовалентного заліза для генерації сильних окислювальних гідроксильних радикалів на місці з перекису водню, ефективно розкладаючи високотоксичні та погано біологічно розкладані органічні забруднювачі. Його можна використовувати як процес попередньої обробки для покращення здатності до біологічного розкладання стічних вод або як передовий процес очищення для забезпечення відповідності стічних вод стандартам скидання. Цей процес не має фіксованих універсальних значень, лише базовий діапазон параметрів. Оптимізація вимагає невеликих-тестів якості води. Він широко застосовний до п’яти типових промислових сценаріїв: хімічна, фармацевтична, друкарська та фарбувальна, фільтрація зі звалищ і целюлозно-паперове виробництво. Нижче наведено переглянуте та повне практичне керівництво.

Процес реакції Фентона складається з шести основних етапів: регулювання кислотності, змішування каталізатора, реакція окислення, нейтралізація та дегазація, відділення твердої-рідинної речовини та утилізація небезпечних відходів. Усі параметри відповідають специфікаціям анаеробної та вдосконаленої техніки окислення:

1. Етап регулювання кислотності: додають розбавлену сірчану кислоту, щоб відрегулювати pH стічної води до оптимального діапазону реакції від 3,0 до 4,0. Використовують механічне або гідравлічне перемішування протягом не менше 2 хвилин. Для досягнення автоматичного й точного контролю кислотності, що запобігає локалізованій над-кислотності чи над-лужності, передбачено онлайн-метр pH і насос-дозатор.

2. Стадія змішування каталізатора: розчин сульфату заліза додається як каталізатор. Концентрація розчину контролюється нижче 30 % і нижче 20 % за умов низьких-температур. Використовується режим сильного перемішування зі значенням градієнта швидкості G, контрольованим від 500 до 1000 секунд⁻¹, і перемішування виконується щонайменше 2 хвилини, щоб забезпечити повну та рівномірну дисперсію іонів двовалентного заліза у стічній воді.

3. Стадія реакції окислення: Безпосередньо додайте 30% промислового-основного розчину перекису водню без попереднього розведення чи розчинення. Співвідношення реагентів визначають виходячи з якості води. Під час стадії окислення використовується режим слабкого перемішування, при цьому значення градієнта швидкості G контролюється на рівні 50-70 секунд⁻¹, підтримуючи лише стан псевдозрідження осаду, щоб запобігти втраті гідроксильного радикалу. Час гідравлічного утримання становить 4-8 годин для попередньої обробки та 2-6 годин для розширеної обробки. Реакційна ємність виготовлена ​​з нержавіючої сталі 316L з покриттям із скляних пластівців на внутрішній стінці для захисту від корозії.

4. Стадія нейтралізації та дегазації: додайте розчин гідроксиду натрію або карбонату натрію, щоб відрегулювати pH стічної води до 7,0-8,0. Після ретельного перемішування стічні води надходять у дегазаційний резервуар для видалення розчиненого кисню, що утворюється під час реакції. Час гідравлічного утримання в резервуарі для дегазації становить не менше 15 хвилин, а співвідношення газ-до води не менше 5:1.

5. Відокремлення твердої-рідкої речовини: відокремте залізний шлам від чистої води за допомогою відстійників або флотаційних резервуарів. Якщо ефект розділення незадовільний, додайте 100-200 мг/л поліалюміній хлориду та 3-5 мг/л поліакриламіду, щоб посилити ефект осідання зважених твердих речовин і залізного шламу.

6. Утилізація залізного шламу: залізний шлам, що утворюється в результаті реакції Фентона, класифікується як небезпечні відходи HW22. Його необхідно згустити, зневоднити за допомогою пластинчастого та каркасного фільтр-преса, а потім утилізувати відповідно до правил кваліфікованим підрозділом з обробки небезпечних відходів. Випадкове скидання та скидання суворо заборонено.

1. Хімічні стічні води (фенольні, бензольні, галогеновані вуглеводні стічні води)

Основними характеристиками цієї стічної води є концентрація ГПК 1000-5000 мг/л, що містить феноли, сполуки бензольного ряду, галогеновані вуглеводні та інші стійкі органічні речовини. Коефіцієнт здатності до біологічного розкладу становить менше 0,2, демонструючи надзвичайно високу біологічну токсичність. Пряме біологічне очищення не може відповідати нормам. Процес позиціонується як попередня обробка з основною метою підвищення коефіцієнта біорозкладаності вище 0,3. Оптимальними параметрами є: масове співвідношення перекису водню до ХПК від 1,5 до 2,0:1, масове співвідношення перекису водню до іонів двовалентного заліза від 3 до 5:1, час гідравлічного утримування від 4 до 6 годин, рН реакції від 3,0 до 3,5. Основні робочі моменти: для фенольних стічних вод перекис водню слід додавати в два-три етапи, щоб уникнути локального надмірного окислення; для галогенованих вуглеводневих стічних вод дозування іонів двовалентного заліза можна відповідно збільшити для посилення ефекту каталітичного окислення.

2. Фармацевтичні стічні води (антибіотики, фармацевтичні проміжні стічні води)

Основними характеристиками цих стічних вод є їх складний склад, концентрація ХПК від 800 до 3000 мг/л із великими коливаннями, наявність антибіотиків, гетероциклічних органічних сполук і надзвичайно висока біотоксичність, а також високий рівень неорганічних іонів, таких як хлорид- і сульфат-іони. Процес позиціонується як подвійний-режимний підхід попередньої обробки та розширеної обробки. Попередня обробка покращує здатність до біологічного розкладання, тоді як вдосконалена обробка видаляє залишкові забруднюючі речовини з біологічних стоків. Відповідні параметри такі: для етапу попередньої обробки масове співвідношення перекису водню до ХПК становить від 1,2 до 1,8:1, масове співвідношення перекису водню до іонів двовалентного заліза становить від 4 до 6:1, а час гідравлічного утримання становить від 3 до 5 годин; для розширеної стадії обробки масове співвідношення перекису водню до ХПК становить від 1,0 до 1,5:1, час гідравлічного утримання становить від 2 до 3 годин, а рН реакції становить від 3,0 до 3,5. Основні практичні моменти: для стічних вод з високим вмістом неорганічних іонів дозування перекису водню потрібно збільшити на 10%-20%, щоб протидіяти інгібуючому впливу іонів на реакцію; після попередньої обробки необхідно пройти процес підкислення гідролізом для подальшого покращення здатності до біологічного розкладання стічних вод.

3. Стічні води для фарбування та друку (стічні води з азо та антрахіноновими барвниками)

Основними характеристиками цих стічних вод є надзвичайно висока інтенсивність забарвлення, яка досягає сотні до тисяч разів вище, містить азо та антрахінонові барвники, концентрацію ГПК від 300 до 1000 мг/л і коефіцієнт біологічного розкладання менше 0,25. Інтенсивність кольору є основним контрольним показником. Деякі стічні води містять поверхнево-активні речовини, що ускладнює флокуляцію. Процес позиціонується як вдосконалена очистка, головною метою якої є видалення залишкового кольору та ХПК із біологічних стічних вод, щоб забезпечити відповідність стічних вод стандартам. Відповідними параметрами є: масове співвідношення перекису водню до COD від 1,0 до 1,5:1, масове співвідношення перекису водню до іонів заліза від 5 до 8:1, час гідравлічного утримування від 2 до 4 годин і pH реакції від 3,5 до 4,0. Основні практичні моменти включають відповідне збільшення дози іонів двовалентного заліза для посилення флокуляції та знебарвлення; для стічних вод, що містять поверхнево-активні речовини, дозу поліалюміній хлориду можна збільшити на стадії нейтралізації, щоб покращити ефективність відділення твердої-рідинної речовини.

4. Фільтрат зі звалищ (середня---пізня стадія фільтрації звалищ і сміттєспалювальних заводів)

Основними характеристиками цих стічних вод є концентрація ГПК від 800 до 5000 мг/л, коефіцієнт біологічного розкладання менше 0,2, наявність гумінових кислот, фульвокислот та інших стійких органічних речовин, а також високий вміст аміачного азоту, що робить їх типовими стічними водами з високим -складом. Процес позиціонується як вдосконалена очистка, інтегрована з MBR, A/O та іншими біологічними процесами для видалення залишків забруднюючих речовин у стічних водах. Оптимальними параметрами є: масове співвідношення перекису водню до ХПК від 1,8 до 2,0:1, масове співвідношення перекису водню до іонів заліза від 2 до 4:1, час гідравлічного утримування 6-8 годин, рН реакції 3,0-3,5. Ключові практичні моменти включають посилення процесу дегазації, щоб запобігти впливу розчиненого кисню на наступні процеси фільтрації; комбінований процес Fenton + аерований біологічний фільтр рекомендується для подальшого зниження ГПК стічних вод до прийнятної межі.

5. Целюлозно-паперова стічна вода (проміжна та кінцева вода)

Основними характеристиками цих стічних вод є наявність лігніну, целюлози та інших стійких органічних речовин; концентрація ГПК від 300 до 800 мг/л; високий колір; і високий вміст завислих речовин. Прямий скид може легко спричинити забруднення води. Процес може бути або попередньою обробкою, або розширеною обробкою. Попередня обробка проміжної води покращує її здатність до біологічного розкладання, тоді як поглиблена обробка кінцевої води усуває колір і залишковий ХПК. Відповідними параметрами є: масове співвідношення перекису водню до COD від 1,0 до 1,5:1, масове співвідношення перекису водню до іонів заліза від 4 до 6:1 і час гідравлічного утримування від 3 до 4 годин. Ключові практичні моменти включають додавання попередньої обробки коагуляції та седиментації на початку процесу для видалення зважених твердих частинок і запобігання адсорбції іонів двовалентного двоваленту та їх неефективності. Для проектів із суворими вимогами щодо витрат на реагенти та утворення осаду можна вибрати процес Фентона з киплячим шаром, щоб покращити використання реагентів і зменшити утворення осаду.

1. Точний контроль рН: рН необхідно контролювати між 3,0 і 4,0 під час стадії реакції окислення. Рівень рН нижче 3,0 пригнічує каталітичний цикл іонів двовалентного заліза, тоді як рН вище 4,0 спричиняє гідроліз іонів двовалентного заліза та утворення гідроксидних осадів, втрачаючи їх каталітичний ефект. Рівень рН під час стадії нейтралізації необхідно суворо контролювати в межах від 7,0 до 8,0, щоб відповідати вимогам щодо скидання.

2. Контроль поетапного перемішування: на етапі змішування реагентів використовується сильне перемішування, щоб забезпечити рівномірну дисперсію реагентів; слабке перемішування використовується під час стадії реакції окислення, щоб підтримувати лише псевдозрідження осаду, уникаючи сильного перемішування, яке може пошкодити гідроксильні радикали та знизити ефективність обробки.

3. Стандарти дозування реагентів: перекис водню додається безпосередньо за допомогою 30% промислового основного розчину, без необхідності розчинення або розведення; сульфат заліза готується і використовується негайно, і зберігається в герметичних контейнерах, щоб запобігти окисленню до іонів заліза, таким чином уникаючи повної втрати каталітичної активності під час звичайних процесів Фентона.

4. Контроль заважаючих іонів: Високі концентрації іонів хлориду, сульфату та фосфату пригнічують реакцію. Дозування реагентів необхідно скоригувати заздалегідь за допомогою невеликих-тестів або додати процес попередньої обробки для видалення заважаючих іонів.

5. Контроль температури реакції: оптимальна температура реакції становить 25-35 градусів. Температура вище 40 градусів прискорить спонтанний розпад перекису водню, значно знижуючи ефективність окислення; тому контроль температури є вирішальним.

Щодо зберігання реагентів, перекис водню слід зберігати подалі від світла та тепла, в герметичних контейнерах і тримати подалі від джерел тепла та легкозаймистих і вибухонебезпечних матеріалів; сульфат заліза слід зберігати в -захищеному від вологи та окислення місці; кислотні та лужні реагенти слід зберігати окремо, щоб запобігти змішуванню та потенційним безпечним реакціям. Щодо вибору обладнання, у реакційному резервуарі використовується нержавіюча сталь 316L з антикорозійним покриттям зі скляних пластівців, що підходить для сильних окисних середовищ; він оснащений онлайн-метром pH, високо-дозуючим насосом і витратоміром для досягнення автоматичного та точного дозування реагентів; він оснащений резервуаром для згущення шламу та пластинчасто-каркасним фільтр-пресом для завершення зневоднення та тимчасового зберігання залізного шламу, що відповідає вимогам попередньої -обробки небезпечних відходів.

Основними причинами низької ефективності очищення є відхилення pH від діапазону, надмірне перемішування в секції окислення та незбалансоване співвідношення реагентів. Рішення полягають у калібруванні рН-метра, зменшенні інтенсивності перемішування в секції окислення та повторній-оптимізації співвідношення реагентів за допомогою малих-тестів. Основними причинами поганого осідання чавунного шламу є надмірна кількість завислих речовин у передньому кінці або неправильне додавання коагулянту. Рішення полягають у посиленні попередньої обробки для видалення зважених твердих речовин і коригуванні дозування та методу додавання поліакриламіду. Основною причиною залишкового вмісту перекису водню в стічних водах є надмірне додавання окислювача. Рішення полягають у зменшенні дози перекису водню та відповідному подовженні часу реакції окислення.

Прийнятні вимоги до попереднього очищення: коефіцієнт біологічного розкладання стічних вод 0,3 або вище, а ступінь видалення ГПК від 40% до 60%. Прийнятні вимоги до вдосконаленої очистки: ХПК, колір і pH стічних вод відповідають відповідним галузевим стандартам викидів; концентрація завислих речовин Менше або дорівнює 30 мг/л; і повне відділення залізного шламу без втрат. Вимоги прийнятності для відповідності: повні записи про утилізацію небезпечних відходів чавуну; стабільна робота обладнання; точні та надійні автоматичні системи дозування та моніторингу параметрів.