Детаљно објашњење процеса пречишћавања отпадних вода оксидацијом Фентона – типично прилагођавање сценарија и прецизан практични водич

Фентонов процес оксидације је основна напредна оксидациона технологија за третман непослушне органске отпадне воде. Користи катализу жељезних јона за стварање јаких оксидирајућих хидроксилних радикала ин ситу из водоник пероксида, ефикасно разграђујући високо токсичне и слабо биоразградиве органске загађиваче. Може се користити као процес предтретмана да би се побољшала биоразградивост отпадних вода, или као напредни процес третмана како би се осигурало да ефлуент испуњава стандарде за испуштање. Овај процес нема фиксне универзалне вредности, већ само основни опсег параметара. Оптимизација захтева мале{4}}тестове квалитета воде. Широко је применљив на пет типичних индустријских сценарија: хемијски, фармацеутски, штампарски и фарбани, процедне воде на депонијама и производња целулозе и папира. Следи ревидирани и комплетан практични водич.

Процес Фентонове реакције се састоји од шест основних фаза: подешавање киселине, мешање катализатора, реакција оксидације, неутрализација и дегазација, одвајање чврсте{0}}течности и одлагање опасног отпада. Сви параметри су у складу са спецификацијама анаеробног и напредног оксидационог инжењеринга:

1. Фаза подешавања киселине: Разређена сумпорна киселина се додаје да би се пХ отпадне воде подесио на оптимални опсег реакције од 3,0 до 4,0. Механичко или хидраулично мешање се користи најмање 2 минута. Обезбеђени су онлајн пХ метар и пумпа за дозирање да би се постигла аутоматска и прецизна контрола киселине, спречавајући локализовану прекомерну-киселост или прекомерну-алкалност.

2. Фаза мешања катализатора: Као катализатор се додаје раствор гвожђе сулфата. Концентрација раствора се контролише испод 30%, а испод 20% у условима ниске{4}}температуре. Користи се режим јаког мешања, са вредностима градијента брзине Г који се контролише између 500 и 1000 секунди⁻¹, а мешање се изводи најмање 2 минута да би се обезбедила потпуна и уједначена дисперзија јона гвожђа у отпадној води.

3. Фаза реакције оксидације: Директно додајте 30% основног раствора водоник пероксида индустријског -чиста без претходног разблаживања или растварања. Однос реагенса се одређује на основу квалитета воде. Током фазе оксидације користи се режим слабог мешања, са вредношћу градијента брзине Г која се контролише на 50-70 секунди⁻¹, одржавајући само стање флуидизације муља да би се спречио губитак хидроксилних радикала. Време хидрауличног задржавања је 4-8 сати за претходни третман и 2-6 сати за напредни третман. Реакциони резервоар је направљен од нерђајућег челика 316Л са слојем стаклених љуспица на унутрашњем зиду за заштиту од корозије.

4. Фаза неутрализације и дегазације: Додајте раствор натријум хидроксида или натријум карбоната да подесите пХ отпадне воде на 7,0-8,0. Након темељног мешања, отпадна вода улази у резервоар за дегазацију да би се уклонио растворени кисеоник настао током реакције. Време хидрауличког задржавања у резервоару за отпуштање гаса није мање од 15 минута, а однос гаса{5}} према води није мањи од 5:1.

5. Чврсто-Одвајање течности: Одвојите муљ од гвожђа од чисте воде помоћу таложника или резервоара за флотацију. Ако је ефекат раздвајања незадовољавајући, додајте 100-200 мг/Л полиалуминијум хлорида и 3-5 мг/Л полиакриламида да бисте побољшали ефекат таложења суспендованих чврстих материја и гвожђа.

6. Одлагање гвозденог муља: Гвоздени муљ произведен Фентоновом реакцијом је класификован као ХВ22 опасан отпад. Мора бити згуснут, одводен помоћу плочастог и оквирног филтер преса, а затим одложен у складу са прописима од стране квалификоване јединице за третман опасног отпада. Насумично одлагање и пражњење су строго забрањени.

1. Хемијске отпадне воде (фенол, бензол, отпадне воде са халогеним угљоводоницима)

Основне карактеристике ове отпадне воде су концентрација ЦОД од 1000-5000 мг/Л, која садржи феноле, једињења серије бензена, халогенизоване угљоводонике и друге непослушне органске материје. Његов однос биоразградљивости је мањи од 0,2, што показује изузетно високу биолошку токсичност. Директан биолошки третман не може задовољити стандарде. Процес је позициониран као предтретман, са основним циљем повећања степена биоразградљивости на изнад 0,3. Оптимални параметри су: масени однос водоник-пероксида и ХПК од 1,5 до 2,0:1, масени однос водоник-пероксида и јона гвожђа од 3 до 5:1, хидраулично време задржавања од 4 до 6 сати и пХ реакције од 3,0 до 3,5. Кључне оперативне тачке су: за фенолне отпадне воде, водоник пероксид треба додати у две до три фазе да би се избегла локализована прекомерна оксидација; за отпадну воду халогенисаних угљоводоника, доза јона гвожђа може се на одговарајући начин повећати да би се побољшао ефекат каталитичке оксидације.

2. Фармацеутске отпадне воде (антибиотици, фармацеутске средње отпадне воде)

Основне карактеристике ове отпадне воде су њен сложени састав, концентрација ХПК од 800 до 3000 мг/Л са великим флуктуацијама и присуство антибиотика, хетероцикличних органских једињења и изузетно висока биотоксичност, заједно са високим нивоима неорганских јона као што су хлоридни и сулфатни јони. Процес је позициониран као приступ двоструког-приступа претходног и напредног третмана. Претходни третман побољшава биоразградљивост, док напредни третман уклања преостале загађиваче из биолошких ефлуента. Погодни параметри су следећи: За фазу претходног третмана, масени однос водоник-пероксида и ЦОД-а је 1,2 до 1,8:1, масени однос водоник-пероксида и гвоздених јона је 4 до 6:1, а хидраулично време задржавања је 3 до 5 сати; за напредну фазу третмана, масени однос водоник-пероксида и ХПК је 1,0 до 1,5:1, хидраулично време задржавања је 2 до 3 сата, а пХ реакције је 3,0 до 3,5. Кључне практичне тачке су: за отпадне воде са високим садржајем неорганских јона, дозу водоник-пероксида треба повећати за 10% до 20% да би се супротставило инхибиторном ефекту јона на реакцију; након претходног третмана, треба следити процес закисељавања хидролизом да би се даље побољшала биоразградивост отпадне воде.

3. Бојење и штампање отпадних вода (отпадне воде азо и антрахинон боје)

Основне карактеристике ове отпадне воде су изузетно висок интензитет боје, који достиже стотине до хиљаде пута већи, садржи азо и антрахинон боје, концентрацију ЦОД-а од 300 до 1000 мг/Л, и однос биоразградљивости мањи од 0,25. Интензитет боје је главни контролни индикатор. Неке отпадне воде садрже сурфактанте, што отежава флокулацију. Процес је позициониран као напредни третман, са основним циљем уклањања преостале боје и ЦОД-а из биолошке отпадне воде како би се обезбедило да ефлуент испуњава стандарде. Погодни параметри су: масени однос водоник-пероксида и ХПК од 1,0 до 1,5:1, масени однос водоник-пероксида и јона гвожђа од 5 до 8:1, хидраулично време задржавања од 2 до 4 сата и пХ реакције од 3,5 до 4,0. Кључне практичне тачке укључују одговарајуће повећање дозе јона гвожђа да би се побољшала флокулација и деколоризација; за отпадне воде које садрже површински активне материје, доза полиалуминијум хлорида се може повећати током фазе неутрализације да би се побољшала ефикасност одвајања чврстих{16}}течности.

4. Процедне воде са депоније (средње-до-процедне воде са депоније и постројења за спаљивање у касној фази)

Основне карактеристике ове отпадне воде су концентрација ЦОД-а од 800 до 5000 мг/Л, однос биоразградљивости мањи од 0,2, присуство хуминске киселине, фулво киселине и других непослушних органских материја, и висок садржај амонијачног азота, што је чини типичном отпадном водом великих{3}}отешкоћа. Процес је позициониран као напредни третман, који се интегрише са МБР, А/О и другим биолошким процесима за уклањање резидуалних загађивача у ефлуенту. Оптимални параметри су: масени однос водоник-пероксида и ХПК од 1,8 до 2,0:1, масени однос водоник-пероксида и јона гвожђа од 2 до 4:1, хидрауличко време задржавања од 6 до 8 сати и пХ реакције од 3,0 до 3,5. Кључне практичне тачке укључују јачање процеса дегазације како би се спречило да растворени кисеоник утиче на накнадне процесе филтера; препоручује се комбиновани процес Фентон + газирани биолошки филтер да би се даље смањио ЦОД ефлуента на прихватљиву границу.

5. Отпадне воде од целулозе и папира (средње и заостале воде)

Основне карактеристике ове отпадне воде су присуство лигнина, целулозе и друге непослушне органске материје; Концентрација ХПК од 300 до 800 мг/Л; висока боја; и висок садржај суспендованих материја. Директно пражњење може лако изазвати загађење воде. Процес може бити или претходни или напредни третман. Предтретман средње воде побољшава њену биоразградљивост, док напредни третман заостале воде уклања боју и заосталу ХПК. Погодни параметри су: масени однос водоник-пероксида и ХПК од 1,0 до 1,5:1, масени однос водоник-пероксида и гвожђевих јона од 4 до 6:1 и хидрауличко време задржавања од 3 до 4 сата. Кључне практичне тачке укључују додавање предтретмана коагулацијом и седиментацијом на предњем крају процеса како би се уклониле суспендоване чврсте материје и спречило да се јони гвожђа адсорбују и учине неефикасним. За пројекте са строгим захтевима у погледу трошкова реагенса и производње муља, Фентон процес са флуидизованим слојем се може изабрати да би се побољшало коришћење реагенса и смањила производња муља.

1. Прецизна пХ контрола: пХ се мора контролисати између 3,0 и 4,0 током фазе реакције оксидације. пХ испод 3,0 ће инхибирати каталитички циклус јона гвожђа, док ће пХ изнад 4,0 проузроковати хидролизу јона гвожђа и формирање преципитата хидроксида, губећи свој каталитички ефекат. пХ током фазе неутрализације мора бити строго контролисан између 7,0 и 8,0 да би се испунили захтеви за испуштање.

2. Степена контрола мешања: Снажно мешање се користи током фазе мешања реагенса да би се обезбедила уједначена дисперзија реагенса; слабо мешање се користи током фазе реакције оксидације да би се одржала само флуидизација муља, избегавајући јако мешање које може оштетити хидроксилне радикале и смањити ефикасност третмана.

3. Стандарди за дозирање реагенса: Водоник пероксид се додаје директно коришћењем 30% индустријског основног раствора, без потребе за растварањем или разблаживањем; гвожђе сулфат се припрема и користи одмах, и чува се у затвореним контејнерима како би се спречила оксидација до фери јона, чиме се избегава потпуни губитак каталитичке активности у конвенционалним Фентонов процесима.

4. Контрола интерферирајућих јона: Високе концентрације хлоридних, сулфатних и фосфатних јона ће инхибирати реакцију. Дозирање реагенса треба унапред да се прилагоди путем малих-тестова или треба додати процес претходног третмана да би се уклонили ометајући јони.

5. Контрола температуре реакције: Оптимална температура реакције је 25-35 степени. Температуре изнад 40 степени ће убрзати спонтано разлагање водоник пероксида, значајно смањујући ефикасност оксидације; стога је контрола температуре кључна.

Што се тиче складиштења реагенса, водоник-пероксид се мора чувати даље од светлости и топлоте, у затвореним контејнерима, и чувати даље од извора топлоте и запаљивих и експлозивних материјала; гвожђе сулфат мора да се складишти на начин отпоран на влагу-и оксидацију-; кисели и алкални реагенси треба чувати одвојено да би се спречило мешање и потенцијалне безбедносне реакције. Што се тиче избора опреме, реакциони резервоар користи нерђајући челик 316Л са премазом против корозије од стаклених љуспица, погодним за окружења са јаким оксидацијом; Опремљен је пХ метром на мрежи, високо{5}}прецизном пумпом за мерење и мерачем протока за постизање аутоматског и тачног дозирања реагенса; опремљен је резервоаром за згушњавање муља и филтер пресом са плочама и оквиром за завршетак одводње и привременог складиштења муља од гвожђа, испуњавајући захтеве за пред-третман опасног отпада.

Главни разлози за ниску ефикасност третмана су одступање пХ од опсега, прекомерно мешање у оксидационој секцији и неуравнотежени односи реагенса. Решења су да се калибрише пХ метар, смањи интензитет мешања у одељку за оксидацију и поново-оптимизује однос реагенса кроз мале-тестове. Главни разлози за слабо таложење гвожђа су прекомерне суспендоване чврсте материје на предњем крају или неправилно додавање коагуланса. Решења су да се појача предтретман за уклањање суспендованих чврстих материја и прилагоди доза и начин додавања полиакриламида. Главни разлог заосталог водоник пероксида у ефлуенту је прекомерно додавање оксиданса. Решења су да се смањи доза водоник пероксида и на одговарајући начин продужи време реакције оксидације.

Захтеви прихватљивости за предтретман су: однос биоразградљивости отпадне воде од 0,3 или више и стопа уклањања ЦОД-а од 40% до 60%. Услови прихватања за напредни третман су: ефлуент ЦОД, боја и пХ вредности које испуњавају одговарајуће индустријске стандарде за емисију; концентрација суспендованих материја мања или једнака 30 мг/Л; и потпуно одвајање гвозденог муља без губитка. Услови прихватања за усаглашеност су: потпуна евиденција о одлагању муља од гвожђа опасног отпада; стабилан рад опреме; и прецизни и поуздани системи за аутоматско дозирање и праћење параметара.