توضیح مفصل فرآیند تصفیه فاضلاب اکسیداسیون فنتون - انطباق سناریوی معمولی و راهنمای عملی دقیق

فرآیند اکسیداسیون فنتون یک فناوری اکسیداسیون پیشرفته هسته ای برای تصفیه فاضلاب آلی مقاوم است. از کاتالیز یون آهن برای تولید رادیکال های اکسید کننده قوی هیدروکسیل در محل از پراکسید هیدروژن استفاده می کند که به طور موثر آلاینده های آلی بسیار سمی و زیست تخریب پذیر ضعیف را تجزیه می کند. این می تواند به عنوان یک فرآیند پیش تصفیه برای بهبود زیست تخریب پذیری فاضلاب یا به عنوان یک فرآیند تصفیه پیشرفته برای اطمینان از مطابقت پساب با استانداردهای تخلیه استفاده شود. این فرآیند دارای مقادیر جهانی ثابت نیست، فقط یک محدوده پارامتر اصلی دارد. بهینه‌سازی به آزمایش‌های کیفیت آب در مقیاس کوچک- نیاز دارد. این به طور گسترده در پنج سناریو صنعتی معمولی کاربرد دارد: شیمیایی، دارویی، چاپ و رنگرزی، شیرابه دفن زباله، و تولید خمیر و کاغذ. در زیر راهنمای عملی اصلاح شده و کامل است.

فرآیند واکنش فنتون شامل شش مرحله اصلی است: تنظیم اسید، اختلاط کاتالیزور، واکنش اکسیداسیون، خنثی سازی و گاززدایی، جداسازی جامد-مایع، و دفع زباله های خطرناک. تمام پارامترها مطابق با مشخصات مهندسی بی هوازی و اکسیداسیون پیشرفته هستند:

1. مرحله تنظیم اسید: اسید سولفوریک رقیق برای تنظیم pH فاضلاب به محدوده واکنش بهینه 3.0 تا 4.0 اضافه می شود. از همزن مکانیکی یا هیدرولیکی حداقل به مدت 2 دقیقه استفاده می شود. یک pH متر و پمپ اندازه گیری آنلاین برای دستیابی به کنترل خودکار و دقیق اسید، جلوگیری از اسیدیته بیش از-یا بیش از-قلیایی موضعی، ارائه شده است.

2. مرحله اختلاط کاتالیست: محلول سولفات آهن به عنوان کاتالیزور اضافه می شود. غلظت محلول زیر 30% و زیر 20% در شرایط دمای پایین کنترل می شود. یک حالت همزن قوی استفاده می شود، با مقدار گرادیان سرعت G بین 500 تا 1000 ثانیه-1 کنترل می شود، و هم زدن حداقل به مدت 2 دقیقه برای اطمینان از پراکندگی کامل و یکنواخت یون های آهن در فاضلاب انجام می شود.

3. مرحله واکنش اکسیداسیون: مستقیماً 30٪ محلول پراکسید هیدروژن درجه صنعتی 30٪ بدون رقت یا انحلال قبلی اضافه کنید. نسبت معرف بر اساس کیفیت آب تعیین می شود. یک حالت همزن ضعیف در مرحله اکسیداسیون استفاده می شود، با مقدار گرادیان سرعت G در 50-70 ثانیه-1 کنترل می شود، و تنها حالت سیال شدن لجن را حفظ می کند تا از از دست دادن رادیکال هیدروکسیل جلوگیری شود. زمان نگهداری هیدرولیک برای پیش تیمار 4-8 ساعت و برای درمان پیشرفته 2-6 ساعت است. مخزن واکنش از جنس استنلس استیل 316 لیتری با پوشش شیشه ای بر روی دیواره داخلی برای محافظت در برابر خوردگی ساخته شده است.

4. مرحله خنثی سازی و گاز زدایی: محلول هیدروکسید سدیم یا کربنات سدیم را اضافه کنید تا pH فاضلاب را روی 7.0-8.0 تنظیم کنید. پس از هم زدن کامل، فاضلاب وارد مخزن گاززدایی می شود تا اکسیژن محلول تولید شده در طی واکنش را حذف کند. زمان نگهداری هیدرولیک در مخزن گاززدایی کمتر از 15 دقیقه و نسبت گاز به آب کمتر از 5:1 نیست.

5. جامد-جداسازی مایع: لجن آهن را از آب تمیز با استفاده از مخازن ته نشینی یا مخازن شناور جدا کنید. اگر اثر جداسازی رضایت بخش نبود، 100-200 میلی گرم در لیتر پلی آلومینیوم کلرید و 3-5 میلی گرم در لیتر پلی آکریل آمید اضافه کنید تا اثر ته نشینی جامدات معلق و لجن آهن افزایش یابد.

6. دفع لجن آهن: لجن آهن تولید شده توسط واکنش فنتون به عنوان زباله های خطرناک HW22 طبقه بندی می شود. باید ضخیم شود، توسط فیلتر پرس صفحه و قاب آبگیری شود و سپس با رعایت مقررات توسط واحد تصفیه پسماندهای خطرناک واجد شرایط دفع شود. تخلیه و تخلیه تصادفی اکیدا ممنوع است.

1. فاضلاب شیمیایی (فنولی، بنزن، فاضلاب هیدروکربنی هالوژنه)

ویژگی های اصلی این فاضلاب غلظت COD 1000-5000 میلی گرم در لیتر، حاوی فنل، ترکیبات سری بنزن، هیدروکربن های هالوژنه و سایر مواد آلی مقاوم است. نسبت زیست تخریب پذیری آن کمتر از 0.2 است که سمیت بیولوژیکی بسیار بالایی را نشان می دهد. تصفیه بیولوژیکی مستقیم نمی تواند استانداردها را برآورده کند. این فرآیند به عنوان پیش تصفیه قرار می گیرد، با هدف اصلی افزایش نسبت زیست تخریب پذیری به بالای 0.3. پارامترهای بهینه عبارتند از: نسبت جرمی پراکسید هیدروژن به COD 1.5 تا 2.0:1، نسبت جرم پراکسید هیدروژن به یون آهن 3 به 5:1، زمان ماند هیدرولیکی 4 تا 6 ساعت و pH واکنش 3.0 تا 3.5. نکات کلیدی عملیاتی عبارتند از: برای فاضلاب فنلی، پراکسید هیدروژن باید در دو تا سه مرحله اضافه شود تا از اکسیداسیون بیش از حد موضعی جلوگیری شود. برای فاضلاب هیدروکربنی هالوژنه، دوز یون آهن را می توان به طور مناسب افزایش داد تا اثر اکسیداسیون کاتالیزوری افزایش یابد.

2. فاضلاب دارویی (آنتی بیوتیک ها، فاضلاب دارویی میانی)

از ویژگی های اصلی این فاضلاب می توان به ترکیب پیچیده آن، غلظت COD 800 تا 3000 میلی گرم در لیتر با نوسانات زیاد و وجود آنتی بیوتیک ها، ترکیبات آلی هتروسیکلیک و سمیت زیستی بسیار بالا به همراه سطوح بالای یون های معدنی مانند یون های کلرید و سولفات اشاره کرد. این فرایند به عنوان یک رویکرد دو حالته{3}}پیش درمان و درمان پیشرفته است. پیش تصفیه، تجزیه پذیری زیستی را بهبود می بخشد، در حالی که تصفیه پیشرفته، آلاینده های باقی مانده را از پساب بیولوژیکی حذف می کند. پارامترهای مناسب به شرح زیر است: برای مرحله پیش تصفیه، نسبت جرمی پراکسید هیدروژن به COD 1.2 به 1.8:1، نسبت جرمی پراکسید هیدروژن به یون آهن 4 به 6:1 و زمان ماند هیدرولیکی 3 تا 5 ساعت است. برای مرحله درمان پیشرفته، نسبت جرمی پراکسید هیدروژن به COD 1.0 تا 1.5:1، زمان ماند هیدرولیکی 2 تا 3 ساعت و pH واکنش 3.0 تا 3.5 است. نکات عملی کلیدی عبارتند از: برای فاضلاب با محتوای یون معدنی بالا، دوز پراکسید هیدروژن باید 10٪ تا 20٪ افزایش یابد تا اثر بازدارندگی یون ها در واکنش خنثی شود. پس از پیش تصفیه، فرآیند اسیدی شدن هیدرولیز باید برای بهبود بیشتر تجزیه پذیری زیستی فاضلاب دنبال شود.

3. رنگرزی و چاپ فاضلاب (آزو و فاضلاب رنگ آنتراکینون)

ویژگی های اصلی این فاضلاب، شدت رنگ بسیار بالا، صدها تا هزاران بار بیشتر، حاوی رنگ های آزو و آنتراکینون، غلظت COD 300 تا 1000 میلی گرم در لیتر و نسبت زیست تخریب پذیری کمتر از 0.25 است. شدت رنگ نشانگر کنترل اصلی است. برخی از فاضلاب ها حاوی سورفکتانت هستند که لخته سازی را دشوار می کند. این فرآیند به عنوان تصفیه پیشرفته با هدف اصلی حذف رنگ باقیمانده و COD از فاضلاب بیولوژیکی برای اطمینان از مطابقت پساب با استانداردها، قرار می گیرد. پارامترهای مناسب عبارتند از: نسبت جرمی پراکسید هیدروژن به COD 1.0 به 1.5:1، نسبت جرمی پراکسید هیدروژن به یون آهن 5 تا 8:1، زمان ماند هیدرولیکی 2 تا 4 ساعت و pH واکنش 3.5 تا 4.0. نکات عملی کلیدی شامل افزایش مناسب دوز یون آهن برای افزایش لخته سازی و رنگ زدایی است. برای فاضلاب های حاوی سورفکتانت، دوز پلی آلومینیوم کلرید را می توان در مرحله خنثی سازی افزایش داد تا کارایی جداسازی جامد{16}}مایع را بهبود بخشد.

4. شیرابه محل دفن زباله (وسط-تا-مرحله پایانی شیرابه دفن زباله و کارخانه سوزاندن)

ویژگی های اصلی این فاضلاب عبارتند از غلظت COD 800 تا 5000 میلی گرم در لیتر، نسبت تجزیه پذیری زیستی کمتر از 0.2، وجود اسید هیومیک، اسید فولویک و سایر مواد آلی مقاوم، و محتوای نیتروژن آمونیاکی بالا، که آن را به یک{3}دشوار بودن آب معمولی تبدیل می کند. این فرآیند به عنوان تصفیه پیشرفته قرار می گیرد و با MBR، A/O و سایر فرآیندهای بیولوژیکی برای حذف آلاینده های باقی مانده در پساب ادغام می شود. پارامترهای بهینه عبارتند از: نسبت جرمی پراکسید هیدروژن به COD 1.8 به 2.0:1، نسبت جرمی پراکسید هیدروژن به یون آهن 2 تا 4:1، زمان ماند هیدرولیکی 6 تا 8 ساعت و pH واکنش 3.0 تا 3.5. نکات عملی کلیدی شامل تقویت فرآیند گاززدایی برای جلوگیری از تأثیر اکسیژن محلول بر فرآیندهای فیلتر بعدی است. یک فرآیند ترکیبی فیلتر بیولوژیکی فنتون + هوادهی برای کاهش بیشتر COD پساب تا حد قابل قبول توصیه می شود.

5. پساب خمیر و کاغذ (واسطه و پساب)

ویژگی اصلی این فاضلاب وجود لیگنین، سلولز و سایر مواد آلی مقاوم است. غلظت COD 300 تا 800 میلی گرم در لیتر؛ رنگ بالا؛ و مقدار مواد جامد معلق بالا. تخلیه مستقیم به راحتی می تواند باعث آلودگی آب شود. این فرآیند می تواند پیش درمان یا درمان پیشرفته باشد. پیش تصفیه آب میانی، تجزیه پذیری زیستی آن را بهبود می بخشد، در حالی که تصفیه پیشرفته آب دم، رنگ و COD باقیمانده را حذف می کند. پارامترهای مناسب عبارتند از: نسبت جرمی پراکسید هیدروژن به COD 1.0 تا 1.5:1، نسبت جرمی پراکسید هیدروژن به یون آهن 4 تا 6:1 و زمان ماند هیدرولیکی 3 تا 4 ساعت. نکات عملی کلیدی شامل افزودن پیش تصفیه انعقادی و ته نشینی در انتهای فرآیند برای حذف جامدات معلق و جلوگیری از جذب و بی اثر شدن یون های آهن است. برای پروژه هایی با الزامات سختگیرانه در مورد هزینه های معرف و تولید لجن، می توان یک فرآیند فنتون بستر سیال را برای بهبود استفاده از معرف و کاهش تولید لجن انتخاب کرد.

1. کنترل دقیق pH: PH باید در مرحله واکنش اکسیداسیون بین 3.0 و 4.0 کنترل شود. pH کمتر از 3.0 چرخه کاتالیزوری یون‌های آهن را مهار می‌کند، در حالی که pH بالاتر از 4.0 باعث هیدرولیز یون‌های آهن و تشکیل رسوبات هیدروکسید می‌شود و اثر کاتالیزوری خود را از دست می‌دهد. pH در مرحله خنثی سازی باید به شدت بین 7.0 و 8.0 کنترل شود تا نیازهای تخلیه را برآورده کند.

2. کنترل هم زدن مرحله‌ای: از هم زدن قوی در مرحله اختلاط معرف برای اطمینان از پراکندگی یکنواخت معرف استفاده می‌شود. از همزدن ضعیف در مرحله واکنش اکسیداسیون فقط برای حفظ سیال شدن لجن استفاده می شود و از هم زدن قوی که می تواند به رادیکال های هیدروکسیل آسیب رسانده و راندمان تصفیه را کاهش دهد اجتناب شود.

3. استانداردهای دوز معرف: پراکسید هیدروژن مستقیماً با استفاده از محلول انبار صنعتی 30% بدون نیاز به انحلال یا رقیق سازی اضافه می شود. سولفات آهن بلافاصله آماده و مورد استفاده قرار می گیرد و در ظروف در بسته نگهداری می شود تا از اکسیداسیون به یون های آهن جلوگیری شود، بنابراین از از دست دادن کامل فعالیت کاتالیزوری تحت فرآیندهای فنتون معمولی جلوگیری می شود.

4. کنترل یون تداخلی: غلظت بالای یون های کلرید، سولفات و فسفات واکنش را مهار می کند. دوز معرف‌ها باید از قبل از طریق آزمایش‌های{2}}در مقیاس کوچک تنظیم شود، یا باید یک فرآیند پیش تصفیه برای حذف یون‌های مزاحم اضافه شود.

5. کنترل دمای واکنش: دمای واکنش بهینه 25-35 درجه است. دمای بالاتر از 40 درجه تجزیه خود به خودی پراکسید هیدروژن را تسریع می کند و به طور قابل توجهی بازده اکسیداسیون را کاهش می دهد. بنابراین، کنترل دما بسیار مهم است.

در مورد نگهداری معرف، پراکسید هیدروژن باید دور از نور و گرما، در ظروف در بسته و دور از منابع حرارتی و مواد قابل اشتعال و انفجار نگهداری شود. سولفات آهن باید به روشی-مقاوم در برابر رطوبت و اکسیداسیون- ذخیره شود. معرف های اسیدی و قلیایی باید به طور جداگانه ذخیره شوند تا از اختلاط و واکنش های ایمنی بالقوه جلوگیری شود. با توجه به انتخاب تجهیزات، مخزن واکنش از فولاد ضد زنگ 316 لیتری با پوشش ضد خوردگی{4}}روکش شیشه ای، مناسب برای محیط های اکسید کننده قوی استفاده می کند. مجهز به pH متر آنلاین، پمپ اندازه گیری دقیق-و دبی سنج برای دستیابی به دوز خودکار و دقیق معرف ها. این دستگاه مجهز به مخزن غلیظ کننده لجن و فیلتر پرس صفحه و قاب برای تکمیل آبگیری و ذخیره موقت لجن آهن است که شرایط لازم برای تصفیه اولیه زباله های خطرناک را برآورده می کند.

دلایل اصلی راندمان پایین تصفیه عبارتند از انحراف pH از محدوده، هم زدن بیش از حد در بخش اکسیداسیون و نسبت های نامتعادل معرف. راه‌حل‌ها عبارتند از کالیبره کردن pH متر، کاهش شدت هم زدن در بخش اکسیداسیون، و دوباره{1}}بهینه‌سازی نسبت معرف از طریق آزمایش‌های مقیاس کوچک-. دلایل اصلی ته نشین شدن ضعیف لجن آهن، مواد جامد معلق بیش از حد در قسمت جلویی یا افزودن نامناسب منعقد کننده است. راه حل ها تقویت پیش تصفیه برای حذف جامدات معلق و تنظیم دوز و روش افزودن پلی آکریل آمید است. دلیل اصلی باقی ماندن پراکسید هیدروژن در پساب، افزودن بیش از حد اکسیدان است. راه حل ها برای کاهش دوز پراکسید هیدروژن و افزایش مناسب زمان واکنش اکسیداسیون هستند.

الزامات پذیرش برای پیش تصفیه عبارتند از: نسبت زیست تخریب پذیری فاضلاب 0.3 یا بالاتر، و نرخ حذف COD 40٪ تا 60٪. الزامات پذیرش برای تصفیه پیشرفته عبارتند از: مقادیر COD پساب، رنگ و pH مطابق با استانداردهای انتشار صنعت مربوطه. غلظت مواد جامد معلق کمتر یا مساوی 30 میلی گرم در لیتر. و جداسازی کامل لجن آهن بدون تلفات. الزامات پذیرش برای انطباق عبارتند از: سوابق کامل دفع لجن زباله های خطرناک آهن. عملیات پایدار تجهیزات؛ و سیستم های دقیق و قابل اعتماد دوز و نظارت بر پارامترهای خودکار.