Gedetailleerde uitleg van het Fenton-oxidatie-afvalwaterzuiveringsproces – typische scenario-aanpassing en nauwkeurige praktische gids

Het Fenton-oxidatieproces is een geavanceerde oxidatietechnologie voor de behandeling van recalcitrant organisch afvalwater. Het maakt gebruik van ferro-ionenkatalyse om in situ sterk oxiderende hydroxylradicalen te genereren uit waterstofperoxide, waardoor zeer giftige en slecht biologisch afbreekbare organische verontreinigende stoffen efficiënt worden afgebroken. Het kan worden gebruikt als voorbehandelingsproces om de biologische afbreekbaarheid van afvalwater te verbeteren, of als een geavanceerd behandelingsproces om ervoor te zorgen dat afvalwater voldoet aan de lozingsnormen. Dit proces heeft geen vaste universele waarden, alleen een basisparameterbereik. Voor optimalisatie zijn kleinschalige-tests van de waterkwaliteit nodig. Het is breed toepasbaar op vijf typische industriële scenario's: chemisch, farmaceutisch, bedrukken en verven, percolaat op stortplaatsen en de productie van pulp en papier. Hieronder volgt de herziene en volledige praktische gids.

Het Fenton-reactieproces bestaat uit zes kernfasen: zuuraanpassing, katalysatormenging, oxidatiereactie, neutralisatie en ontgassing, vaste-vloeistofscheiding en verwijdering van gevaarlijk afval. Alle parameters voldoen aan de anaërobe en geavanceerde specificaties voor oxidatietechniek:

1. Zuuraanpassingsfase: Verdund zwavelzuur wordt toegevoegd om de pH van het afvalwater in te stellen op het optimale reactiebereik van 3,0 tot 4,0. Er wordt minimaal 2 minuten mechanisch of hydraulisch geroerd. Er wordt een online pH-meter en doseerpomp geleverd om automatische en nauwkeurige zuurcontrole te bereiken, waardoor lokale over- zuurgraad of over- alkaliteit wordt voorkomen.

2. Katalysatormengfase: Ferrosulfaatoplossing wordt toegevoegd als katalysator. De concentratie van de oplossing wordt onder de 30% gehouden, en onder de 20% bij lage- temperatuuromstandigheden. Er wordt gebruik gemaakt van een krachtige roermodus, waarbij de snelheidsgradiënt G-waarde wordt geregeld tussen 500 en 1000 seconden⁻¹, en er wordt gedurende ten minste 2 minuten geroerd om een ​​volledige en uniforme verspreiding van ferro-ionen in het afvalwater te garanderen.

3. Oxidatiereactiefase: Voeg direct 30% waterstofperoxidevoorraadoplossing van industriële kwaliteit- toe zonder voorafgaande verdunning of oplossing. De reagensverhouding wordt bepaald op basis van de waterkwaliteit. Tijdens de oxidatiefase wordt een zwakke roermodus gebruikt, waarbij de snelheidsgradiënt G-waarde wordt geregeld op 50-70 seconden⁻¹, waarbij alleen de fluïdisatietoestand van het slib wordt gehandhaafd om verlies van hydroxylradicaal te voorkomen. De hydraulische retentietijd bedraagt ​​4-8 uur voor voorbehandeling en 2-6 uur voor geavanceerde behandeling. De reactietank is gemaakt van 316L roestvrij staal met een glasschilfercoating op de binnenwand voor bescherming tegen corrosie.

4. Neutralisatie- en ontgassingsfase: Voeg natriumhydroxide- of natriumcarbonaatoplossing toe om de pH van het afvalwater op 7,0-8,0 te brengen. Na grondig roeren komt het afvalwater in de ontgassingstank om de tijdens de reactie gegenereerde opgeloste zuurstof te verwijderen. De hydraulische verblijftijd in de ontgassingstank bedraagt ​​maar liefst 15 minuten en de gas-waterverhouding bedraagt ​​maar liefst 5:1.

5. Vaste-vloeistofscheiding: scheid ijzerslib van schoon water met behulp van sedimentatietanks of flotatietanks. Als het scheidingseffect onvoldoende is, voeg dan 100-200 mg/l polyaluminiumchloride en 3-5 mg/l polyacrylamide toe om het bezinkingseffect van zwevende vaste stoffen en ijzerslib te versterken.

6. Verwijdering van ijzerslib: IJzerslib geproduceerd door de Fenton-reactie wordt geclassificeerd als HW22-gevaarlijk afval. Het moet worden ingedikt, ontwaterd door een plaat- en framefilterpers en vervolgens worden afgevoerd in overeenstemming met de voorschriften door een gekwalificeerde verwerkingseenheid voor gevaarlijk afval. Het willekeurig dumpen en lozen is ten strengste verboden.

1. Chemisch afvalwater (fenol-, benzeen-, gehalogeneerd koolwaterstofafvalwater)

De kernkenmerken van dit afvalwater zijn een CZV-concentratie van 1000-5000 mg/l, dat fenolen, verbindingen uit de benzeenreeks, gehalogeneerde koolwaterstoffen en ander recalcitrant organisch materiaal bevat. De biologische afbreekbaarheidsratio bedraagt ​​minder dan 0,2 en vertoont een extreem hoge biologische toxiciteit. Directe biologische zuivering kan niet aan de normen voldoen. Het proces is gepositioneerd als voorbehandeling, met als kerndoel het verhogen van de biologische afbreekbaarheidsratio tot boven 0,3. De optimale parameters zijn: waterstofperoxide tot CZV-massaverhouding van 1,5 tot 2,0:1, waterstofperoxide tot ferro-ionenmassaverhouding van 3 tot 5:1, hydraulische retentietijd van 4 tot 6 uur en reactie-pH van 3,0 tot 3,5. De belangrijkste operationele punten zijn: voor fenolisch afvalwater moet waterstofperoxide in twee tot drie fasen worden toegevoegd om plaatselijke overoxidatie te voorkomen; voor gehalogeneerd koolwaterstofafvalwater kan de dosis ferro-ionen op passende wijze worden verhoogd om het katalytische oxidatie-effect te versterken.

2. Farmaceutisch afvalwater (antibiotica, farmaceutisch intermediair afvalwater)

De kernkenmerken van dit afvalwater zijn de complexe samenstelling, de CZV-concentratie van 800 tot 3000 mg/l met grote schommelingen, en de aanwezigheid van antibiotica, heterocyclische organische verbindingen en een extreem hoge biotoxiciteit, samen met hoge niveaus van anorganische ionen zoals chloride- en sulfaationen. Het proces is gepositioneerd als een duale-benadering van voorbehandeling en geavanceerde behandeling. Voorbehandeling verbetert de biologische afbreekbaarheid, terwijl geavanceerde behandeling resterende verontreinigende stoffen uit het biologische effluent verwijdert. De geschikte parameters zijn als volgt: Voor de voorbehandelingsfase is de massaverhouding van waterstofperoxide tot CZV 1,2 tot 1,8:1, de massaverhouding van waterstofperoxide tot ferro-ionen is 4 tot 6:1 en de hydraulische retentietijd is 3 tot 5 uur; voor de geavanceerde behandelingsfase bedraagt ​​de massaverhouding waterstofperoxide tot CZV 1,0 tot 1,5:1, de hydraulische retentietijd 2 tot 3 uur en de reactie-pH 3,0 tot 3,5. Belangrijke praktische punten zijn: voor afvalwater met een hoog gehalte aan anorganische ionen moet de waterstofperoxidedosering met 10% tot 20% worden verhoogd om het remmende effect van ionen op de reactie tegen te gaan; na voorbehandeling dient een hydrolyse-verzuringsproces gevolgd te worden om de biologische afbreekbaarheid van het afvalwater verder te verbeteren.

3. Afvalwater verven en printen (Azo- en anthrachinonkleurstofafvalwater)

De kernkenmerken van dit afvalwater zijn een extreem hoge kleurintensiteit, die honderden tot duizenden keren hoger is, azo- en antrachinonkleurstoffen bevat, een CZV-concentratie van 300 tot 1000 mg/l en een biologische afbreekbaarheidsratio van minder dan 0,25. Kleurintensiteit is de belangrijkste controle-indicator. Een deel van het afvalwater bevat oppervlakteactieve stoffen, waardoor uitvlokking moeilijk wordt. Het proces is gepositioneerd als geavanceerde behandeling, met als kerndoel het verwijderen van restkleur en CZV uit biologisch afvalwater om ervoor te zorgen dat het afvalwater aan de normen voldoet. Geschikte parameters zijn: waterstofperoxide tot CZV-massaverhouding van 1,0 tot 1,5:1, waterstofperoxide tot ferro-ionenmassaverhouding van 5 tot 8:1, hydraulische retentietijd van 2 tot 4 uur en reactie-pH van 3,5 tot 4,0. Belangrijke praktische punten zijn onder meer het op passende wijze verhogen van de dosis ferro-ionen om de uitvlokking en ontkleuring te bevorderen; Voor afvalwater dat oppervlakteactieve stoffen bevat, kan de dosis polyaluminiumchloride worden verhoogd tijdens de neutralisatiefase om de efficiëntie van de scheiding van vaste en vloeibare stoffen te verbeteren.

4. Percolaat van stortplaatsen (perceel van stortplaatsen en verbrandingsinstallaties in het midden- tot- eindstadium)

De kernkenmerken van dit afvalwater zijn een CZV-concentratie van 800 tot 5000 mg/l, een biologische afbreekbaarheidsverhouding van minder dan 0,2, de aanwezigheid van humuszuur, fulvinezuur en ander recalcitrant organisch materiaal, en een hoog ammoniakstikstofgehalte, waardoor het een typisch -moeilijk afvalwater is. Het proces is gepositioneerd als geavanceerde behandeling, geïntegreerd met MBR, A/O en andere biologische processen om resterende verontreinigende stoffen in het effluent te verwijderen. De optimale parameters zijn: waterstofperoxide tot CZV-massaverhouding van 1,8 tot 2,0:1, waterstofperoxide tot ferro-ionenmassaverhouding van 2 tot 4:1, hydraulische retentietijd van 6 tot 8 uur en reactie-pH van 3,0 tot 3,5. Belangrijke praktische punten zijn onder meer het versterken van het ontgassingsproces om te voorkomen dat opgeloste zuurstof de daaropvolgende filterprocessen beïnvloedt; een Fenton + belucht biologisch filtercombinatieproces wordt aanbevolen om de CZV van het effluent verder terug te brengen tot de aanvaardbare limiet.

5. Pulp- en papierafvalwater (tussen- en staartwater)

De kernkenmerken van dit afvalwater zijn de aanwezigheid van lignine, cellulose en ander recalcitrant organisch materiaal; CZV-concentratie van 300 tot 800 mg/L; hoge kleur; en een hoog gehalte aan zwevende deeltjes. Directe lozing kan gemakkelijk watervervuiling veroorzaken. Het proces kan een voorbehandeling of een geavanceerde behandeling zijn. Voorbehandeling van het tussenwater verbetert de biologische afbreekbaarheid, terwijl geavanceerde behandeling van het staartwater kleur en achtergebleven CZV verwijdert. De geschikte parameters zijn: waterstofperoxide tot CZV-massaverhouding van 1,0 tot 1,5:1, waterstofperoxide tot ferro-ionenmassaverhouding van 4 tot 6:1, en hydraulische retentietijd van 3 tot 4 uur. Belangrijke praktische punten zijn onder meer het toevoegen van coagulatie- en sedimentatievoorbehandeling aan het begin van het proces om zwevende vaste stoffen te verwijderen en te voorkomen dat ferro-ionen worden geadsorbeerd en ineffectief worden. Voor projecten met strenge eisen op het gebied van reagenskosten en slibproductie kan een Fenton-proces met wervelbed worden geselecteerd om het gebruik van reagentia te verbeteren en de slibproductie te verminderen.

1. Nauwkeurige pH-regeling: De pH moet tijdens de oxidatiereactiefase tussen 3,0 en 4,0 worden geregeld. Een pH lager dan 3,0 zal de katalytische cyclus van ferro-ionen remmen, terwijl een pH boven 4,0 ervoor zal zorgen dat ferro-ionen hydrolyseren en hydroxideneerslag vormen, waardoor hun katalytische werking verloren gaat. De pH tijdens de neutralisatiefase moet strikt worden gecontroleerd tussen 7,0 en 8,0 om aan de lozingsvereisten te voldoen.

2. Gefaseerde roercontrole: Tijdens de mengfase van het reagens wordt krachtig geroerd om een ​​uniforme verspreiding van het reagens te garanderen; zwak roeren wordt gebruikt tijdens de oxidatiereactiefase om alleen de fluïdisatie van het slib in stand te houden, waarbij krachtig roeren wordt vermeden dat hydroxylradicalen zou kunnen beschadigen en de behandelingsefficiëntie zou kunnen verminderen.

3. Doseringsnormen voor reagentia: Waterstofperoxide wordt rechtstreeks toegevoegd met behulp van een industriële voorraadoplossing van 30%, zonder dat oplossing of verdunning nodig is; ijzersulfaat wordt onmiddellijk bereid en gebruikt, en opgeslagen in afgesloten containers om oxidatie tot ijzerionen te voorkomen, waardoor volledig verlies van katalytische activiteit bij conventionele Fenton-processen wordt vermeden.

4. Interfererende ionencontrole: Hoge concentraties chloride-, sulfaat- en fosfaationen zullen de reactie remmen. De dosering van de reagentia moet vooraf worden aangepast door middel van tests op kleine- schaal, of er moet een voorbehandelingsproces worden toegevoegd om storende ionen te verwijderen.

5. Controle van de reactietemperatuur: De optimale reactietemperatuur is 25-35 graden. Temperaturen boven de 40 graden versnellen de spontane ontleding van waterstofperoxide, waardoor de oxidatie-efficiëntie aanzienlijk wordt verminderd; daarom is temperatuurbeheersing cruciaal.

Wat de opslag van reagentia betreft, moet waterstofperoxide uit de buurt van licht en hitte worden bewaard, in afgesloten containers, en uit de buurt van warmtebronnen en brandbare en explosieve materialen worden gehouden; ijzersulfaat moet op een vocht--bestendige en oxidatie- manier worden opgeslagen; zure en alkalische reagentia moeten afzonderlijk worden bewaard om vermenging en mogelijke veiligheidsreacties te voorkomen. Wat de apparatuurkeuze betreft: de reactietank maakt gebruik van 316L roestvrij staal met een anti-corrosiecoating van glasschilfers, geschikt voor sterk oxiderende omgevingen; het is uitgerust met een online pH-meter, een hoge-precieze meetpomp en debietmeter om automatische en nauwkeurige dosering van reagentia te bereiken; het is uitgerust met een slibindiktank en een plaat- en framefilterpers om de ontwatering en tijdelijke opslag van ijzerslib te voltooien, en voldoet aan de eisen voor de voor-voorbehandeling van gevaarlijk afval.

De belangrijkste redenen voor de lage behandelingsefficiëntie zijn pH-afwijkingen van het bereik, overmatig roeren in de oxidatiesectie en onevenwichtige reagensverhoudingen. De oplossingen zijn het kalibreren van de pH-meter, het verminderen van de roerintensiteit in de oxidatiesectie en het opnieuw-optimaliseren van de reagensverhouding door middel van tests op kleine- schaal. De belangrijkste redenen voor een slechte bezinking van ijzerslib zijn overmatige zwevende deeltjes aan de voorkant of onjuiste toevoeging van coagulatiemiddel. De oplossingen zijn het versterken van de voorbehandeling om zwevende deeltjes te verwijderen en het aanpassen van de dosering en methode van polyacrylamidetoevoeging. De belangrijkste reden voor achtergebleven waterstofperoxide in het effluent is overmatige toevoeging van oxidatiemiddel. De oplossingen zijn het verlagen van de waterstofperoxidedosering en het op passende wijze verlengen van de oxidatiereactietijd.

De acceptatie-eisen voor voorbehandeling zijn: een biologische afbreekbaarheidsratio van afvalwater van 0,3 of hoger, en een CZV-verwijderingspercentage van 40% tot 60%. De acceptatievereisten voor geavanceerde behandeling zijn: CZV-, kleur- en pH-waarden van het afvalwater die voldoen aan de overeenkomstige industriële emissienormen; concentratie zwevende vaste stoffen Minder dan of gelijk aan 30 mg/l; en volledige scheiding van ijzerslib zonder verlies. De acceptatievereisten voor naleving zijn: volledige registratie van de verwijdering van ijzerslib voor gevaarlijk afval; stabiele werking van de apparatuur; en nauwkeurige en betrouwbare automatische doseer- en parameterbewakingssystemen.