Oxidačný proces Fenton je kľúčovou pokročilou oxidačnou technológiou na čistenie nepoddajných organických odpadových vôd. Využíva katalýzu železnatých iónov na generovanie silných oxidačných hydroxylových radikálov in situ z peroxidu vodíka, čím účinne rozkladá vysoko toxické a zle biologicky odbúrateľné organické znečisťujúce látky. Môže sa použiť ako proces predúpravy na zlepšenie biologickej odbúrateľnosti odpadových vôd alebo ako pokročilý proces čistenia na zabezpečenie toho, aby odpadová voda spĺňala normy vypúšťania. Tento proces nemá pevné univerzálne hodnoty, iba rozsah základných parametrov. Optimalizácia si vyžaduje malé-testy kvality vody. Je široko použiteľný pre päť typických priemyselných scenárov: chemický, farmaceutický, tlač a farbenie, výluh zo skládok a výroba celulózy a papiera. Nasleduje prepracovaná a úplná praktická príručka.
I. Štandardný procesný tok
Proces Fentonovej reakcie pozostáva zo šiestich základných etáp: úprava kyseliny, miešanie katalyzátora, oxidačná reakcia, neutralizácia a odplynenie, separácia pevných-kvapalín a likvidácia nebezpečného odpadu. Všetky parametre zodpovedajú špecifikáciám anaeróbneho a pokročilého oxidačného inžinierstva:
1. Stupeň úpravy kyseliny: Pridáva sa zriedená kyselina sírová na úpravu pH odpadovej vody na optimálny reakčný rozsah 3,0 až 4,0. Mechanické alebo hydraulické miešanie sa používa najmenej 2 minúty. K dispozícii je online pH meter a dávkovacia pumpa, aby sa dosiahla automatická a presná kontrola kyseliny, čím sa zabráni lokalizovanej nadmernej-kyslosti alebo nadmernej-zásaditosti.
2. Stupeň miešania katalyzátora: Ako katalyzátor sa pridá roztok síranu železnatého. Koncentrácia roztoku je kontrolovaná pod 30 % a pod 20 % pri nízkych-teplotách. Používa sa režim silného miešania s hodnotou rýchlostného gradientu G regulovanou medzi 500 a 1000 sekundami⁻1 a miešanie sa vykonáva najmenej 2 minúty, aby sa zabezpečila úplná a rovnomerná disperzia železnatých iónov v odpadovej vode.
3. Stupeň oxidačnej reakcie: Priamo pridajte 30 % priemyselný-zásobný roztok peroxidu vodíka bez predchádzajúceho riedenia alebo rozpúšťania. Pomer činidiel sa určuje na základe kvality vody. Počas oxidačného stupňa sa používa režim slabého miešania, pričom hodnota rýchlostného gradientu G sa reguluje na 50 až 70 sekúnd-1, pričom sa udržiava iba stav fluidizácie kalu, aby sa zabránilo strate hydroxylových radikálov. Hydraulický retenčný čas je 4-8 hodín pre predbežné ošetrenie a 2-6 hodín pre pokročilé ošetrenie. Reakčná nádoba je vyrobená z nehrdzavejúcej ocele 316L so sklenenými vločkami na vnútornej stene pre ochranu proti korózii.
4. Fáza neutralizácie a odplynenia: Pridajte roztok hydroxidu sodného alebo uhličitanu sodného na úpravu pH odpadovej vody na 7,0-8,0. Po dôkladnom premiešaní vstupuje odpadová voda do odplyňovacej nádrže, aby sa odstránil rozpustený kyslík vznikajúci počas reakcie. Hydraulický čas zdržania v odplyňovacej nádrži nie je kratší ako 15 minút a pomer plynu- k vode nie je kratší ako 5:1.
5. Separácia pevných látok-kvapalín: Oddeľte železný kal od čistej vody pomocou sedimentačných nádrží alebo flotačných nádrží. Ak je separačný efekt neuspokojivý, pridajte 100-200 mg/l polyalumíniumchloridu a 3-5 mg/l polyakrylamidu, aby ste zvýšili usadzovací účinok suspendovaných pevných látok a železného kalu.
6. Likvidácia železného kalu: Železný kal produkovaný Fentonovou reakciou je klasifikovaný ako nebezpečný odpad HW22. Musí sa zahustiť, odvodniť doskovým a rámovým kalolisom a následne zlikvidovať v súlade s predpismi kvalifikovanou jednotkou na spracovanie nebezpečného odpadu. Náhodné vysypanie a vysypanie je prísne zakázané.
II. Presne prispôsobené riešenia pre päť typických aplikačných scenárov
1. Chemické odpadové vody (fenolové, benzénové, halogénované uhľovodíkové odpadové vody)
Základnými charakteristikami tejto odpadovej vody je koncentrácia CHSK 1000-5000 mg/l, ktorá obsahuje fenoly, zlúčeniny benzénového radu, halogénované uhľovodíky a iné odolné organické látky. Jeho pomer biologickej odbúrateľnosti je menší ako 0,2 a vykazuje extrémne vysokú biologickú toxicitu. Priama biologická liečba nemôže spĺňať normy. Proces je umiestnený ako predúprava s hlavným cieľom zvýšiť pomer biologickej odbúrateľnosti nad 0,3. Optimálne parametre sú: hmotnostný pomer peroxidu vodíka k CHSK 1,5 až 2,0:1, hmotnostný pomer peroxidu vodíka k železnatým iónom 3 až 5:1, hydraulický retenčný čas 4 až 6 hodín a pH reakcie 3,0 až 3,5. Kľúčové prevádzkové body sú: v prípade fenolickej odpadovej vody by sa mal peroxid vodíka pridávať v dvoch až troch stupňoch, aby sa zabránilo lokálnej nadmernej oxidácii; pre odpadovú vodu s halogénovanými uhľovodíkmi môže byť dávka železnatých iónov vhodne zvýšená, aby sa zvýšil účinok katalytickej oxidácie.
2. Farmaceutická odpadová voda (antibiotiká, odpadová voda z farmaceutických medziproduktov)
Hlavnými charakteristikami tejto odpadovej vody sú jej komplexné zloženie, koncentrácia CHSK 800 až 3000 mg/l s veľkými výkyvmi a prítomnosť antibiotík, heterocyklických organických zlúčenín a extrémne vysoká biotoxicita spolu s vysokými hladinami anorganických iónov, ako sú chloridové a síranové ióny. Proces je umiestnený ako duálny-režim predúpravy a pokročilého liečenia. Predbežná úprava zlepšuje biologickú odbúrateľnosť, zatiaľ čo pokročilá úprava odstraňuje zvyškové znečisťujúce látky z biologického odpadu. Vhodné parametre sú nasledujúce: Pre stupeň predúpravy je hmotnostný pomer peroxidu vodíka k CHSK 1,2 až 1,8:1, hmotnostný pomer peroxidu vodíka k železnatým iónom je 4 až 6:1 a hydraulický retenčný čas je 3 až 5 hodín; pre stupeň pokročilého spracovania je hmotnostný pomer peroxidu vodíka k CHSK 1,0 až 1,5:1, hydraulický retenčný čas je 2 až 3 hodiny a pH reakcie je 3,0 až 3,5. Kľúčové praktické body sú: pre odpadovú vodu s vysokým obsahom anorganických iónov je potrebné zvýšiť dávku peroxidu vodíka o 10 % až 20 %, aby sa pôsobilo proti inhibičnému účinku iónov na reakciu; po predúprave by mal nasledovať proces okysľovania hydrolýzou, aby sa ďalej zlepšila biologická odbúrateľnosť odpadovej vody.
3. Farbenie a tlač odpadových vôd (azo a antrachinónové farbivá odpadové vody)
Základnou charakteristikou tejto odpadovej vody je extrémne vysoká intenzita farby, dosahujúca stovky až tisíckrát vyššiu, obsahujúca azo a antrachinónové farbivá, koncentrácia CHSK 300 až 1000 mg/l a pomer biologickej odbúrateľnosti menej ako 0,25. Intenzita farby je hlavným kontrolným indikátorom. Niektoré odpadové vody obsahujú povrchovo aktívne látky, čo sťažuje flokuláciu. Proces je umiestnený ako pokročilé čistenie s hlavným cieľom odstrániť zvyškovú farbu a CHSK z biologických odpadových vôd, aby sa zabezpečilo, že odpadová voda spĺňa normy. Vhodné parametre sú: hmotnostný pomer peroxidu vodíka k CHSK 1,0 až 1,5:1, hmotnostný pomer peroxidu vodíka k železnatým iónom 5 až 8:1, hydraulický retenčný čas 2 až 4 hodiny a pH reakcie 3,5 až 4,0. Medzi kľúčové praktické body patrí vhodné zvýšenie dávky železnatých iónov na zvýšenie flokulácie a odfarbenia; v prípade odpadových vôd obsahujúcich povrchovo aktívne látky možno dávku polyalumíniumchloridu zvýšiť počas neutralizačného štádia, aby sa zlepšila účinnosť separácie pevných-kvapalín.
4. Výluh zo skládky (stredný-až-výluh zo skládok a zo spaľovne)
Hlavnými charakteristikami tejto odpadovej vody sú koncentrácia CHSK 800 až 5 000 mg/l, pomer biologickej odbúrateľnosti menej ako 0,2, prítomnosť kyseliny humínovej, kyseliny fulvovej a iných odolných organických látok a vysoký obsah amoniakálneho dusíka, čo z nej robí typickú-ťažkú odpadovú vodu. Proces je umiestnený ako pokročilé čistenie, ktoré sa integruje s MBR, A/O a inými biologickými procesmi na odstránenie zvyškových znečisťujúcich látok v odpadovej vode. Optimálne parametre sú: hmotnostný pomer peroxidu vodíka k CHSK 1,8 až 2,0:1, hmotnostný pomer peroxidu vodíka k železnatým iónom 2 až 4:1, hydraulický retenčný čas 6 až 8 hodín a pH reakcie 3,0 až 3,5. Medzi kľúčové praktické body patrí posilnenie procesu odplynenia, aby sa zabránilo ovplyvneniu následných filtračných procesov rozpusteným kyslíkom; na ďalšie zníženie CHSK v odpadovej vode na prijateľnú hranicu sa odporúča kombinovaný proces Fenton + prevzdušňovaný biologický filter.
5. Odpadová voda z celulózy a papiera (stredná a koncová voda)
Hlavnými charakteristikami tejto odpadovej vody sú prítomnosť lignínu, celulózy a iných odolných organických látok; koncentrácia CHSK 300 až 800 mg/l; vysoká farba; a vysoký obsah nerozpustených látok. Priame vypúšťanie môže ľahko spôsobiť znečistenie vody. Proces môže byť buď predúprava alebo pokročilá liečba. Predbežná úprava medziľahlej vody zlepšuje jej biologickú odbúrateľnosť, zatiaľ čo pokročilá úprava odpadovej vody odstraňuje farbu a zvyškovú CHSK. Vhodné parametre sú: hmotnostný pomer peroxidu vodíka k CHSK 1,0 až 1,5:1, hmotnostný pomer peroxidu vodíka k železnatým iónom 4 až 6:1 a hydraulický retenčný čas 3 až 4 hodiny. Medzi kľúčové praktické body patrí pridanie koagulačnej a sedimentačnej predúpravy na prednom konci procesu, aby sa odstránili suspendované pevné látky a zabránilo sa adsorbovaniu železnatých iónov a ich neúčinnosti. Pre projekty s prísnymi požiadavkami na náklady na činidlá a produkciu kalu je možné zvoliť Fentonov proces s fluidným lôžkom, aby sa zlepšilo využitie činidla a znížila sa produkcia kalu.
III. Hlavné kontrolné body pre všetky scenáre
1. Presná kontrola pH: pH musí byť počas fázy oxidačnej reakcie kontrolované medzi 3,0 a 4,0. pH pod 3,0 bude inhibovať katalytický cyklus železnatých iónov, zatiaľ čo pH nad 4,0 spôsobí hydrolýzu železnatých iónov a tvorbu hydroxidových precipitátov, čím stratia svoj katalytický účinok. pH počas fázy neutralizácie musí byť prísne kontrolované medzi 7,0 a 8,0, aby sa splnili požiadavky na vypúšťanie.
2. Postupná kontrola miešania: Počas fázy miešania činidla sa používa silné miešanie, aby sa zabezpečila rovnomerná disperzia činidla; slabé miešanie sa používa počas fázy oxidačnej reakcie len na udržanie fluidizácie kalu, čím sa zabráni silnému miešaniu, ktoré by mohlo poškodiť hydroxylové radikály a znížiť účinnosť spracovania.
3. Štandardy dávkovania činidla: Peroxid vodíka sa pridáva priamo pomocou 30 % priemyselného zásobného roztoku bez potreby rozpúšťania alebo riedenia; síran železnatý sa pripravuje a používa okamžite a skladuje sa v uzavretých nádobách, aby sa zabránilo oxidácii na železité ióny, čím sa zabráni úplnej strate katalytickej aktivity pri konvenčných Fentonových procesoch.
4. Kontrola rušivých iónov: Vysoké koncentrácie chloridových, síranových a fosfátových iónov inhibujú reakciu. Dávkovanie činidiel je potrebné vopred upraviť pomocou testov v malom-rozsahu, alebo by sa mal pridať proces predúpravy na odstránenie rušivých iónov.
5. Kontrola reakčnej teploty: Optimálna reakčná teplota je 25-35 stupňov. Teploty nad 40 stupňov urýchlia spontánny rozklad peroxidu vodíka, čo výrazne zníži účinnosť oxidácie; preto je dôležitá kontrola teploty.
IV. Požiadavky na skladovanie reagencií a výber vybavenia
Pokiaľ ide o skladovanie činidiel, peroxid vodíka sa musí skladovať mimo dosahu svetla a tepla, v utesnených nádobách a uchovávať mimo zdrojov tepla a horľavých a výbušných materiálov; síran železnatý musí byť skladovaný spôsobom odolným proti vlhkosti-a oxidácii-; kyslé a alkalické činidlá by sa mali skladovať oddelene, aby sa zabránilo zmiešaniu a potenciálnym bezpečnostným reakciám. Pokiaľ ide o výber zariadenia, reakčná nádrž používa nehrdzavejúcu oceľ 316L so sklenenými vločkami proti korózii-, ktorá je vhodná pre silné oxidačné prostredia; je vybavená online pH metrom,-veľmi presným dávkovacím čerpadlom a prietokomerom na dosiahnutie automatického a presného dávkovania činidiel; je vybavená nádržou na zahusťovanie kalu a doskovým a rámovým kalolisom na dokončenie odvodnenia a dočasného uskladnenia železného kalu, pričom spĺňa požiadavky na pred-úpravu nebezpečného odpadu.
V. Bežné abnormálne problémy a riešenia
Hlavnými dôvodmi nízkej účinnosti úpravy sú odchýlka pH od rozsahu, nadmerné miešanie v oxidačnej časti a nevyvážené pomery činidiel. Riešenia slúžia na kalibráciu pH metra, zníženie intenzity miešania v oxidačnej časti a znovu{1}}optimalizáciu pomeru činidiel prostredníctvom malých-testov. Hlavnými dôvodmi zlého usadzovania železného kalu sú nadmerné množstvo suspendovaných pevných látok na prednom konci alebo nesprávne pridanie koagulantu. Riešenia majú posilniť predúpravu na odstránenie suspendovaných pevných látok a upraviť dávkovanie a spôsob pridávania polyakrylamidu. Hlavným dôvodom zvyškového peroxidu vodíka v odpadovej vode je nadmerné pridávanie oxidantov. Riešenia majú znížiť dávku peroxidu vodíka a primerane predĺžiť dobu oxidačnej reakcie.
VI. Štandardy prijímania projektov
Akceptačné požiadavky na predúpravu sú: pomer biologickej odbúrateľnosti odpadovej vody 0,3 alebo vyšší a rýchlosť odstraňovania CHSK 40 % až 60 %. Akceptačné požiadavky na pokročilé čistenie sú: CHSK, farba a pH odpadových vôd spĺňajúce príslušné priemyselné emisné normy; koncentrácia nerozpustených látok menšia alebo rovná 30 mg/l; a úplné oddelenie železného kalu bez straty. Požiadavky na prijatie súladu sú: úplné záznamy o likvidácii nebezpečného odpadu zo železa; stabilná prevádzka zariadenia; a presné a spoľahlivé systémy automatického dávkovania a monitorovania parametrov.