شرح تفصيلي لعملية معالجة مياه الصرف الصحي بأكسدة الفنتون - التكيف مع السيناريو النموذجي والدليل العملي الدقيق

تعد عملية أكسدة الفنتون إحدى تقنيات الأكسدة المتقدمة الأساسية لمعالجة مياه الصرف الصحي العضوية المتمردة. إنه يستخدم التحفيز الأيوني الحديدي لتوليد جذور الهيدروكسيل المؤكسدة القوية في الموقع من بيروكسيد الهيدروجين، مما يؤدي بكفاءة إلى تحلل الملوثات العضوية شديدة السمية وسيئة التحلل الحيوي. يمكن استخدامه كعملية معالجة مسبقة لتحسين قابلية التحلل الحيوي لمياه الصرف الصحي، أو كعملية معالجة متقدمة لضمان تلبية النفايات السائلة لمعايير التصريف. ليس لهذه العملية قيم عالمية ثابتة، بل نطاق معلمات أساسي فقط. يتطلب التحسين اختبارات جودة المياه-على نطاق صغير. وهي قابلة للتطبيق على نطاق واسع في خمسة سيناريوهات صناعية نموذجية: المواد الكيميائية، والصيدلانية، والطباعة والصباغة، والسوائل المرتشحة في مدافن النفايات، وتصنيع اللب والورق. ما يلي هو الدليل العملي المنقح والكامل.

تتكون عملية تفاعل فنتون من ست مراحل أساسية: ضبط الحمض، وخلط المحفز، وتفاعل الأكسدة، والتحييد وتفريغ الغاز، وفصل السوائل الصلبة-، والتخلص من النفايات الخطرة. تتوافق جميع المعلمات مع مواصفات هندسة الأكسدة اللاهوائية والمتقدمة:

1. مرحلة تعديل الحمض: تتم إضافة حمض الكبريتيك المخفف لضبط درجة حموضة مياه الصرف الصحي إلى نطاق التفاعل الأمثل من 3.0 إلى 4.0. يتم استخدام التحريك الميكانيكي أو الهيدروليكي لمدة دقيقتين على الأقل. يتم توفير مقياس الأس الهيدروجيني ومضخة قياس على الإنترنت لتحقيق التحكم الآلي والدقيق في الأحماض، مما يمنع الحموضة الموضعية الزائدة- أو القلوية الزائدة-.

2. مرحلة خلط المحفز: يتم إضافة محلول كبريتات الحديدوز كمحفز. يتم التحكم في تركيز المحلول إلى أقل من 30%، وأقل من 20% تحت -ظروف درجات الحرارة المنخفضة. يتم استخدام وضع التحريك القوي، مع التحكم في قيمة تدرج السرعة G بين 500 و1000 ثانية⁻¹، ويتم إجراء التحريك لمدة دقيقتين على الأقل لضمان التشتت الكامل والموحد للأيونات الحديدية في مياه الصرف الصحي.

3. مرحلة تفاعل الأكسدة: أضف مباشرة 30% من محلول بيروكسيد الهيدروجين من الدرجة الصناعية - دون تخفيف أو إذابة مسبقة. يتم تحديد نسبة الكاشف على أساس نوعية المياه. يتم استخدام وضع التحريك الضعيف أثناء مرحلة الأكسدة، مع التحكم في قيمة تدرج السرعة G عند 50-70 ثانية⁻¹، مع الحفاظ فقط على حالة تميع الحمأة لمنع فقدان جذري الهيدروكسيل. وقت الاحتفاظ الهيدروليكي هو 4-8 ساعات للمعالجة المسبقة و2-6 ساعات للمعالجة المتقدمة. خزان التفاعل مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L مع طلاء زجاجي على الجدار الداخلي للحماية من التآكل.

4. مرحلة التحييد وتفريغ الغاز: أضف محلول هيدروكسيد الصوديوم أو كربونات الصوديوم لضبط درجة حموضة مياه الصرف الصحي إلى 7.0-8.0. بعد التحريك الشامل، تدخل مياه الصرف الصحي إلى خزان التفريغ لإزالة الأكسجين المذاب المتولد أثناء التفاعل. زمن الاحتفاظ الهيدروليكي في خزان التفريغ لا يقل عن 15 دقيقة، ونسبة الغاز إلى الماء - لا تقل عن 5:1.

5. فصل المواد الصلبة-السائلة: يتم فصل حمأة الحديد عن المياه النظيفة باستخدام خزانات الترسيب أو خزانات التعويم. إذا كان تأثير الفصل غير مرض، أضف 100-200 ملغم/لتر من كلوريد البولي ألومنيوم و3-5 ملغم/لتر من بولي أكريلاميد لتعزيز تأثير ترسيب المواد الصلبة العالقة وحمأة الحديد.

6. التخلص من حمأة الحديد: يتم تصنيف حمأة الحديد الناتجة عن تفاعل الفنتون على أنها نفايات خطرة HW22. ويجب تغليظها، وتجفيف مياهها بواسطة مكبس ترشيح اللوحة والإطار، ومن ثم التخلص منها وفقًا للوائح من خلال وحدة معالجة النفايات الخطرة المؤهلة. يمنع منعا باتا الإغراق والتفريغ العشوائي.

1. مياه الصرف الصحي الكيميائية (الفينولية، البنزين، مياه الصرف الصحي الهيدروكربونية المهلجنة)

الخصائص الأساسية لمياه الصرف الصحي هذه هي تركيز COD بمقدار 1000-5000 ملغم/لتر، ويحتوي على الفينولات ومركبات سلسلة البنزين والهيدروكربونات المهلجنة وغيرها من المواد العضوية المتمردة. نسبة قابلية التحلل البيولوجي أقل من 0.2، مما يظهر سمية بيولوجية عالية للغاية. العلاج البيولوجي المباشر لا يمكن أن يفي بالمعايير. يتم وضع هذه العملية كمعالجة مسبقة، مع الهدف الأساسي المتمثل في زيادة نسبة التحلل البيولوجي إلى أعلى من 0.3. المعلمات المثالية هي: بيروكسيد الهيدروجين إلى نسبة كتلة COD من 1.5 إلى 2.0:1، بيروكسيد الهيدروجين إلى نسبة كتلة أيون الحديدوز من 3 إلى 5:1، وقت الاحتفاظ الهيدروليكي من 4 إلى 6 ساعات، ودرجة الحموضة للتفاعل من 3.0 إلى 3.5. النقاط التشغيلية الرئيسية هي: بالنسبة لمياه الصرف الصحي الفينولية، ينبغي إضافة بيروكسيد الهيدروجين على مرحلتين أو ثلاث مراحل لتجنب الأكسدة المفرطة الموضعية؛ بالنسبة لمياه الصرف الهيدروكربونية المهلجنة، يمكن زيادة جرعة أيون الحديدوز بشكل مناسب لتعزيز تأثير الأكسدة الحفزية.

2. مياه الصرف الصحي الدوائية (المضادات الحيوية، مياه الصرف الصحي الدوائية الوسيطة)

الخصائص الأساسية لمياه الصرف الصحي هذه هي تركيبتها المعقدة، وتركيز COD من 800 إلى 3000 ملغم / لتر مع تقلبات كبيرة، ووجود المضادات الحيوية، والمركبات العضوية الحلقية غير المتجانسة، والسمية الحيوية العالية للغاية، إلى جانب مستويات عالية من الأيونات غير العضوية مثل أيونات الكلوريد والكبريتات. يتم وضع العملية باعتبارها أسلوبًا ثنائي الوضع-للمعالجة المسبقة والمعالجة المتقدمة. تعمل المعالجة المسبقة على تحسين قابلية التحلل الحيوي، بينما تعمل المعالجة المتقدمة على إزالة الملوثات المتبقية من النفايات البيولوجية السائلة. المعلمات المناسبة هي كما يلي: بالنسبة لمرحلة المعالجة المسبقة، فإن نسبة كتلة بيروكسيد الهيدروجين إلى COD هي 1.2 إلى 1.8:1، ونسبة كتلة بيروكسيد الهيدروجين إلى كتلة الأيونات الحديدية هي 4 إلى 6:1، ووقت الاحتفاظ الهيدروليكي هو 3 إلى 5 ساعات؛ بالنسبة لمرحلة المعالجة المتقدمة، تكون نسبة كتلة بيروكسيد الهيدروجين إلى COD من 1.0 إلى 1.5:1، ووقت الاحتفاظ الهيدروليكي من 2 إلى 3 ساعات، ويكون الرقم الهيدروجيني للتفاعل من 3.0 إلى 3.5. النقاط العملية الرئيسية هي: بالنسبة لمياه الصرف الصحي التي تحتوي على نسبة عالية من الأيونات غير العضوية، يجب زيادة جرعة بيروكسيد الهيدروجين بنسبة 10% إلى 20% لمواجهة التأثير المثبط للأيونات على التفاعل؛ بعد المعالجة المسبقة، ينبغي اتباع عملية التحمض بالتحلل المائي لزيادة تحسين قابلية التحلل الحيوي لمياه الصرف الصحي.

3. صباغة وطباعة مياه الصرف الصحي (مياه الصرف الصحي الآزو والأنثراكينون)

الخصائص الأساسية لمياه الصرف الصحي هذه هي كثافة اللون العالية للغاية، حيث تصل إلى مئات إلى آلاف المرات أعلى، وتحتوي على أصباغ الآزو والأنثراكوينون، وتركيز COD من 300 إلى 1000 ملغم / لتر، ونسبة التحلل البيولوجي أقل من 0.25. كثافة اللون هي مؤشر التحكم الأساسي. تحتوي بعض مياه الصرف الصحي على مواد خافضة للتوتر السطحي، مما يجعل التلبد صعبًا. يتم وضع هذه العملية كمعالجة متقدمة، مع الهدف الأساسي المتمثل في إزالة اللون المتبقي و COD من مياه الصرف الصحي البيولوجية لضمان تلبية النفايات السائلة للمعايير. المعلمات المناسبة هي: بيروكسيد الهيدروجين إلى نسبة كتلة COD من 1.0 إلى 1.5:1، بيروكسيد الهيدروجين إلى نسبة كتلة أيون الحديدوز من 5 إلى 8:1، وقت الاحتفاظ الهيدروليكي من 2 إلى 4 ساعات، ودرجة الحموضة للتفاعل من 3.5 إلى 4.0. وتشمل النقاط العملية الرئيسية زيادة جرعة الأيونات الحديدية بشكل مناسب لتعزيز التلبد وإزالة اللون؛ بالنسبة لمياه الصرف الصحي التي تحتوي على مواد خافضة للتوتر السطحي، يمكن زيادة جرعة كلوريد البولي ألومنيوم أثناء مرحلة التعادل لتحسين كفاءة فصل السائل الصلب-.

4. المادة المرتشحة من مكب النفايات (المرحلة المتوسطة-إلى-المراحل المتأخرة من مكب النفايات ومحطة الحرق)

تتمثل الخصائص الأساسية لمياه الصرف الصحي هذه في تركيز COD من 800 إلى 5000 ملجم/لتر، ونسبة قابلية التحلل الحيوي أقل من 0.2، ووجود حمض الهيوميك، وحمض الفولفيك، والمواد العضوية المتمردة الأخرى، ومحتوى نيتروجين الأمونيا العالي، مما يجعلها مياه صرف عادية عالية الصعوبة -. يتم وضع هذه العملية كعلاج متقدم، حيث تتكامل مع MBR وA/O والعمليات البيولوجية الأخرى لإزالة الملوثات المتبقية في النفايات السائلة. المعلمات المثالية هي: بيروكسيد الهيدروجين إلى نسبة كتلة COD من 1.8 إلى 2.0:1، بيروكسيد الهيدروجين إلى نسبة كتلة أيون الحديدوز من 2 إلى 4:1، وقت الاحتفاظ الهيدروليكي من 6 إلى 8 ساعات، ودرجة الحموضة للتفاعل من 3.0 إلى 3.5. وتشمل النقاط العملية الرئيسية تعزيز عملية تفريغ الغاز لمنع الأكسجين المذاب من التأثير على عمليات التصفية اللاحقة؛ يوصى باستخدام عملية دمج المرشح البيولوجي الهوائي Fenton + لزيادة تقليل COD للنفايات السائلة إلى الحد المقبول.

5. مياه الصرف الصحي من اللب والورق (المياه المتوسطة والمياه الخلفية)

الخصائص الأساسية لمياه الصرف الصحي هذه هي وجود اللجنين والسليلوز وغيرها من المواد العضوية المتمردة. تركيز COD من 300 إلى 800 ملغم / لتر؛ لون عالي ومحتوى المواد الصلبة العالقة العالية. التصريف المباشر يمكن أن يسبب تلوث المياه بسهولة. يمكن أن تكون العملية إما معالجة مسبقة أو معالجة متقدمة. تعمل المعالجة المسبقة للمياه المتوسطة على تحسين قابلية التحلل البيولوجي، بينما تعمل المعالجة المتقدمة للمياه الخلفية على إزالة اللون و COD المتبقي. المعلمات المناسبة هي: بيروكسيد الهيدروجين إلى نسبة كتلة COD من 1.0 إلى 1.5:1، بيروكسيد الهيدروجين إلى نسبة كتلة أيون الحديدوز من 4 إلى 6:1، ووقت الاحتفاظ الهيدروليكي من 3 إلى 4 ساعات. تشمل النقاط العملية الرئيسية إضافة المعالجة المسبقة للتخثر والترسيب في الواجهة الأمامية للعملية لإزالة المواد الصلبة العالقة ومنع امتصاص الأيونات الحديدية وجعلها غير فعالة. بالنسبة للمشاريع ذات المتطلبات الصارمة بشأن تكاليف الكواشف وإنتاج الحمأة، يمكن اختيار عملية فنتون ذات الطبقة المميعة لتحسين استخدام الكاشف وتقليل إنتاج الحمأة.

1. Precise pH Control: The pH must be controlled between 3.0 and 4.0 during the oxidation reaction stage. A pH below 3.0 will inhibit the catalytic cycle of ferrous ions, while a pH above 4.0 will cause ferrous ions to hydrolyze and form hydroxide precipitates, losing their catalytic effect. The pH during the neutralization stage must be strictly controlled between 7.0 and 8.0 to meet discharge requirements.

2. التحكم المرحلي في التحريك: يتم استخدام التحريك القوي أثناء مرحلة خلط الكاشف لضمان تشتت الكاشف الموحد. يتم استخدام التحريك الضعيف أثناء مرحلة تفاعل الأكسدة للحفاظ على تميع الحمأة فقط، وتجنب التحريك القوي الذي قد يؤدي إلى إتلاف جذور الهيدروكسيل وتقليل كفاءة المعالجة.

3. معايير جرعات الكاشف: تتم إضافة بيروكسيد الهيدروجين مباشرة باستخدام محلول مخزون صناعي بنسبة 30%، دون الحاجة إلى الذوبان أو التخفيف؛ يتم تحضير كبريتات الحديدوز واستخدامها على الفور، وتخزينها في حاويات محكمة الغلق لمنع الأكسدة إلى أيونات الحديديك، وبالتالي تجنب الفقدان الكامل للنشاط التحفيزي في ظل عمليات فنتون التقليدية.

4. التحكم في الأيونات المتداخلة: التركيزات العالية من أيونات الكلوريد والكبريتات والفوسفات سوف تمنع التفاعل. يجب تعديل جرعة الكواشف مسبقًا من خلال -اختبارات صغيرة الحجم، أو يجب إضافة عملية معالجة مسبقة لإزالة الأيونات المسببة للتداخل.

5. التحكم في درجة حرارة التفاعل: درجة حرارة التفاعل المثالية هي 25-35 درجة. درجات الحرارة فوق 40 درجة سوف تسرع التحلل التلقائي لبيروكسيد الهيدروجين، مما يقلل بشكل كبير من كفاءة الأكسدة. ولذلك، التحكم في درجة الحرارة أمر بالغ الأهمية.

فيما يتعلق بتخزين الكواشف، يجب تخزين بيروكسيد الهيدروجين بعيدًا عن الضوء والحرارة، في حاويات محكمة الغلق، وبعيدًا عن مصادر الحرارة والمواد القابلة للاشتعال والانفجار؛ يجب تخزين كبريتات الحديد بطريقة مقاومة للرطوبة والأكسدة-. يجب تخزين الكواشف الحمضية والقلوية بشكل منفصل لمنع الخلط وتفاعلات السلامة المحتملة. فيما يتعلق باختيار المعدات، يستخدم خزان التفاعل الفولاذ المقاوم للصدأ 316L مع طلاء زجاجي مضاد للتآكل-، مناسب لبيئات الأكسدة القوية؛ وهي مجهزة بمقياس درجة الحموضة عبر الإنترنت، ومضخة قياس عالية الدقة-، ومقياس تدفق لتحقيق جرعات تلقائية ودقيقة للكواشف؛ إنه مجهز بخزان لتغليظ الحمأة ولوحة وإطار ضغط مرشح لاستكمال نزح المياه والتخزين المؤقت لحمأة الحديد، مما يلبي متطلبات المعالجة المسبقة للنفايات الخطرة.

الأسباب الرئيسية لانخفاض كفاءة المعالجة هي انحراف الرقم الهيدروجيني عن النطاق، والتحريك المفرط في قسم الأكسدة، ونسب الكاشف غير المتوازنة. تتمثل الحلول في معايرة مقياس الأس الهيدروجيني، وتقليل شدة التحريك في قسم الأكسدة، وإعادة -تحسين نسبة الكاشف من خلال اختبارات مقياس - صغيرة. الأسباب الرئيسية لسوء ترسيب حمأة الحديد هي المواد الصلبة العالقة المفرطة في الواجهة الأمامية أو إضافة مواد التخثر بشكل غير صحيح. تتمثل الحلول في تعزيز المعالجة المسبقة لإزالة المواد الصلبة العالقة وضبط الجرعة وطريقة إضافة البولي أكريلاميد. السبب الرئيسي لبيروكسيد الهيدروجين المتبقي في النفايات السائلة هو إضافة المواد المؤكسدة المفرطة. تتمثل الحلول في تقليل جرعة بيروكسيد الهيدروجين وتمديد وقت تفاعل الأكسدة بشكل مناسب.

متطلبات القبول للمعالجة المسبقة هي: نسبة قابلية للتحلل الحيوي لمياه الصرف الصحي تبلغ 0.3 أو أعلى، ومعدل إزالة COD من 40% إلى 60%. متطلبات القبول للمعالجة المتقدمة هي: قيم COD واللون والأس الهيدروجيني للنفايات السائلة التي تلبي معايير الانبعاثات الصناعية المقابلة؛ تركيز المواد الصلبة العالقة أقل من أو يساوي 30 ملغم/لتر؛ والفصل الكامل لحمأة الحديد دون خسارة. متطلبات القبول للامتثال هي: سجلات كاملة للتخلص من حمأة النفايات الحديدية الخطرة؛ تشغيل المعدات مستقرة. وأنظمة مراقبة الجرعات والمعلمات الأوتوماتيكية الدقيقة والموثوقة.