Fenton Oksidasyon Atıksu Arıtma Prosesinin Ayrıntılı Açıklaması - Tipik Senaryo Uyarlaması ve Hassas Pratik Kılavuz

Fenton oksidasyon işlemi, dirençli organik atık suyun arıtılmasına yönelik temel bir ileri oksidasyon teknolojisidir. Hidrojen peroksitten yerinde güçlü oksitleyici hidroksil radikalleri üretmek için demir iyonu katalizini kullanır ve yüksek derecede toksik ve biyolojik olarak zayıf şekilde parçalanabilen organik kirleticileri verimli bir şekilde ayrıştırır. Atık suyun biyolojik olarak parçalanabilirliğini iyileştirmek için bir ön arıtma işlemi olarak veya atık suyun deşarj standartlarını karşıladığından emin olmak için ileri bir arıtma işlemi olarak kullanılabilir. Bu prosesin sabit bir evrensel değeri yoktur, yalnızca temel bir parametre aralığı vardır. Optimizasyon küçük-ölçekli su kalitesi testlerini gerektirir. Beş tipik endüstriyel senaryoya geniş çapta uygulanabilir: kimya, ilaç, baskı ve boyama, çöp sahası sızıntı suyu ve kağıt hamuru ve kağıt üretimi. Aşağıda revize edilmiş ve eksiksiz pratik kılavuz bulunmaktadır.

Fenton reaksiyon süreci altı temel aşamadan oluşur: asit ayarlaması, katalizör karıştırma, oksidasyon reaksiyonu, nötrleştirme ve gazdan arındırma, katı-sıvı ayırma ve tehlikeli atıkların bertaraf edilmesi. Tüm parametreler anaerobik ve ileri oksidasyon mühendisliği spesifikasyonlarına uygundur:

1. Asit Ayarlama Aşaması: Atık suyun pH'ını 3,0 ila 4,0 arasındaki optimum reaksiyon aralığına ayarlamak için seyreltik sülfürik asit eklenir. En az 2 dakika süreyle mekanik veya hidrolik karıştırma kullanılır. Otomatik ve hassas asit kontrolü elde etmek ve yerel aşırı{5}}asitliği veya aşırı-alkaliniteyi önlemek için çevrimiçi bir pH ölçer ve ölçüm pompası sağlanmıştır.

2. Katalizör Karıştırma Aşaması: Katalizör olarak demir sülfat çözeltisi eklenir. Çözelti konsantrasyonu düşük-sıcaklık koşullarında %30'un altında ve %20'nin altında kontrol edilir. Hız gradyanı G değerinin 500 ila 1000 saniye⁻¹ arasında kontrol edildiği güçlü bir karıştırma modu kullanılır ve demir iyonlarının atık su içinde tam ve düzgün bir şekilde dağılmasını sağlamak için karıştırma en az 2 dakika süreyle gerçekleştirilir.

3. Oksidasyon Reaksiyonu Aşaması: Önceden seyreltmeden veya çözündürmeden, doğrudan %30 endüstriyel-sınıf hidrojen peroksit stok çözeltisini ekleyin. Reaktif oranı su kalitesine göre belirlenir. Oksidasyon aşamasında zayıf bir karıştırma modu kullanılır; hız gradyanı G değeri 50-70 saniyede⁻¹ kontrol edilir ve hidroksil radikal kaybını önlemek için yalnızca çamur akışkanlaştırma durumu korunur. Hidrolik tutma süresi ön arıtma için 4-8 saat, ileri arıtma için 2-6 saattir. Reaksiyon tankı, korozyona karşı koruma sağlamak amacıyla iç duvarında cam pul kaplama bulunan 316L paslanmaz çelikten yapılmıştır.

4. Nötrleştirme ve Gazdan Arındırma Aşaması: Atık suyun pH'ını 7,0-8,0'a ayarlamak için sodyum hidroksit veya sodyum karbonat çözeltisi ekleyin. İyice karıştırıldıktan sonra atık su, reaksiyon sırasında oluşan çözünmüş oksijeni uzaklaştırmak için gaz giderme tankına girer. Gazdan arındırma tankındaki hidrolik tutma süresi 15 dakikadan az değildir ve gazın-suya oranı 5:1'den az değildir.

5. Katı-Sıvı Ayırma: Çökeltme tankları veya yüzdürme tankları kullanarak demir çamurunu temiz sudan ayırın. Ayırma etkisi tatmin edici değilse, askıda katı maddelerin ve demir çamurunun çökeltme etkisini arttırmak için 100-200 mg/L polialüminyum klorür ve 3-5 mg/L poliakrilamid ekleyin.

6. Demir Çamurunun Bertarafı: Fenton reaksiyonuyla üretilen demir çamuru, HW22 tehlikeli atık olarak sınıflandırılır. Yoğunlaştırılmalı, plaka ve çerçeve filtre presi ile suyu giderilmeli ve ardından yetkili bir tehlikeli atık arıtma ünitesi tarafından yönetmeliklere uygun olarak bertaraf edilmelidir. Rastgele boşaltma ve boşaltma kesinlikle yasaktır.

1. Kimyasal Atıksu (Fenolik, Benzen, Halojenli Hidrokarbon Atıksu)

Bu atık suyun temel özellikleri, fenoller, benzen serisi bileşikler, halojenlenmiş hidrokarbonlar ve diğer dirençli organik maddeleri içeren 1000-5000 mg/L'lik KOİ konsantrasyonudur. Biyolojik olarak parçalanabilirlik oranı 0,2'den azdır ve son derece yüksek biyolojik toksisite sergiler. Doğrudan biyolojik arıtma standartları karşılayamıyor. Proses, biyolojik olarak parçalanabilirlik oranının 0,3'ün üzerine çıkarılması temel hedefiyle ön arıtma olarak konumlandırılmıştır. Optimum parametreler şunlardır: hidrojen peroksitin KOİ kütle oranı 1,5 ila 2,0:1, hidrojen peroksitin demir iyonu kütle oranı 3 ila 5:1, hidrolik tutma süresi 4 ila 6 saat ve reaksiyon pH'ı 3,0 ila 3,5. Temel operasyonel noktalar şunlardır: fenolik atık su için, lokalize aşırı oksidasyonu önlemek amacıyla hidrojen peroksit iki ila üç aşamada eklenmelidir; halojenli hidrokarbon atıksu için demir iyonu dozajı, katalitik oksidasyon etkisini arttırmak için uygun şekilde artırılabilir.

2. Farmasötik Atıksu (Antibiyotikler, Farmasötik Ara Atıksu)

Bu atık suyun temel özellikleri karmaşık bileşimi, büyük dalgalanmalarla birlikte 800 ila 3000 mg/L KOİ konsantrasyonu ve antibiyotiklerin, heterosiklik organik bileşiklerin varlığı ve son derece yüksek biyotoksisitenin yanı sıra klorür ve sülfat iyonları gibi yüksek seviyelerde inorganik iyonlardır. Süreç, ön arıtma ve ileri arıtmadan oluşan ikili-modlu bir yaklaşım olarak konumlandırılmıştır. Ön arıtma biyolojik olarak parçalanabilirliği artırırken, ileri arıtma biyolojik atıktaki kalıntı kirleticileri uzaklaştırır. Uygun parametreler aşağıdaki gibidir: Ön arıtma aşaması için, hidrojen peroksitin KOİ kütle oranı 1,2 ila 1,8:1'dir, hidrojen peroksitin demir iyonu kütle oranı 4 ila 6:1'dir ve hidrolik tutma süresi 3 ila 5 saattir; ileri arıtma aşaması için hidrojen peroksitin KOİ kütle oranı 1,0 ila 1,5:1, hidrolik tutma süresi 2 ila 3 saat ve reaksiyon pH'ı 3,0 ila 3,5'tir. Temel pratik noktalar şunlardır: yüksek inorganik iyon içeriğine sahip atık su için, iyonların reaksiyon üzerindeki engelleyici etkisini ortadan kaldırmak için hidrojen peroksit dozajının %10 ila %20 oranında arttırılması gerekir; Ön arıtmadan sonra, atık suyun biyolojik olarak parçalanabilirliğini daha da artırmak için bir hidroliz asitleştirme prosesi takip edilmelidir.

3. Boyama ve Baskı Atıksuları (Azo ve Antrakinon Boya Atıksuları)

Bu atık suyun temel özellikleri son derece yüksek renk yoğunluğu, yüzlerce ila binlerce kat daha yüksek değerlere ulaşması, azo ve antrakinon boyaları içermesi, 300 ila 1000 mg/L KOİ konsantrasyonu ve 0,25'ten düşük biyolojik bozunma oranıdır. Renk yoğunluğu temel kontrol göstergesidir. Bazı atık sular yüzey aktif maddeler içerir ve bu da flokülasyonu zorlaştırır. Proses, atık suyun standartları karşıladığından emin olmak için biyolojik atık sudan kalan renk ve KOİ'nin giderilmesi temel amacı ile ileri arıtma olarak konumlandırılmıştır. Uygun parametreler şunlardır: hidrojen peroksitin KOİ kütle oranı 1,0 ila 1,5:1, hidrojen peroksitin demir iyonu kütle oranı 5 ila 8:1, hidrolik alıkonma süresi 2 ila 4 saat ve reaksiyon pH'ı 3,5 ila 4,0. Temel pratik noktalar arasında topaklanmayı ve renk giderimini arttırmak için demir iyonu dozajının uygun şekilde arttırılması; Yüzey aktif maddeler içeren atık su için, katı{16}}sıvı ayırma verimliliğini artırmak amacıyla nötrleştirme aşaması sırasında polialüminyum klorür dozajı artırılabilir.

4. Depolama Sahası Sızıntı Suyu (Orta-ile-Son Aşama Depolama ve Yakma Tesisi Sızıntı Suyu)

Bu atık suyun temel özellikleri, 800 ila 5000 mg/L KOİ konsantrasyonu, 0,2'den düşük biyolojik bozunma oranı, hümik asit, fulvik asit ve diğer dirençli organik maddelerin varlığı ve yüksek amonyak nitrojen içeriğidir; bu da onu tipik bir-zorluklu atık su haline getirir. Süreç, atık sudaki kalıntı kirleticileri ortadan kaldırmak için MBR, A/O ve diğer biyolojik süreçlerle entegre olan ileri arıtma olarak konumlandırılmıştır. Optimum parametreler şunlardır: hidrojen peroksitin KOİ kütle oranı 1,8 ila 2,0:1, hidrojen peroksitin demir iyonu kütle oranı 2 ila 4:1, hidrolik tutma süresi 6 ila 8 saat ve reaksiyon pH'ı 3,0 ila 3,5. Temel pratik noktalar arasında, çözünmüş oksijenin sonraki filtre süreçlerini etkilemesini önlemek için gazdan arındırma sürecinin güçlendirilmesi; atık KOİ'yi kabul edilebilir sınıra daha da düşürmek için Fenton + havalandırmalı biyolojik filtre kombinasyon prosesi tavsiye edilir.

5. Kağıt Hamuru ve Kağıt Atıksuları (Ara ve Kuyruk Suyu)

Bu atık suyun temel özellikleri lignin, selüloz ve diğer dirençli organik maddelerin varlığıdır; KOİ konsantrasyonu 300 ila 800 mg/L; yüksek renk; ve yüksek askıda katı madde içeriği. Doğrudan deşarj kolaylıkla su kirliliğine neden olabilir. Süreç ön arıtma veya ileri arıtma olabilir. Ara suyun ön arıtımı biyolojik olarak parçalanabilirliğini artırırken, kuyruk suyunun ileri arıtımı rengi ve kalan KOİ'yi giderir. Uygun parametreler şunlardır: hidrojen peroksitin KOİ kütle oranı 1,0 ila 1,5:1, hidrojen peroksitin demir iyonu kütle oranı 4 ila 6:1 ve hidrolik tutma süresi 3 ila 4 saattir. Temel pratik noktalar arasında askıdaki katı maddeleri uzaklaştırmak ve demir iyonlarının adsorbe edilmesini ve etkisiz hale getirilmesini önlemek için prosesin ön ucuna pıhtılaşma ve sedimantasyon ön işleminin eklenmesi yer alır. Reaktif maliyetleri ve çamur üretimi konusunda katı gereksinimleri olan projeler için, reaktif kullanımını iyileştirmek ve çamur üretimini azaltmak amacıyla akışkan yataklı Fenton prosesi seçilebilir.

1. Hassas pH Kontrolü: Oksidasyon reaksiyonu aşamasında pH'ın 3,0 ile 4,0 arasında kontrol edilmesi gerekir. 3,0'ın altındaki bir pH, demir iyonlarının katalitik döngüsünü engellerken, 4,0'ın üzerindeki bir pH, demir iyonlarının hidrolize olmasına ve hidroksit çökeltileri oluşturmasına ve katalitik etkilerini kaybetmesine neden olur. Deşarj gereksinimlerini karşılamak için nötrleştirme aşaması sırasında pH'ın 7,0 ile 8,0 arasında sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir.

2. Aşamalı Karıştırma Kontrolü: Reaktifin homojen dağılımını sağlamak için reaktif karıştırma aşamasında güçlü karıştırma kullanılır; Hidroksil radikallerine zarar verebilecek ve arıtma verimliliğini azaltabilecek güçlü karıştırmadan kaçınarak, yalnızca çamurun akışkanlaştırılmasını sağlamak için oksidasyon reaksiyonu aşamasında zayıf karıştırma kullanılır.

3. Reaktif Dozaj Standartları: Hidrojen peroksit, çözünme veya seyreltmeye gerek kalmadan %30'luk endüstriyel stok solüsyonu kullanılarak doğrudan eklenir; Demir sülfat hemen hazırlanır ve kullanılır ve demir iyonlarına oksidasyonu önlemek için kapalı kaplarda saklanır, böylece geleneksel Fenton işlemleri altında katalitik aktivitenin tamamen kaybı önlenir.

4. Müdahaleci İyon Kontrolü: Yüksek konsantrasyondaki klorür, sülfat ve fosfat iyonları reaksiyonu engelleyecektir. Reaktiflerin dozajının küçük-ölçekli testlerle önceden ayarlanması veya müdahale eden iyonları ortadan kaldırmak için bir ön arıtma işleminin eklenmesi gerekir.

5. Reaksiyon Sıcaklığı Kontrolü: Optimum reaksiyon sıcaklığı 25-35 derecedir. 40 derecenin üzerindeki sıcaklıklar, hidrojen peroksitin kendiliğinden ayrışmasını hızlandıracak ve oksidasyon verimliliğini önemli ölçüde azaltacaktır; bu nedenle sıcaklık kontrolü çok önemlidir.

Reaktif depolamaya gelince, hidrojen peroksit ışıktan ve ısıdan uzakta, kapalı kaplarda saklanmalı, ısı kaynaklarından, yanıcı ve patlayıcı maddelerden uzak tutulmalıdır; demir sülfat neme-ve oksidasyona- dayanıklı bir şekilde saklanmalıdır; asit ve alkali reaktifleri, karışmayı ve olası güvenlik reaksiyonlarını önlemek için ayrı ayrı saklanmalıdır. Ekipman seçimiyle ilgili olarak reaksiyon tankında, güçlü oksitleyici ortamlara uygun, cam pulcuklu korozyon önleyici kaplamalı 316L paslanmaz çelik kullanılır; reaktiflerin otomatik ve doğru dozajını sağlamak için çevrimiçi bir pH ölçer, yüksek-hassas ölçüm pompası ve akış ölçer ile donatılmıştır; tehlikeli atıkların ön arıtımına yönelik gereklilikleri karşılayan, demir çamurunun susuzlaştırılmasını ve geçici depolanmasını tamamlamak için bir çamur yoğunlaştırma tankı ve bir plaka ve çerçeve filtre presi ile donatılmıştır.

Düşük arıtma verimliliğinin ana nedenleri pH aralığından sapma, oksidasyon bölümünde aşırı karıştırma ve dengesiz reaktif oranlarıdır. Çözümler, pH ölçüm cihazını kalibre etmek, oksidasyon bölümündeki karıştırma yoğunluğunu azaltmak ve küçük-ölçekli testlerle reaktif oranını yeniden-optimize etmektir. Demir çamurunun zayıf çökelmesinin ana nedenleri, ön uçta aşırı askıda katı maddeler veya uygunsuz pıhtılaştırıcı ilavesidir. Çözümler, askıdaki katı maddelerin uzaklaştırılmasına yönelik ön işlemin güçlendirilmesine ve poliakrilamid ilavesinin dozajı ve yönteminin ayarlanmasına yöneliktir. Atık sudaki hidrojen peroksit kalıntısının ana nedeni aşırı oksidan ilavesidir. Çözümler hidrojen peroksit dozajını azaltacak ve oksidasyon reaksiyon süresini uygun şekilde uzatacaktır.

Ön arıtma için kabul gereklilikleri şunlardır: atık su biyolojik olarak parçalanabilirlik oranı 0,3 veya daha yüksek ve KOİ giderim oranı %40 ila %60 arasındadır. Gelişmiş arıtma için kabul gereklilikleri şunlardır: ilgili endüstri emisyon standartlarını karşılayan atık su KOİ, renk ve pH değerleri; askıda katı madde konsantrasyonu 30 mg/L'ye eşit veya daha az; ve demir çamurunun hiçbir kayıp olmadan tamamen ayrılması. Uyumluluk için kabul gereklilikleri şunlardır: tam tehlikeli atık demir çamuru bertaraf kayıtları; istikrarlı ekipman çalışması; ve doğru ve güvenilir otomatik dozaj ve parametre izleme sistemleri.