Zastosowanie kombinowanego procesu AO-Fenton-BAC w oczyszczaniu zewnętrznego drenażu obiegowego w elektrowni Opis

Zastosowanie kombinowanego procesu AO + zbiornika reakcyjnego Fenton + BAC do oczyszczania krążącego drenażu zewnętrznego w elektrowniach

Układ wody obiegowej jest niezbędnym systemem chłodzenia wymaganym w pracy elektrowni. Zasada jego działania polega na wprowadzaniu zimnej wody do skraplacza w celu zapewnienia ciągłej cyrkulacji w celu chłodzenia jednostek. System osiąga równowagę poprzez ciągłe odsalanie i uzupełnianie nowymi źródłami wody. Część wody w obiegu wody ulega nagrzaniu i wytwarza parę, która odprowadzana jest do atmosfery górą, natomiast część jest odprowadzana do otoczenia w postaci krążącego drenażu zewnętrznego z elektrowni.

Obecnie większość krajowych elektrowni stosuje proces „obróbki wstępnej + ultrafiltracji + odwróconej osmozy” do oczyszczania krążącego drenażu zewnętrznego. Jednakże proces ultrafiltracji i odwróconej osmozy ma kilka problemów: (1) Nieodpowiednie procesy obróbki wstępnej skutkują słabymi efektami obróbki wstępnej, co zmniejsza skuteczność oczyszczania kolejnych procesów. (2) Podczas pracy membrany są często i poważnie zatykane przez zanieczyszczenia, co wymaga od operatorów częstego chemicznego czyszczenia membran, skracając ich żywotność, powodując konieczność częstej wymiany membran i powodując wysokie koszty wymiany membran. Inhibitory kamienia i inhibitory korozji wytrącają się podczas pracy, zatykając filtry wkładowe i membrany odwróconej osmozy, co prowadzi do częstego chemicznego czyszczenia membran i wymiany wkładów filtracyjnych podczas pracy. Ponadto inhibitory kamienia i inhibitory korozji łatwo reagują z jonami-wartościowymi, wpływając na tworzenie się kłaczków, co skutkuje słabą skutecznością koagulacji. (3) Systemy membranowe wymagają dużych inwestycji budowlanych i wymagają od operatorów dużej wiedzy technicznej podczas obsługi i konserwacji.

Kompleksowa oczyszczalnia ścieków w pewnej elektrowni przyjęła kombinowany proces AO + zbiornik reakcyjny Fenton + BAC do oczyszczania krążącego drenażu zewnętrznego. Proces ten nie tylko zapewnia dobrą jakość ścieków i prostą obsługę, ale także znacznie obniża koszty operacyjne oczyszczalni i chroni otaczające środowisko ekologiczne.
 

1 Analiza jakości ścieków

Cyrkulacyjny drenaż zewnętrzny z elektrowni pochodzi głównie z wody wykorzystywanej do chłodzenia jednostek poprzez ciągłą cyrkulację w skraplaczu. Ścieki tego typu charakteryzują się niskim stężeniem substancji organicznych i słabą biodegradowalnością. Dodatkowo, aby zapobiec osadzaniu się kamienia w rurociągach podczas recyrkulacji wody chłodzącej, elektrownia regularnie dodaje do wody obiegowej inhibitory kamienia i korozji, co skutkuje stosunkowo wysoką zawartością azotu całkowitego w krążącej wodzie chłodzącej. Inne cechy obejmują wysokie zasolenie, wysokie stężenie wysoko-jonów wartościowych, takich jak Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺ i stosunkowo wysoką twardość.

W oparciu o tę charakterystykę ścieków kompleksowa oczyszczalnia ścieków najpierw zainstalowała zbiornik AO do usuwania azotu amonowego i azotu całkowitego ze ścieków. Następnie po procesie biologicznego oczyszczania zainstalowano zbiornik reakcyjny Fenton, w celu wytworzenia silnych utleniaczy w drodze reakcji chemicznej pomiędzy nadtlenkiem wodoru i siarczanem żelazawym, rozkładającej oporne związki organiczne na łatwo rozkładalne oraz zmniejszającego chemiczne zapotrzebowanie tlenu i fosforu ogólnego. Na koniec zastosowano osadnik z nachyloną rurą i zbiornik BAC w celu usunięcia azotu SS i amonowego, osiągając zgodność.

2 Przegląd projektu

2.1 Natężenie przepływu i jakość wody

Natężenie przepływu wynosi 220 m3/h. Jakość wody dopływającej została określona na podstawie danych z monitoringu, a jakość ścieków musi być zgodna z normami dotyczącymi zrzutów klasy A określonymi w „Normach dotyczących odprowadzania substancji zanieczyszczających dla miejskich oczyszczalni ścieków” (GB18918-2002). Jak pokazano wTabela 1ścieki dopływające z tego projektu charakteryzują się wysokim ChZTcr, azotem ogólnym, fosforem ogólnym i SS, przy stosunkowo niskim poziomie azotu amonowego i fosforu całkowitego.

 2.2 Kluczowe wyzwania projektu

Ścieki powstałe w ramach tego projektu pochodzą z zewnętrznego drenażu elektrowni. Kluczowymi wyzwaniami w oczyszczaniu są oporne zanieczyszczenia, takie jak ChZTcr, fosfor całkowity i azot całkowity w ściekach produkcyjnych.

(1) Ścieki mają niski stosunek B/C. Podczas faktycznej realizacji tego projektu dopływ może zawierać znaczną ilość opornej materii organicznej, która jest trudna do biodegradacji, ze stosunkiem B/C wynoszącym około 0,08, co należy do kategorii trudnej--biodegradacji. Proces oczyszczania w ramach tego projektu musi obejmować zaawansowane środki utleniania, aby zwiększyć stosunek B/C, a tym samym poprawić biodegradowalność. Stanowi to kluczowe wyzwanie w zakresie oczyszczania ścieków w ramach tego projektu.

(2) Ścieki zawierają duże ilości wielkocząsteczkowych związków organicznych, które trudno usunąć wyłącznie za pomocą konwencjonalnego oczyszczania biologicznego. Jest to kolejne kluczowe wyzwanie w zakresie oczyszczania ścieków w ramach tego projektu.

(3) Aby obniżyć koszty operacyjne i poprawić efektywność projektu, projekt powinien minimalizować liczbę pomp używanych do tłoczenia ścieków i osadów oraz maksymalnie wykorzystywać przepływ grawitacyjny. Stanowi to kluczowy cel tego projektu i ma ogromne znaczenie dla obniżenia kosztów operacyjnych.

2.3 Proces leczenia

(1) Proces obróbki wstępnej. Ścieki w ramach tego projektu zawierają wiele rodzajów substancji zanieczyszczających, mają złożony skład i wykazują znaczne wahania pH, co sprawia, że ​​kompleksowe oczyszczanie jest trudne i kosztowne. W procesie podczyszczania oddzielnie zainstalowano zbiornik wyrównawczy, który ma na celu ujednorodnienie i wyrównanie przepływu, ograniczając wpływ wahań jakości wody na system oczyszczania ścieków.

(2) Proces oczyszczania biologicznego. Proces musi być zaawansowany, dojrzały, wydajny, łatwy w obsłudze, wysoce inteligentny, wymagać minimalnej przestrzeni i mieć niskie koszty operacyjne. Do tego projektu wybrano proces „AO”. Proces ten jest szeroko stosowany w Chinach i charakteryzuje się zaawansowaną i dojrzałą technologią, wysoką wydajnością oczyszczania, wygodną produkcją, niską produkcją osadu resztkowego i niezawodną jakością ścieków.

(3) Zaawansowany proces leczenia. Jako zaawansowany proces oczyszczania w tym projekcie wybrano proces „Utlenianie Fenton + osadnik z pochyłą rurą + BAC”. Proces ten wykorzystuje silnie utleniające wolne rodniki powstające w reakcji Fentona do utleniania i rozkładu pozostałości opornych związków organicznych, przekształcając je w związki organiczne, które mogą być rozkładane przez naturalne mikroorganizmy. Jednocześnie wzmaga usuwanie fosforu za pomocą środków chemicznych, służąc jako zabezpieczenie zapewniające całkowitą zgodność z fosforem. Następnie kończy się usuwanie materii organicznej poprzez sedymentację w osadniku z nachyloną rurą oraz adsorpcję i biodegradację w zbiorniku BAC, zgodnie z normami zrzutu.

(4) Proces oczyszczania osadów. Zbiornik zagęszczający osad ma dużą pojemność, niskie zużycie energii, niskie koszty eksploatacji i prostą obsługę. Prasa śrubowa ma niskie koszty wyposażenia i konserwacji, zajmuje minimalną przestrzeń, zużywa mniej środków chemicznych, wytwarza niski poziom hałasu i osiąga suchość osadu w zakresie od 20% do 25%, wykazując dobrą wydajność odwadniania.

2.4 Schemat przebiegu procesu

Oczyszczalnia ścieków przyjmuje proces „zbiornik AO + osadnik wtórny + zbiornik reakcyjny Fenton + osadnik z rurą pochyłą + BAC + zbiornik do dezynfekcji”, jak pokazano na rysunkuRysunek 1.

2.5 Jednostki procesowe i funkcje

(1) Zbiornik wyrównawczy. Zmniejsza wpływ wahań ładunku organicznego na późniejsze procesy oczyszczania, zapobiega wpływowi szybkich zmian w natężeniu przepływu lub jakości wody na dalsze procesy oczyszczania (biologiczne lub chemiczne), utrzymuje stabilne środowisko dla mikroorganizmów w procesach oczyszczania biologicznego i stabilne środowisko reakcji w procesach oczyszczania chemicznego. W zbiorniku instalowane są pompy głębinowe, które tłoczą ścieki do zbiornika beztlenowego.

(2) Czołg AO. Zbiornik AO wyposażony jest w kombinowane uszczelnienie i mieszadła zatapialne. Połączone uszczelnienie zapewnia wystarczającą przestrzeń życiową dla mikroorganizmów denitryfikacyjnych i tlenowych, natomiast mieszadła zanurzeniowe zapewniają równomierny rozkład materii organicznej w wodzie. W zbiorniku beztlenowym usuwana jest większość azotu amonowego. W zbiorniku tlenowym usuwa się większość materii organicznej, azot amonowy przekształca się w azot azotanowy i tworzy się środowisko tlenowe, w którym organizmy-akumulujące fosfor mogą pobierać fosfor. Osad bogaty w fosfor-jest ostatecznie usuwany w osadniku wtórnym jako osad.

(3) Osadnik wtórny. Osadnik wtórny wyposażony jest w zgarniacz pomostowy i pompy osadu. Po sedymentacji osad jest zgarniany do leja osadowego za pomocą zgarniacza mostu jezdnego, a następnie pompowany do zbiornika osadu za pomocą pomp osadowych, co znacznie zmniejsza zawartość SS w ściekach.

(4) Zbiornik reakcyjny Fenton. Przy niskim pH H₂O₂ jest katalitycznie rozkładany przez Fe²⁺ z wytworzeniem ·OH, który może utleniać większość związków organicznych w wodzie. Może również całkowicie utlenić związki organiczne, które są trudne do oczyszczenia za pomocą biologicznych lub konwencjonalnych reakcji utleniania chemicznego. ·OH reaguje z substancjami organicznymi zawartymi w ściekach, rozkładając je na CO₂ i wodę, znacznie zmniejszając stężenie trudnych-do oczyszczenia-związków organicznych w ściekach i zwiększając stosunek B/C, poprawiając w ten sposób skuteczność oczyszczania kolejnego zbiornika BAC.

(5) Osadnik z nachyloną rurą. Uszczelnienie rur pochyłych w osadniku z rurami pochyłymi agreguje zawiesiny i kłaczki powstałe w zbiorniku reakcyjnym Fenton na powierzchni rur pochyłych. Dzięki grawitacji osad osiada na dnie i jest pompowany do zbiornika zagęszczania osadu za pomocą pomp osadu, redukując SS w ściekach.

(6) Zbiornik pośredni. Zapewnia stabilną jakość i natężenie przepływu ścieków, gwarantując równomierną i stabilną filtrację w biologicznym filtrze z węglem aktywnym oraz poprawiając skuteczność filtracji zbiornika BAC.

(7) Zbiornik BAC i zbiornik płukania wstecznego. Zbiornik BAC zawiera media filtracyjne z węglem aktywnym, które charakteryzują się dużą zdolnością adsorpcyjną, skutecznie filtrując znajdujące się w wodzie szkodliwe substancje i mikroorganizmy oraz usuwając zawieszone w wodzie ciała stałe. Zbiornik do płukania wstecznego jest wyposażony w pompy do płukania wstecznego, które płukanie wsteczne materiału filtracyjnego w filtrze zapobiega zatykaniu.

(8) Zbiornik do dezynfekcji. Do zbiornika dodawany jest podchloryn sodu, który zabija szkodliwe bakterie w wodzie i zmniejsza zawartość szkodliwych bakterii w ściekach.

(9) Zbiornik na osad i prasa śrubowa. Osad ze zbiornika AO, osadnika wtórnego, osadnika z nachyloną rurą i zbiornika BAC jest pompowany do zbiornika osadu za pomocą pomp osadu. Po zagęszczeniu osad pompowany jest do prasy śrubowej za pomocą pomp osadowych (z dodatkiem kationowego PAM podczas odwadniania). Dzięki zbiornikowi zagęszczania osadu i prasie śrubowej zawartość wilgoci w osadzie jest znacznie zmniejszona, co ułatwia jego utylizację.

2.6 Charakterystyka procesu kombinowanego

(1) Zbiornik AO charakteryzuje się wysoką skutecznością usuwania materii organicznej, azotu amonowego i innych substancji zanieczyszczających w ściekach. W zbiorniku beztlenowym bakterie zużywają związki organiczne zawierające C, aby uzupełnić swoją energię i zredukować azot azotanowy powracający ze zbiornika tlenowego do N₂, kończąc denitryfikację, jednocześnie usuwając część BZT₅. Reakcje hydrolizy zachodzą również w zbiorniku beztlenowym, zwiększając stosunek B/C w ściekach i poprawiając ich biodegradowalność. W zbiorniku tlenowym usuwana jest większość materii organicznej i fosforu, a azot amonowy przekształcany jest w azot azotanowy.

(2) Zbiornik reakcyjny Fenton wykorzystuje silnie utleniające odczynniki Fentona (Fe²⁺ i H₂O₂ zmieszane w określonej proporcji) w celu wytworzenia silnie utleniającego ·OH, który zapewnia dobre efekty obróbki utleniającej. Produkty reakcji CO₂ i woda są nie-toksyczne i nieszkodliwe. Proces ma dobre właściwości operacyjne, stosunkowo niską prędkość i koszt oczyszczania w temperaturze pokojowej, wysoką wydajność utleniania, niskie koszty oczyszczania i może znacznie zmniejszyć trudność oczyszczania ścieków.

(3) Z punktu widzenia przedsiębiorstwa ustawienie najpierw zbiornika AO, a następnie zbiornika reakcyjnego Fenton znacznie zmniejsza koszty operacyjne w porównaniu z ustawieniem najpierw zbiornika reakcyjnego Fenton, a następnie zbiornika AO. Jeśli najpierw umieszczono zbiornik reakcyjny Fentona, a następnie zbiornik AO, obciążenie organiczne zbiornika AO wzrosłoby, co wymagałoby oczyszczania wysoko-wartościowych cząsteczek organicznych powstałych w wyniku utleniania opornych związków organicznych w zbiorniku reakcyjnym Fentona. Wymagałoby to dodania dużych ilości źródeł węgla podczas eksploatacji, co znacznie zwiększyłoby koszty zakupu źródeł węgla i koszty operacyjne. Umieszczenie najpierw zbiornika AO, a następnie reaktora Fenton pozwala na oczyszczanie degradowalnej materii organicznej w części przedniej i opornej materii organicznej w części tylnej, redukując koszty eksploatacji przy jednoczesnym znacznym obniżeniu stężenia substancji organicznych w ściekach.

(4) Biorąc pod uwagę wysoki ChZT na dopływie, wybrano BAC jako zaawansowany proces oczyszczania mający na celu dalszą redukcję substancji organicznych w ściekach. Węgiel aktywny ma dużą powierzchnię właściwą, co pozwala na przyleganie do niego materii organicznej i mikroorganizmów, wydłużając czas ich kontaktu, a tym samym poprawiając efektywność rozkładu drobnoustrojów. Oprócz węgla aktywnego zbiornik wyposażony jest również w system napowietrzania, który nie tylko zwiększa prędkość ruchu materii organicznej w wodzie, dostarcza tlen mikroorganizmom i poprawia skuteczność oczyszczania, ale także sprzyja kontaktowi zawieszonych mikroorganizmów z substancjami organicznymi w dopływie, zwiększając skuteczność oczyszczania zawieszonych mikroorganizmów.

2.7 Jednostki procesu i parametry

Jednostki procesowe i parametry dla tego projektu pokazano wTabela 2.

3 Stan operacji

Projekt ten przeszedł akceptację w czerwcu 2022 r., a wszystkie wskaźniki zanieczyszczeń w ściekach spełniały określone normy dotyczące zrzutów, pokazane wTabela 3.

4 Koszty operacyjne

Całkowite koszty operacyjne tego projektu przedstawiono wTabela 4.

5 Korzyści ekonomiczne, społeczne i środowiskowe

5.1 Korzyści ekonomiczne 

Realizacja tego projektu niesie ze sobą znaczne korzyści ekonomiczne. Po pierwsze, zmniejsza koszty przedsiębiorstwa. Bez tego projektu oczyszczanie obiegowego drenażu zewnętrznego z elektrowni wymagałoby zlecania go wykwalifikowanym podmiotom. Ze względu na wysoką koncentrację i dużą objętość krążącego drenażu zewnętrznego, koszty leczenia i transportu na zewnątrz są wysokie. Brak outsourcingu leczenia uprawnionym podmiotom skutkowałby karami finansowymi nałożonymi przez odpowiednie władze. Dlatego też realizacja tego projektu znacząco obniża koszty oczyszczania ścieków ponoszone przez przedsiębiorstwo oraz potencjalne kary. Po drugie, zmniejsza koszty społeczne. Jeżeli krążący drenaż zewnętrzny byłby odprowadzany bez oczyszczenia, powstałe w ten sposób zanieczyszczenie wody zmniejszyłoby plony rolne i rybne, wpływając na rozwój otaczającego rolnictwa i rybołówstwa. Tym samym realizacja tego projektu znacząco obniża koszty społeczne. Po trzecie, pośrednio zmniejsza wydatki na leczenie mieszkańców. Bez tego projektu środowisko wód gruntowych zostałoby nieuchronnie zanieczyszczone, zagrażając zdrowiu okolicznych mieszkańców i znacznie zwiększając ich wydatki na leczenie. Dlatego też realizacja tego projektu pośrednio zmniejsza wydatki na leczenie mieszkańców. Wreszcie zwiększa wartość gruntów. Realizacja tego projektu ograniczy zanieczyszczenia pochodzące z obiegowego drenażu zewnętrznego elektrowni, dzięki czemu otaczające tereny staną się atrakcyjniejsze dla inwestycji i budowy fabryk.

5.2 Świadczenia społeczne

Realizacja tego projektu niesie ze sobą istotne korzyści społeczne. Po pierwsze, chroni otaczające środowisko wodne. Bezpośrednie odprowadzanie krążących ścieków zewnętrznych o wysokim stężeniu substancji szkodliwych spowodowałoby ogromne szkody w otaczającym środowisku wodnym i wpłynęłoby na ekosystem wodny. Po drugie, chroni zdrowie okolicznych mieszkańców i poprawia jakość ich życia. Wysokie stężenie materii organicznej w krążącym drenażu zewnętrznym spowodowałoby, że rzeki po spuszczeniu stałyby się czarne i miały nieprzyjemny zapach. Ponadto miałoby to znaczący wpływ na jakość wody, uniemożliwiając przeżycie zwierzętom wodnym, takim jak ryby, co prowadziłoby do pojawienia się-śmierdzących ryb oraz wpływałoby na środowisko życia i jakość życia okolicznych mieszkańców. Dlatego realizacja tego projektu w znacznym stopniu chroni zdrowie okolicznych mieszkańców.

5.3 Korzyści dla środowiska

Realizacja tego projektu znacznie zmniejsza zanieczyszczenie otaczających zbiorników wodnych z obiegowego drenażu zewnętrznego elektrowni i chroni środowisko życia pobliskich mieszkańców. Zmniejsza roczny ChZTcr o około 385 ton, BZT₅ o około 23 ton, TN o około 150 ton, TP o około 3 tony, a SS o około 370 ton.

6 Wniosek

Ten przypadek projektu pokazuje, że połączony proces AO, zbiornik reakcyjny Fenton i BAC skutecznie oczyszcza zanieczyszczenia w krążącym zewnętrznym drenażu z elektrowni, osiągając stabilną jakość ścieków, która spełnia określone normy dotyczące zrzutów. Redukcja ChZT sięga 85%, redukcja azotu całkowitego sięga 87%, a redukcja fosforu całkowitego sięga 90%. Chociaż wskaźniki usuwania BZT₅ i azotu amonowego nie są wysokie ze względu na niskie stężenia dopływających ścieków, nadal stale spełniają standardy. Pokazuje to, że połączony proces AO, zbiornik reakcyjny Fenton i BAC umożliwia osiągnięcie znaczących efektów oczyszczania i doskonałej jakości ścieków w przypadku zewnętrznego drenażu z obiegiem elektrowni. Ten połączony proces pozwala osiągnąć wysoki stopień automatyzacji, ma niskie wymagania techniczne i zapewnia prostą obsługę i zarządzanie. Stanowi cenne odniesienie dla innych projektów dotyczących obiegowego drenażu zewnętrznego z elektrowni, zapewniając jednocześnie znaczące korzyści ekonomiczne, społeczne i środowiskowe, mając ogromne znaczenie dla zrównoważonego rozwoju i funkcjonowania elektrowni.