Aplicarea procesului combinat AO-Fenton-BAC în tratarea drenajului extern circulant al centralei electrice Descriere

Aplicarea procesului combinat AO + rezervor de reacție Fenton + BAC pentru tratarea drenajului extern circulant în centralele electrice

Sistemul de circulație a apei este un sistem de răcire esențial necesar pentru funcționarea centralei electrice. Principiul său presupune introducerea apei rece în condensator pentru circulație continuă pentru răcirea unităților. Sistemul atinge echilibrul prin purjare continuă și reumplere cu noi surse de apă. O parte din apa din sistemul de circulație a apei se încălzește și generează abur, care este evacuat în atmosferă prin partea superioară, în timp ce o altă parte este evacuată în mediu ca drenaj extern circulant de la centrala electrică.

În prezent, majoritatea centralelor electrocasnice utilizează un proces de „pretratare + ultrafiltrare + osmoză inversă” pentru tratarea drenajului extern circulant. Cu toate acestea, procesul de ultrafiltrare și osmoză inversă are mai multe probleme: (1) Procesele inadecvate de pretratare au ca rezultat efecte slabe de pretratare, ceea ce reduce eficiența tratării proceselor ulterioare. (2) În timpul funcționării, membranele sunt înfundate frecvent și grav de poluanți, ceea ce impune operatorilor să efectueze curățare chimică frecventă a membranei, scurtând durata de viață a membranei, necesitând înlocuirea frecventă a membranei și ducând la costuri mari de înlocuire a membranei. Inhibitorii de calcar și inhibitorii de coroziune precipită în timpul funcționării, înfundând filtrele cu cartuș și membranele de osmoză inversă, ceea ce duce la curățarea frecventă a membranei chimice și la înlocuirea cartuşului filtrant în timpul funcționării. În plus, inhibitorii de detartrare și inhibitorii de coroziune reacționează cu ușurință cu ionii de înaltă-valentă, afectând formarea de floc, ceea ce duce la o eficiență slabă a coagulării. (3) Sistemele cu membrană necesită investiții mari în construcție și necesită expertiză tehnică ridicată din partea operatorilor în timpul exploatării și întreținerii.

O stație cuprinzătoare de tratare a apelor uzate la o anumită centrală electrică a adoptat procesul combinat AO + rezervor de reacție Fenton + BAC pentru a trata drenajul extern circulant. Acest proces nu numai că realizează o bună calitate a efluentului și o operare simplă, dar reduce semnificativ costurile de operare ale instalației și protejează mediul ecologic înconjurător.
 

1 Analiza calității apelor uzate

Drenajul extern circulant de la centrala electrica provine in principal din apa folosita pentru unitatile de racire prin circulatie continua in condensator. Acest tip de apă uzată se caracterizează prin concentrație scăzută de materie organică și biodegradabilitate slabă. În plus, pentru a preveni detartrarea conductei în timpul recircularei apei de răcire, centrala electrică adaugă în mod regulat inhibitori de calcar și inhibitori de coroziune în apa în circulație, rezultând un conținut total de azot relativ ridicat în apa de răcire care circulă. Alte caracteristici includ salinitate ridicată, concentrații mari de ioni cu valentă înaltă, cum ar fi Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺ și duritate relativ mare.

Pe baza acestor caracteristici ale apei uzate, stația cuprinzătoare de tratare a apelor uzate a instalat mai întâi un rezervor AO pentru a elimina azotul amoniac și azotul total din apele uzate. Ulterior, după procesul de tratare biologică a fost instalat un rezervor de reacție Fenton pentru a genera oxidanți puternici prin reacția chimică dintre peroxidul de hidrogen și sulfatul feros, descompunând compușii organici recalcitranți în compuși ușor degradabili și reducând necesarul chimic de oxigen și fosfor total. În cele din urmă, un rezervor de sedimentare cu tub înclinat și un rezervor de BAC au fost folosite pentru a îndepărta SS și azotul de amoniac, obținându-se conformitatea.

2 Prezentare generală a proiectului

2.1 Debitul și calitatea apei

Debitul este de 220 m³/h. Calitatea apei influente a fost determinată pe baza datelor de monitorizare, iar calitatea efluentului trebuie să respecte standardele de deversare de clasa A din „Standardul de evacuare a poluanților pentru stația de epurare a apelor uzate municipale” (GB18918-2002). După cum se arată înTabelul 1, apele uzate influente din acest proiect sunt caracterizate de CODcr ridicat, azot total, fosfor total și SS, cu azot amoniac și fosfor total relativ scăzut.

 2.2 Principalele provocări ale proiectului

Apele uzate din acest proiect circulă prin drenaj extern de la centrala electrică. Provocările cheie în tratare sunt poluanții recalcitranți, cum ar fi CODcr, fosfor total și azot total din apele uzate de producție.

(1) Apa uzată are un raport B/C scăzut. În timpul funcționării efective a acestui proiect, influentul poate conține o cantitate semnificativă de materie organică recalcitrantă care este greu de biodegradat, cu un raport B/C de aproximativ 0,08, care se încadrează în categoria dificil-de-biodegradabil. Procesul de tratare pentru acest proiect trebuie să includă măsuri avansate de oxidare pentru a crește raportul B/C și, prin urmare, a îmbunătăți biodegradabilitatea. Aceasta reprezintă o provocare cheie în tratarea apelor uzate pentru acest proiect.

(2) Apa uzată conține niveluri ridicate de compuși organici macromoleculari, care sunt greu de îndepărtat doar prin tratarea biologică convențională. Aceasta este o altă provocare cheie în tratarea apelor uzate pentru acest proiect.

(3) Pentru a reduce costurile de operare și a îmbunătăți eficiența proiectului, proiectarea ar trebui să minimizeze numărul de pompe utilizate pentru ridicarea apelor uzate și a nămolului și să utilizeze la maximum debitul gravitațional. Acesta reprezintă un accent cheie pentru acest proiect și este foarte semnificativ pentru reducerea costurilor de operare.

2.3 Procesul de tratament

(1) Proces de pretratare. Apele uzate din acest proiect conțin multe tipuri de poluanți, au o compoziție complexă și prezintă variații semnificative ale pH-ului, ceea ce face ca tratarea completă să fie dificilă și costisitoare. Un rezervor de egalizare a fost instalat separat în procesul de pretratare pentru omogenizarea și egalizarea debitului, reducând impactul fluctuațiilor calității apei asupra sistemului de epurare a apelor uzate.

(2) Proces de tratare biologică. Procesul trebuie să fie avansat, matur, eficient, ușor de operat, foarte inteligent, să necesite spațiu minim și să aibă costuri de operare reduse. Procesul „AO” a fost selectat pentru acest proiect. Acest proces este utilizat pe scară largă în China, oferind tehnologie avansată și matură, eficiență ridicată de purificare, fabricație convenabilă, producție scăzută de nămol rezidual și calitate fiabilă a efluentului.

(3) Proces de tratament avansat. Procesul „Oxidare Fenton + rezervor de sedimentare tub înclinat + BAC” a fost selectat drept proces avansat de tratare pentru acest proiect. Acest proces folosește radicalii liberi oxidanți puternici generați de reacția Fenton pentru a oxida și a descompune compușii organici recalcitranți reziduali, transformându-i în compuși organici care pot fi degradați de microorganismele naturale. În același timp, îmbunătățește eliminarea fosforului prin măsuri chimice, servind drept garanție pentru a asigura conformitatea totală cu fosforul. Ulterior, îndepărtarea materiei organice este finalizată prin sedimentare în rezervorul de sedimentare cu tub înclinat și adsorbție și biodegradare în rezervorul BAC, respectând standardele de descărcare.

(4) Procesul de tratare a nămolului. Rezervorul de îngroșare a nămolului are o capacitate mare de stocare, un consum redus de energie, costuri de operare reduse și o funcționare simplă. Presa cu șurub are costuri reduse de echipare și întreținere, ocupă spațiu minim, consumă mai puține substanțe chimice, produce zgomot redus și realizează uscarea turtei de nămol între 20% și 25%, demonstrând performanțe bune de deshidratare.

2.4 Diagrama fluxului procesului

Stația de epurare a apelor uzate adoptă procesul „rezervor AO + rezervor de sedimentare secundar + rezervor de reacție Fenton + rezervor de sedimentare cu tub înclinat + BAC + rezervor de dezinfecție”, așa cum se arată înFigura 1.

2.5 Unități și funcții de proces

(1) Rezervor de egalizare. Reduce impactul fluctuațiilor încărcăturii organice asupra proceselor de tratare ulterioare, previne modificările rapide ale debitului sau calității apei să afecteze procesele de tratare din aval (biologice sau chimice) și menține un mediu stabil pentru microorganisme în procesele de tratare biologică și un mediu de reacție stabil în procesele de tratare chimică. În rezervor sunt instalate pompe submersibile pentru ridicarea apelor uzate în rezervorul anoxic.

(2) rezervor AO. Rezervorul AO este echipat cu ambalaje combinate și mixere submersibile. Ambalajul combinat oferă spațiu amplu de locuit pentru microorganismele denitrificatoare și microorganismele aerobe, în timp ce mixerele submersibile asigură distribuția uniformă a materiei organice în apă. În rezervorul anoxic, majoritatea azotului amoniac este îndepărtat. În rezervorul aerob, cea mai mare parte a materiei organice este îndepărtată, azotul de amoniac este transformat în azot nitrat și este creat un mediu aerob pentru ca organismele care acumulează-fosfor să absoarbă fosfor. Nămolul bogat-fosforului este în cele din urmă îndepărtat în rezervorul de sedimentare secundar sub formă de nămol.

(3) Rezervor secundar de sedimentare. Rezervorul de sedimentare secundar este echipat cu un racletor de pod și pompe de nămol. După sedimentare, nămolul este răzuit în buncărul de nămol de către racleta de pod și apoi pompat în rezervorul de nămol cu ​​ajutorul pompelor de nămol, reducând semnificativ SS în apele uzate.

(4) Rezervor de reacție Fenton. La pH scăzut, H₂O₂ este descompus catalitic de Fe²⁺ pentru a produce ·OH, care poate oxida majoritatea compușilor organici din apă. De asemenea, poate oxida complet compușii organici care sunt dificil de tratat cu reacții de oxidare chimică biologice sau convenționale. ·OH reacționează cu substanțele organice din apele uzate, descompunându-le în CO₂ și apă, reducând semnificativ concentrația de compuși organici greu-de-tratați în apa uzată și crescând raportul B/C, îmbunătățind astfel eficiența de tratare a rezervorului BAC ulterior.

(5) Rezervor de sedimentare cu tub înclinat. Ambalarea tubului înclinat în rezervorul de sedimentare a tubului înclinat agregă solidele în suspensie și flocurile formate în rezervorul de reacție Fenton pe suprafața tuburilor înclinate. Prin gravitație, nămolul se depune la fund și este pompat în rezervorul de îngroșare a nămolului de către pompe de nămol, reducând SS în apele uzate.

(6) Rezervor intermediar. Asigură o calitate și un debit stabil al apei uzate, garantând o filtrare uniformă și stabilă în filtrul de cărbune activ biologic și îmbunătățind eficiența de filtrare a rezervorului BAC.

(7) Rezervor BAC și rezervor de spălare în contrasens. Rezervorul BAC conține medii filtrante cu cărbune activ, care au o capacitate puternică de adsorbție, filtrănd eficient substanțele nocive și microorganismele din apă și eliminând solidele în suspensie. Rezervorul de spălare în contra-spalare este echipat cu pompe de spălare în contra-spalare pentru a spăla în contravaloare mediul de filtrare din filtru, prevenind înfundarea.

(8) Rezervor de dezinfecție. Hipoclorit de sodiu este adăugat în rezervor pentru a ucide bacteriile dăunătoare din apă, reducând conținutul bacterian dăunător al apei uzate.

(9) Rezervor de nămol și presa cu șurub. Nămolul din rezervorul AO, rezervorul de sedimentare secundar, rezervorul de sedimentare cu tub înclinat și rezervorul BAC este pompat în rezervorul de nămol de pompe de nămol. După îngroșare, nămolul este pompat în presa cu șurub de către pompe de nămol (cu PAM cationic adăugat în timpul deshidratării). Prin rezervorul de îngroșare a nămolului și presa cu șurub, conținutul de umiditate al nămolului este redus semnificativ, facilitând eliminarea.

2.6 Caracteristicile procesului combinat

(1) Rezervorul AO are o eficiență ridicată de îndepărtare a materiei organice, azot amoniac și alți poluanți din apele uzate. În rezervorul anoxic, bacteriile consumă compuși organici care conțin C pentru a-și suplimenta energia și pentru a reduce azotul nitrat returnat din rezervorul aerob la N₂, completând denitrificarea în același timp eliminând o parte din BOD₅. Reacțiile de hidroliză apar și în rezervorul anoxic, crescând raportul B/C al apei uzate și îmbunătățind biodegradabilitatea acesteia. În rezervorul aerob, majoritatea materiei organice și a fosforului sunt îndepărtate, iar azotul amoniac este transformat în azot nitrat.

(2) Rezervorul de reacție Fenton folosește reactivi Fenton puternic oxidanți (Fe²⁺ și H₂O₂ amestecate într-o anumită proporție) pentru a produce ·OH puternic oxidant, care oferă efecte bune de tratament de oxidare. Produșii de reacție CO₂ și apa sunt ne-toxici și inofensivi. Procesul are caracteristici operaționale bune, viteză de tratare relativ scăzută și cost la temperatura camerei, eficiență ridicată de oxidare, costuri reduse de tratare și poate reduce semnificativ dificultatea epurării apelor uzate.

(3) Din perspectiva întreprinderii, aranjarea mai întâi a rezervorului AO și apoi a rezervorului de reacție Fenton reduce semnificativ costurile de operare în comparație cu aranjarea mai întâi a rezervorului de reacție Fenton și apoi a rezervorului AO. Dacă rezervorul de reacție Fenton ar fi plasat mai întâi și apoi rezervorul de AO, sarcina organică a rezervorului de AO ar crește, necesitând tratarea moleculelor organice cu valent-înaltă formate din oxidarea compușilor organici recalcitranți din rezervorul de reacție Fenton. Acest lucru ar necesita adăugarea unor cantități mari de surse de carbon în timpul funcționării, crescând semnificativ costurile de achiziție a surselor de carbon și costurile de operare. Aranjarea mai întâi a rezervorului AO și apoi a rezervorului de reacție Fenton permite tratarea materiei organice degradabile în secțiunea frontală și a materiei organice recalcitrante în secțiunea din spate, reducând costurile de operare, reducând în același timp semnificativ concentrația de materie organică în apele uzate.

(4) Având în vedere COD ridicat în influent, BAC a fost selectat ca proces avansat de tratare pentru a reduce în continuare materia organică din apele uzate. Cărbunele activ are o suprafață specifică mare, permițând materiei organice și microorganismelor să adere la el, prelungindu-le timpul de contact și îmbunătățind astfel eficiența de descompunere microbiană. Pe lângă cărbunele activ, rezervorul este echipat și cu un sistem de aerare, care nu numai că mărește viteza de mișcare a materiei organice în apă, oferă oxigen microorganismelor și îmbunătățește eficiența purificării, dar și promovează contactul dintre microorganismele în suspensie și substanțele organice din afluent, sporind eficiența tratării microorganismelor în suspensie.

2.7 Unități de proces și parametri

Unitățile de proces și parametrii pentru acest proiect sunt afișați înTabelul 2.

3 Stare de funcționare

Acest proiect a trecut de acceptare în iunie 2022, toți indicatorii de poluanți din efluent îndeplinesc standardele de deversare specificate, prezentate înTabelul 3.

4 Costuri de exploatare

Costurile totale de operare pentru acest proiect sunt prezentate înTabelul 4.

5 Beneficii economice, sociale și de mediu

5.1 Beneficii economice 

Implementarea acestui proiect are beneficii economice semnificative. În primul rând, reduce costurile întreprinderii. Fără acest proiect, tratarea drenajului extern circulant din centrală ar necesita externalizarea către entități calificate. Datorită concentrației mari și volumului mare al drenajului extern circulant, costurile de externalizare a tratamentului și transportului sunt mari. Neexternalizarea tratamentului către entități calificate ar duce la amenzi din partea autorităților relevante. Prin urmare, implementarea acestui proiect reduce semnificativ costurile de tratare a apelor uzate ale întreprinderii și eventualele amenzi. În al doilea rând, reduce costurile sociale. Dacă drenajul extern circulant ar fi evacuat netratat, poluarea apei rezultată ar reduce randamentele agricole și piscicole, afectând dezvoltarea agriculturii și pescuitului din jur. Astfel, implementarea acestui proiect reduce semnificativ costurile sociale. În al treilea rând, reduce indirect cheltuielile medicale ale rezidenților. Fără acest proiect, mediul freatic ar fi inevitabil poluat, punând în pericol sănătatea locuitorilor din jur și crescând semnificativ cheltuielile medicale ale acestora. Prin urmare, implementarea acestui proiect reduce indirect cheltuielile medicale ale rezidenților. În cele din urmă, crește valoarea terenului. Implementarea acestui proiect reduce poluarea din drenajul extern circulant al centralei, făcând terenul înconjurător mai atractiv pentru investiții și construcție de fabrici.

5.2 Beneficii sociale

Implementarea acestui proiect are beneficii sociale semnificative. În primul rând, protejează mediul de apă din jur. Deversarea directă a drenajului extern circulant cu concentrații mari de substanțe nocive ar provoca daune mari mediului acvatic înconjurător și ar afecta ecosistemul acvatic. În al doilea rând, protejează sănătatea locuitorilor din apropiere și le îmbunătățește calitatea vieții. Concentrația mare de materie organică din drenajul extern circulant ar face ca râurile să devină negre și mirositoare dacă sunt evacuate. În plus, ar afecta în mod semnificativ calitatea apei, făcând imposibilă supraviețuirea animalelor acvatice, cum ar fi peștii, ducând la-pești urât mirositori și afectând mediul de viață și calitatea vieții rezidenților din jur. Prin urmare, implementarea acestui proiect protejează foarte mult sănătatea locuitorilor din apropiere.

5.3 Beneficii pentru mediu

Implementarea acestui proiect reduce semnificativ poluarea corpurilor de apă din jur de la drenajul extern circulant al centralei și protejează mediul de viață al locuitorilor din apropiere. Reduce anual CODcr cu aproximativ 385 tone, BOD₅ cu aproximativ 23 tone, TN cu aproximativ 150 tone, TP cu aproximativ 3 tone și SS cu aproximativ 370 tone.

6 Concluzie

Acest caz de proiect demonstrează că procesul combinat AO + rezervor de reacție Fenton + BAC tratează eficient poluanții din drenajul extern circulant din centralele electrice, obținând o calitate stabilă a efluentului care îndeplinește standardele de deversare specificate. Reducerea CODcr ajunge la 85%, reducerea totală a azotului ajunge la 87%, iar reducerea totală a fosforului ajunge la 90%. Deși ratele de îndepărtare pentru BOD₅ și azotul amoniac nu sunt ridicate din cauza concentrațiilor lor scăzute de influent, ele îndeplinesc totuși standardele în mod constant. Acest lucru demonstrează că procesul combinat AO + rezervor de reacție Fenton + BAC realizează efecte de tratare semnificative și o calitate excelentă a efluentului pentru centrala electrică care circulă drenaj extern. Acest proces combinat poate atinge un grad ridicat de automatizare, are cerințe tehnice scăzute și oferă o operare și un management simplu. Acesta oferă o referință valoroasă pentru alte proiecte care tratează drenajul extern circulant de la centralele electrice, oferind în același timp beneficii economice, sociale și de mediu semnificative, având o mare importanță pentru dezvoltarea durabilă și funcționarea centralelor electrice.