Приложение на AO + Fenton Reaction Tank + BAC комбиниран процес за третиране на циркулиращ външен дренаж в електроцентрали
Системата за циркулираща вода е основна охлаждаща система, необходима за работата на електроцентралата. Принципът му включва въвеждане на студена вода в кондензатора за непрекъсната циркулация за охлаждане на модулите. Системата постига баланс чрез непрекъснато продухване и допълване с нови водоизточници. Част от водата в системата за циркулационна вода се нагрява и генерира пара, която се изхвърля в атмосферата през горната част, докато друга част се изхвърля в околната среда като циркулиращ външен дренаж от електроцентралата.
Понастоящем повечето домашни електроцентрали използват процес на "предварителна обработка + ултрафилтрация + обратна осмоза" за третиране на циркулиращ външен дренаж. Процесът на ултрафилтрация и обратна осмоза обаче има няколко проблема: (1) Неадекватните процеси на предварителна обработка водят до лоши ефекти от предварителната обработка, което намалява ефективността на обработката на следващите процеси. (2) По време на работа мембраните често и силно се задръстват от замърсители, което изисква от операторите да извършват често химическо почистване на мембраната, съкращавайки експлоатационния живот на мембраната, налагайки честа смяна на мембраната и водещо до високи разходи за подмяна на мембраната. Инхибиторите на котления камък и инхибиторите на корозията се утаяват по време на работа, запушвайки патронните филтри и мембраните за обратна осмоза, което води до често химическо почистване на мембраната и смяна на филтърния патрон по време на работа. Освен това, инхибиторите на котления камък и инхибиторите на корозията лесно реагират с високо-валентни йони, засягайки образуването на флокули, което води до лоша ефективност на коагулацията. (3) Мембранните системи изискват големи строителни инвестиции и изискват висока техническа експертиза от операторите по време на експлоатация и поддръжка.
Цялостна пречиствателна станция за отпадъчни води в определена електроцентрала прие комбинирания процес AO + реакционен резервоар на Fenton + BAC за пречистване на циркулиращ външен дренаж. Този процес не само постига добро качество на отпадните води и лесна работа, но също така значително намалява оперативните разходи на инсталацията и защитава околната екологична среда.
1 Анализ на качеството на отпадъчните води
Циркулационният външен дренаж от електроцентралата идва главно от вода, използвана за охлаждащи агрегати чрез непрекъсната циркулация в кондензатора. Този тип отпадъчни води се характеризират с ниска концентрация на органични вещества и слаба биоразградимост. Освен това, за да се предотврати образуването на котлен камък по тръбопровода по време на рециркулацията на охлаждащата вода, електроцентралата редовно добавя инхибитори на котлен камък и инхибитори на корозия към циркулиращата вода, което води до относително високо общо съдържание на азот в циркулиращата охлаждаща вода. Други характеристики включват висока соленост, високи концентрации на високо{3}}валентни йони като Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al3⁺ и относително висока твърдост.
Въз основа на тези характеристики на отпадъчните води, цялостната пречиствателна станция за отпадъчни води първо инсталира AO резервоар за отстраняване на амонячен азот и общия азот от отпадъчните води. Впоследствие беше инсталиран реакционен резервоар Fenton след процеса на биологично третиране, за да се генерират силни окислители чрез химическата реакция между водороден пероксид и железен сулфат, разлагащи непокорните органични съединения до лесно разградими и намалявайки химическото търсене на кислород и общия фосфор. Накрая бяха използвани наклонен тръбен утаителен резервоар и BAC резервоар за отстраняване на SS и амонячен азот, постигайки съответствие.
2 Преглед на проекта
2.1 Дебит и качество на водата
Дебитът е 220 m³/h. Качеството на входящата вода е определено въз основа на данни от мониторинга и качеството на отпадъчните води трябва да отговаря на стандартите за заустване от клас А на „Стандарт за заустване на замърсители за общинска пречиствателна станция за отпадъчни води“ (GB18918-2002). Както е показано вТаблица 1, вливащите се отпадъчни води в този проект се характеризират с висок CODcr, общ азот, общ фосфор и SS, със сравнително ниско съдържание на амонячен азот и общ фосфор.
| Таблица 1 Качество на входящата и изходящата вода | ||
| Параметър | Влиятелно качество на водата / (mg/L) | Качество на отпадъчните води / (mg/L) |
| CODcr | По-малко или равно на 240 | По-малко или равно на 50 |
| БПК₅ | По-малко или равно на 20 | По-малко или равно на 10 |
| Общ азот (TN) |
По-малко или равно на 90 | По-малко или равно на 15 |
| Общ фосфор (TP) |
По-малко или равно на 2 | По-малко или равно на 0,5 |
| Амонячен азот (NH₃-N) |
По-малко или равно на 0,5 | По-малко или равно на 5 |
| Суспендирани твърди вещества (SS) |
По-малко или равно на 200 | По-малко или равно на 10 |
2.2 Основни предизвикателства на проекта
Отпадъчните води в този проект са циркулационен външен дренаж от електроцентралата. Основните предизвикателства при пречистването са неподатливите замърсители като CODcr, общия фосфор и общия азот в производствените отпадъчни води.
(1) Отпадъчните води имат ниско съотношение B/C. По време на реалната експлоатация на този проект, входящият поток може да съдържа значително количество непокорна органична материя, която е трудна за биоразграждане, със съотношение B/C от приблизително 0,08, което попада в категорията трудно-за-биоразграждане. Процесът на обработка за този проект трябва да включва усъвършенствани мерки за окисление, за да се увеличи съотношението B/C и по този начин да се подобри биоразградимостта. Това представлява ключово предизвикателство при пречистването на отпадъчните води за този проект.
(2) Отпадъчните води съдържат високи нива на макромолекулни органични съединения, които са трудни за отстраняване само чрез конвенционално биологично третиране. Това е друго ключово предизвикателство при пречистването на отпадъчните води за този проект.
(3) За да се намалят оперативните разходи и да се подобри ефективността на проекта, проектът трябва да сведе до минимум броя на помпите, използвани за повдигане на отпадъчни води и утайки, и да използва максимално гравитационния поток. Това представлява ключов фокус за този проект и е много важно за намаляване на оперативните разходи.
2.3 Процес на лечение
(1) Процес на предварителна обработка. Отпадъчните води в този проект съдържат много видове замърсители, имат сложен състав и показват значителни вариации на pH, което прави цялостното пречистване трудно и скъпо. Изравнителен резервоар беше монтиран отделно в процеса на предварителна обработка за хомогенизиране и изравняване на потока, намалявайки влиянието на колебанията в качеството на водата върху системата за пречистване на отпадъчни води.
(2) Процес на биологично третиране. Процесът трябва да бъде усъвършенстван, зрял, ефективен, лесен за работа, високо интелигентен, да изисква минимално пространство и да има ниски оперативни разходи. Процесът "AO" беше избран за този проект. Този процес се използва широко в Китай, включващ напреднала и зряла технология, висока ефективност на пречистване, удобно производство, ниско производство на остатъчна утайка и надеждно качество на отпадъчните води.
(3) Разширен процес на лечение. Процесът „Окисление на Fenton + резервоар за утаяване с наклонена тръба + BAC“ беше избран като усъвършенстван процес на третиране за този проект. Този процес използва силните окислителни свободни радикали, генерирани от реакцията на Fenton, за да окисли и разложи остатъчните непокорни органични съединения, превръщайки ги в органични съединения, които могат да бъдат разградени от естествени микроорганизми. Едновременно с това той подобрява отстраняването на фосфора чрез химически мерки, служейки като предпазна мярка за осигуряване на пълно съответствие с фосфора. Впоследствие отстраняването на органичната материя завършва чрез утаяване в резервоара за утаяване с наклонена тръба и адсорбция и биоразграждане в резервоара за BAC, отговаряйки на стандартите за изхвърляне.
(4) Процес на третиране на утайки. Резервоарът за уплътняване на утайки има силен капацитет за съхранение, ниска консумация на енергия, ниски оперативни разходи и лесна работа. Винтовата преса има ниски разходи за оборудване и поддръжка, заема минимално пространство, консумира по-малко химикали, произвежда нисък шум и постига сухота на утайката между 20% и 25%, демонстрирайки добро обезводняване.
2.4 Диаграма на процеса
Пречиствателната станция за отпадъчни води приема процеса „AO резервоар + вторичен утаителен резервоар + Fenton реакционен резервоар + наклонен тръбен утаителен резервоар + BAC + дезинфекционен резервоар“, както е показано вФигура 1.
2.5 Процесни единици и функции
(1) Изравнителен резервоар. Намалява въздействието на колебанията на органичното натоварване върху последващите процеси на третиране, предотвратява бързите промени в дебита или качеството на водата да повлияят на процесите на третиране надолу по веригата (биологични или химични) и поддържа стабилна среда за микроорганизми в процесите на биологично третиране и стабилна реакционна среда в процесите на химическо третиране. В резервоара са монтирани потопяеми помпи за повдигане на отпадъчни води до аноксичен резервоар.
(2) AO резервоар. Резервоарът AO е оборудван с комбинирани набивки и потопяеми смесители. Комбинираната опаковка осигурява достатъчно жизнено пространство за денитрифициращи микроорганизми и аеробни микроорганизми, докато потопяемите миксери осигуряват равномерно разпределение на органичната материя във водата. В аноксичния резервоар по-голямата част от амонячния азот се отстранява. В аеробния резервоар повечето органични вещества се отстраняват, амонячният азот се превръща в нитратен азот и се създава аеробна среда за фосфор-акумулиращите организми да усвоят фосфора. Богатата на фосфор-утайка в крайна сметка се отстранява във вторичния утаителен резервоар като утайка.
(3) Вторичен резервоар за утаяване. Вторичният утаителен резервоар е оборудван със скрепер с подвижни мостове и помпи за утайка. След утаяване утайката се изгребва в бункера за утайки от подвижния мостов скрепер и след това се изпомпва в резервоара за утайки чрез помпи за утайки, което значително намалява SS в отпадъчните води.
(4) Реакционен резервоар на Fenton. При ниско pH, H2O2 се разлага каталитично от Fe²⁺, за да се получи ·OH, който може да окисли повечето органични съединения във водата. Той може също така напълно да окисли органични съединения, които са трудни за третиране с биологични или конвенционални химични окислителни реакции. ·OH реагира с органични вещества в отпадъчните води, като ги разлага на CO₂ и вода, като значително намалява концентрацията на трудни{4}}-за третиране органични съединения в отпадъчните води и увеличава съотношението B/C, като по този начин подобрява ефективността на пречистване на последващия BAC резервоар.
(5) Утаителен резервоар с наклонена тръба. Уплътнението на наклонената тръба в утаителния резервоар с наклонена тръба агрегира суспендирани твърди вещества и флокули, образувани в реакционния резервоар на Fenton на повърхността на наклонените тръби. Чрез гравитацията утайката се утаява на дъното и се изпомпва към резервоара за сгъстяване на утайката от помпи за утайка, намалявайки SS в отпадъчните води.
(6) Междинен резервоар. Осигурява стабилно качество на отпадъчните води и дебит, като гарантира равномерно и стабилно филтриране във филтъра с биологичен активен въглен и подобрява ефективността на филтриране на BAC резервоара.
(7) Резервоар за BAC и резервоар за обратно промиване. Резервоарът BAC съдържа филтърна среда с активен въглен, която има силен адсорбционен капацитет, ефективно филтрира вредните вещества и микроорганизми във водата и премахва суспендираните твърди вещества. Резервоарът за обратно промиване е оборудван с помпи за обратно промиване за обратно промиване на филтърната среда във филтъра, предотвратявайки запушване.
(8) Резервоар за дезинфекция. Натриевият хипохлорит се добавя към резервоара, за да убие вредните бактерии във водата, намалявайки съдържанието на вредни бактерии в отпадъчните води.
(9) Резервоар за утайки и винтова преса. Утайката от AO резервоара, вторичния утаителен резервоар, наклонения тръбен утаителен резервоар и BAC резервоара се изпомпва в резервоара за утайки чрез помпи за утайки. След сгъстяване утайката се изпомпва в шнековата преса чрез помпи за утайка (с катионен PAM, добавен по време на обезводняването). Чрез резервоара за уплътняване на утайката и шнековата преса съдържанието на влага в утайката се намалява значително, което улеснява изхвърлянето.
2.6 Характеристики на комбинирания процес
(1) AO резервоарът има висока ефективност на отстраняване на органични вещества, амонячен азот и други замърсители в отпадъчните води. В аноксичния резервоар бактериите консумират органични съединения, съдържащи C, за да допълнят енергията си и да намалят нитратния азот, върнат от аеробния резервоар, до N₂, завършвайки денитрификацията, като същевременно премахва част от BOD5. Реакциите на хидролиза протичат и в аноксичния резервоар, увеличавайки съотношението B/C на отпадъчните води и подобрявайки тяхната биоразградимост. В аеробния резервоар по-голямата част от органичните вещества и фосфора се отстраняват и амонячният азот се превръща в нитратен азот.
(2) Реакционният резервоар на Fenton използва силно окисляващи реагенти на Fenton (Fe²⁺ и H2O₂, смесени в определена пропорция), за да произведе силно окисляващ ·OH, което осигурява добри ефекти на окислителна обработка. Продуктите на реакцията CO₂ и водата са не-токсични и безвредни. Процесът има добри експлоатационни характеристики, относително ниска скорост на пречистване и цена при стайна температура, висока ефективност на окисление, ниски разходи за пречистване и може значително да намали трудността на пречистването на отпадъчни води.
(3) От гледна точка на предприятието, подреждането първо на AO резервоара и след това на резервоара за реакция на Fenton значително намалява оперативните разходи в сравнение с подреждането първо на резервоара за реакция на Fenton и след това на резервоара за AO. Ако резервоарът за реакция на Fenton беше поставен първо и след това резервоарът за AO, органичното натоварване върху резервоара за AO ще се увеличи, изисквайки от него да третира високо-валентни органични молекули, образувани от окисляването на непокорни органични съединения в резервоара за реакция на Fenton. Това би наложило добавянето на големи количества въглеродни източници по време на работа, значително увеличавайки разходите за доставка на въглеродни източници и оперативните разходи. Подреждането първо на AO резервоара и след това на реакционния резервоар на Fenton позволява третиране на разградима органична материя в предната секция и непокорна органична материя в задната секция, намалявайки оперативните разходи, като същевременно значително намалява концентрацията на органична материя в отпадъчните води.
(4) Като се има предвид високата COD във входящата вода, BAC беше избран като усъвършенстван процес на пречистване за допълнително намаляване на органичните вещества в отпадъчните води. Активният въглен има голяма специфична повърхност, което позволява на органичните вещества и микроорганизмите да се придържат към него, удължавайки времето им за контакт и по този начин подобрявайки ефективността на микробното разлагане. В допълнение към активен въглен, резервоарът е оборудван и със система за аериране, която не само увеличава скоростта на движение на органичната материя във водата, осигурява кислород на микроорганизмите и подобрява ефективността на пречистване, но също така насърчава контакта между суспендираните микроорганизми и органичните вещества в потока, повишавайки ефективността на третиране на суспендираните микроорганизми.
2.7 Процесни единици и параметри
Процесните единици и параметрите за този проект са показани вТаблица 2.
| Таблица 2 Параметри на технологичния блок | ||||
| единица | ХЗТ (h) | Ефективна вода Дълбочина (m) |
Ефективен обем (m3) |
Забележки |
| Изравнителен резервоар | 1.7 | 5.5 | 378 | |
| Аноксичен резервоар | 15.3 | 6.1 | 3355 | |
| Аеробен танк | 5.1 | 6 | 1122 | |
| Вторичен утаителен резервоар | / | 5.6 | / | Скорост на натоварване на повърхността: 1.05 m3/(m2·h) |
| Реакционен резервоар Fenton | 4 | 5.5 | 1072.5 | |
| Наклонена тръба Утаителен резервоар |
/ | 5.1 | / | Скорост на натоварване на повърхността: 1.13 m3/(m2·h) |
| Междинен резервоар | 0.2 | 5.1 | 51 | |
| BAC резервоар | / | 5.5 | 275 | Интензивност на обратното промиване с вода: 25 m3/(m2·h) |
| Интензитет на обратно промиване на въздуха: 40 m3/(m2·h) |
||||
| Резервоар за обратна промивка | 1.7 | 5.5 | 374 | |
| Резервоар за дезинфекция | 0.54 | 5.4 | 118.8 | |
3 Състояние на операцията
Този проект премина одобрение през юни 2022 г., като всички показатели за замърсители в отпадъчните води отговарят на определените стандарти за заустване, показани вТаблица 3.
| Таблица 3 Статус на работа | ||
| Параметър | Индикатор за наблюдавани отпадъчни води /(мг/л) |
Проектен индикатор за отпадъчни води /(мг/л) |
| CODcr | 36–40 | По-малко или равно на 50 |
| БПК₅ | 7–9 | По-малко или равно на 10 |
| Общ азот (TN) |
11–13.5 | По-малко или равно на 15 |
| Общ фосфор (TP) |
0.2–0.4 | По-малко или равно на 0,5 |
| Амонячен азот (NH₃-N) |
0.3–0.5 | По-малко или равно на 5 |
| Суспендирани твърди вещества (SS) |
5–8 | По-малко или равно на 10 |
4 Оперативни разходи
Общите оперативни разходи за този проект са показани вТаблица 4.
| Таблица 4 Общи оперативни разходи | |||||
| не | Разходна позиция | цена /(юани/месец) |
Разходи за лечение /(RMB/тон) |
Капацитет за лечение /(m3/h) |
Забележки |
| 1 | Разходи за електроенергия | 62,944.27 | 0.4 | 220 | Изчислено на базата на 30 дни на месец |
| 2 | Разходи за вода | 6,849.75 | 0.04 | ||
| 3 | Химически разходи | 272,776.01 | 1.72 | ||
| 4 | Разходи за труд | 27,000.00 | 0.17 | ||
| 5 | Общо | 369,570.03 | 2.33 | ||
5 Икономически, социални и екологични ползи
5.1 Икономически ползи
Реализацията на този проект има значителни икономически ползи. Първо, намалява разходите на предприятието. Без този проект обработката на циркулиращия външен дренаж от електроцентралата ще изисква възлагане на външни изпълнители на квалифицирани организации. Поради високата концентрация и големия обем на циркулиращия външен дренаж, разходите за пречистване и транспортиране на външни изпълнители са високи. Невъзлагането на лечение на квалифицирани организации би довело до глоби от съответните органи. Следователно реализацията на този проект значително намалява разходите на предприятието за пречистване на отпадъчни води и потенциалните глоби. Второ, намалява социалните разходи. Ако циркулиращият външен дренаж се изхвърли непречистен, полученото замърсяване на водата би намалило добивите от селското стопанство и рибарството, което би засегнало развитието на околното земеделие и рибарство. Така реализацията на този проект значително намалява социалните разходи. Трето, косвено намалява медицинските разходи на жителите. Без този проект подпочвените води неизбежно ще бъдат замърсени, застрашавайки здравето на околните жители и значително увеличавайки медицинските им разходи. Следователно изпълнението на този проект косвено намалява медицинските разходи на жителите. И накрая, това увеличава стойността на земята. Изпълнението на този проект намалява замърсяването от циркулиращия външен дренаж на електроцентралата, което прави околните терени по-привлекателни за инвестиции и изграждане на заводи.
5.2 Социални придобивки
Реализацията на този проект има значителни социални ползи. Първо, защитава околната водна среда. Директното изхвърляне на циркулиращ външен дренаж с високи концентрации на вредни вещества би причинило голяма вреда на заобикалящата водна среда и би засегнало водната екосистема. Второ, защитава здравето на жителите наблизо и подобрява качеството им на живот. Високата концентрация на органична материя в циркулиращия външен дренаж би накарала реките да станат черни и миризливи, ако бъдат заустени. В допълнение, това би повлияло значително на качеството на водата, което би направило невъзможно оцеляването на водни животни, като риба, което би довело до неприятна-мирис на риба и би повлияло на жизнената среда и качеството на живот на околните жители. Ето защо реализацията на този проект значително защитава здравето на жителите наблизо.
5.3 Ползи за околната среда
Изпълнението на този проект значително намалява замърсяването на околните водоеми от циркулационния външен дренаж на електроцентралата и защитава жизнената среда на жителите наблизо. Той намалява годишно CODcr с приблизително 385 тона, BOD5 с приблизително 23 тона, TN с приблизително 150 тона, TP с приблизително 3 тона и SS с приблизително 370 тона.
6 Заключение
Този проект демонстрира, че комбинираният процес AO + реакционен резервоар Fenton + BAC ефективно третира замърсителите в циркулиращия външен дренаж от електроцентрали, постигайки стабилно качество на отпадъчните води, което отговаря на определени стандарти за заустване. Намаляването на CODcr достига 85%, общото намаляване на азота достига 87%, а общото намаляване на фосфора достига 90%. Въпреки че нивата на отстраняване на БПК5 и амонячен азот не са високи поради ниските им влиятелни концентрации, те все още постоянно отговарят на стандартите. Това демонстрира, че комбинираният процес AO + реакционен резервоар на Fenton + BAC постига значителни ефекти на пречистване и отлично качество на отпадъчните води за циркулационен външен дренаж на електроцентрала. Този комбиниран процес може да постигне висока степен на автоматизация, има ниски технически изисквания и предлага проста работа и управление. Той предоставя ценна справка за други проекти, третиращи циркулиращия външен дренаж от електроцентрали, като същевременно осигурява значителни икономически, социални и екологични ползи, имащи голямо значение за устойчивото развитие и експлоатация на електроцентралите.