Застосування комбінованого процесу AO-Fenton-BAC для обробки циркуляційного зовнішнього дренажу електростанції Опис

Застосування комбінованого процесу AO + реакційного резервуару Фентона + BAC для очищення циркуляційного зовнішнього дренажу на електростанціях

Система циркуляційної води є важливою системою охолодження, необхідною для роботи електростанції. Його принцип передбачає введення холодної води в конденсатор для безперервної циркуляції для охолодження агрегатів. Система досягає балансу шляхом постійної продувки та поповнення новими джерелами води. Частина води в системі циркуляційної води нагрівається і генерує пару, яка викидається в атмосферу через верхню частину, а інша частина скидається в навколишнє середовище у вигляді циркуляційного зовнішнього дренажу з електростанції.

Зараз більшість вітчизняних електростанцій використовують процес «попередня очистка + ультрафільтрація + зворотний осмос» для очищення циркуляційного зовнішнього дренажу. Проте процес ультрафільтрації та зворотного осмосу має кілька проблем: (1) Неадекватні процеси попередньої обробки призводять до поганого ефекту попередньої обробки, що знижує ефективність очищення наступних процесів. (2) Під час роботи мембрани часто й сильно забиваються забруднювачами, що вимагає від операторів частого хімічного очищення мембрани, що скорочує термін служби мембрани, вимагає частої заміни мембрани та призводить до високих витрат на заміну мембрани. Інгібітори накипу та інгібітори корозії випадають в осад під час роботи, засмічуючи картриджні фільтри та мембрани зворотного осмосу, що призводить до частого хімічного очищення мембрани та заміни фільтруючого картриджа під час роботи. Крім того, інгібітори накипу та інгібітори корозії легко вступають у реакцію з високо-валентними іонами, впливаючи на утворення пластівців, що призводить до низької ефективності коагуляції. (3) Мембранні системи потребують великих інвестицій у будівництво та вимагають від операторів високих технічних знань під час експлуатації та обслуговування.

Станція комплексної очистки стічних вод на певній електростанції застосувала комбінований процес AO + реакційний резервуар Fenton + BAC для очищення циркуляційного зовнішнього дренажу. Цей процес забезпечує не тільки хорошу якість стоків і простоту експлуатації, але також значно знижує експлуатаційні витрати установки та захищає навколишнє екологічне середовище.
 

1 Аналіз якості стічних вод

Циркуляційний зовнішній дренаж із електростанції в основному походить від води, яка використовується для охолодження агрегатів через безперервну циркуляцію в конденсаторі. Цей тип стічних вод характеризується низькою концентрацією органічних речовин і поганою здатністю до біологічного розкладання. Крім того, щоб запобігти утворенню накипу в трубопроводі під час рециркуляції охолоджувальної води, електростанція регулярно додає в циркуляційну воду інгібітори накипу та інгібітори корозії, що призводить до відносно високого загального вмісту азоту в циркуляційній охолоджуючій воді. Інші характеристики включають високу солоність, високі концентрації високо{3}}валентних іонів, таких як Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, і відносно високу твердість.

Виходячи з цих характеристик стічних вод, комплексна очисна станція спочатку встановила резервуар AO для видалення аміачного азоту та загального азоту зі стічних вод. Згодом після процесу біологічної обробки було встановлено реакційний резервуар Фентона для генерування сильних окислювачів через хімічну реакцію між перекисом водню та сульфатом заліза, що розкладає непокірні органічні сполуки на легко розкладані та зменшує хімічну потребу в кисні та загальний фосфор. Нарешті, для видалення SS і аміачного азоту використовували похилий трубчастий відстійник і резервуар BAC, щоб досягти відповідності.

2 Огляд проекту

2.1 Витрата та якість води

Витрата 220 м³/год. Якість води, що надходить, була визначена на основі даних моніторингу, і якість стоків повинна відповідати стандартам скидів класу А "Стандарту скидів забруднюючих речовин для муніципальних очисних споруд" (GB18918-2002). Як показано вТаблиця 1, стічні води, що надходять у цьому проекті, характеризуються високим вмістом CODcr, загальним азотом, загальним фосфором і SS, з відносно низьким вмістом аміачного азоту та загального фосфору.

 2.2 Основні виклики проекту

Стічні води в цьому проекті є циркуляційним зовнішнім дренажем електростанції. Основними проблемами в очищенні є стійкі забруднювачі, такі як CODcr, загальний фосфор і загальний азот у виробничих стічних водах.

(1) Стічні води мають низький коефіцієнт B/C. Під час фактичної експлуатації цього проекту припливна вода може містити значну кількість непокірної органічної речовини, яка важко піддається біологічному розкладу, із співвідношенням B/C приблизно 0,08, що відноситься до категорії важко{3}}-біологічного розкладання. Процес обробки для цього проекту повинен включати вдосконалені заходи окислення для збільшення співвідношення B/C і, таким чином, покращення здатності до біологічного розкладання. Це є ключовою проблемою очищення стічних вод для цього проекту.

(2) Стічні води містять високі рівні макромолекулярних органічних сполук, які важко видалити лише звичайним біологічним очищенням. Це ще одна ключова проблема в обробці стічних вод для цього проекту.

(3) Щоб зменшити експлуатаційні витрати та підвищити ефективність проекту, проект має мінімізувати кількість насосів, що використовуються для підйому стічних вод і мулу, і максимально використовувати силу самопливу. Це є ключовим напрямком для цього проекту та має велике значення для зниження експлуатаційних витрат.

2.3 Процес лікування

(1) Процес попередньої обробки. Стічні води в цьому проекті містять багато типів забруднюючих речовин, мають складний склад і демонструють значні коливання рН, що робить комплексне очищення складним і дорогим. Вирівнювальний бак був окремо встановлений у процесі попереднього очищення для гомогенізації та вирівнювання потоку, зменшуючи вплив коливань якості води на систему очищення стічних вод.

(2) Процес біологічного очищення. Процес має бути передовим, зрілим, ефективним, простим у управлінні, високоінтелектуальним, потребувати мінімального простору та мати низькі експлуатаційні витрати. Для цього проекту було обрано процес "AO". Цей процес широко використовується в Китаї, він включає передову та зрілу технологію, високу ефективність очищення, зручне виробництво, низьке утворення залишкового осаду та надійну якість стоків.

(3) Розширений процес лікування. Процес «Окислення за Фентоном + відстійник із похилою трубкою + BAC» був обраний як передовий процес очищення для цього проекту. У цьому процесі використовуються сильні окислювальні вільні радикали, що утворюються в результаті реакції Фентона, для окислення та розкладання залишкових стійких органічних сполук, перетворюючи їх на органічні сполуки, які можуть розкладатися природними мікроорганізмами. Одночасно він покращує видалення фосфору за допомогою хімічних заходів, служачи запобіжником для забезпечення повної відповідності фосфору. Згодом видалення органічних речовин завершується шляхом седиментації в похилому трубчастому відстійнику та адсорбції та біодеградації в резервуарі BAC, що відповідає стандартам скидання.

(4) Процес обробки мулу. Резервуар для згущення осаду має потужну ємність для зберігання, низьке енергоспоживання, низькі експлуатаційні витрати та просту експлуатацію. Гвинтовий прес має низькі витрати на обладнання та технічне обслуговування, займає мінімальний простір, споживає менше хімікатів, виробляє низький рівень шуму та досягає сухості осаду від 20% до 25%, демонструючи хорошу продуктивність зневоднення.

2.4 Схема процесу

Станція очищення стічних вод використовує процес «бак AO + вторинний відстійник + реакційний резервуар Фентона + похилий трубчастий відстійник + BAC + дезінфекційний резервуар», як показано вмалюнок 1.

2.5 Блоки та функції процесу

(1) Вирівнювальний бак. Зменшує вплив коливань органічного навантаження на наступні процеси очищення, запобігає швидким змінам швидкості потоку або якості води від впливу на наступні процеси очищення (біологічні чи хімічні), підтримує стабільне середовище для мікроорганізмів у процесах біологічного очищення та стабільну реакцію середовища в процесах хімічного очищення. Для підйому стічних вод в безкисневий резервуар встановлюються заглибні насоси.

(2) Танк AO. Ємність АО оснащена комбінованими насадками і заглибними мішалками. Комбінована упаковка забезпечує достатній життєвий простір для денітрифікуючих мікроорганізмів і аеробних мікроорганізмів, а занурювальні мішалки забезпечують рівномірний розподіл органічних речовин у воді. У безкисневому резервуарі видаляється більша частина аміачного азоту. В аеробному резервуарі більшість органічних речовин видаляється, аміачний азот перетворюється на нітратний азот, і створюється аеробне середовище для фосфор-акумулюючих організмів для поглинання фосфору. Збагачений фосфором-мул остаточно видаляється у вторинному відстійнику як мул.

(3) Вторинний відстійник. Вторинний відстійник обладнаний мостовим скребком і муловими насосами. Після осадження мул зскрібається в бункер для мулу скребком з пересувним мостом, а потім за допомогою мулових насосів перекачується в резервуар для мулу, що значно зменшує SS у стічних водах.

(4) Реакційний резервуар Фентона. При низькому рН H₂O₂ каталітично розкладається Fe²⁺ з утворенням ·OH, який може окислювати більшість органічних сполук у воді. Він також може повністю окислювати органічні сполуки, які важко обробити за допомогою біологічних або звичайних хімічних реакцій окислення. ·OH реагує з органічними речовинами у стічній воді, розкладаючи їх на CO₂ і воду, значно знижуючи концентрацію органічних сполук, які важко{4}}-обробити, у стічній воді та збільшуючи співвідношення B/C, тим самим покращуючи ефективність очищення наступного резервуару BAC.

(5) Відстійник із похилою трубкою. Ущільнення похилих трубок у відстійнику з похилими трубками збирає зважені тверді речовини та пластівці, що утворюються в реакційному резервуарі Фентона, на поверхні похилих трубок. Під дією сили тяжіння мул осідає на дно і за допомогою мулових насосів перекачується в резервуар для згущення мулу, зменшуючи СС у стічних водах.

(6) Проміжний резервуар. Забезпечує стабільну якість стічної води та швидкість потоку, гарантуючи рівномірну та стабільну фільтрацію в біологічному фільтрі з активованим вугіллям та покращуючи ефективність фільтрації бака BAC.

(7) Резервуар BAC і резервуар для зворотного промивання. Резервуар BAC містить фільтруюче середовище з активованим вугіллям, яке має сильну адсорбційну здатність, ефективно фільтруючи шкідливі речовини та мікроорганізми у воді та видаляючи зважені тверді речовини. Резервуар зворотної промивки оснащений насосами зворотної промивки для зворотної промивки фільтруючого середовища у фільтрі, запобігаючи засміченню.

(8) Дезінфекційний резервуар. Гіпохлорит натрію додається в резервуар, щоб знищити шкідливі бактерії у воді, зменшивши вміст шкідливих бактерій у стічній воді.

(9) Бак для мулу та шнековий прес. Шлам з резервуара AO, вторинного відстійника, відстійника з похилою трубою та резервуара BAC перекачується в резервуар для мулу муловими насосами. Після згущення шлам закачується в шнековий прес шламовими насосами (при зневодненні додається катіонний ПАМ). Завдяки резервуару для згущення осаду та шнековому пресу вологість осаду значно знижується, що полегшує утилізацію.

2.6 Характеристики комбінованого процесу

(1) Резервуар AO має високу ефективність видалення органічних речовин, аміачного азоту та інших забруднюючих речовин у стічних водах. У безкисневому резервуарі бактерії споживають органічні сполуки, що містять С, для доповнення своєї енергії та зменшення нітратного азоту, що повертається з аеробного резервуару, до N₂, завершуючи денітрифікацію, а також видаляючи частину БПК5. Реакції гідролізу також відбуваються в безкисневому резервуарі, збільшуючи співвідношення B/C стічної води та покращуючи її здатність до біологічного розкладання. В аеробному резервуарі більшість органічних речовин і фосфору видаляються, а аміачний азот перетворюється на нітратний азот.

(2) Реакційний резервуар Фентона використовує сильні окислювальні реагенти Фентона (Fe²⁺ і H₂O₂, змішані в певній пропорції) для отримання високоокислювальних ·ОН, що забезпечує хороший ефект окислювальної обробки. Продукти реакції CO₂ і вода не-токсичні та нешкідливі. Процес має хороші експлуатаційні характеристики, відносно низьку швидкість очищення та вартість при кімнатній температурі, високу ефективність окислення, низькі витрати на очищення та може значно зменшити труднощі очищення стічних вод.

(3) З точки зору підприємства, розміщення спочатку резервуара AO, а потім резервуара Fenton значно знижує експлуатаційні витрати порівняно з розташуванням спочатку резервуара Fenton, а потім резервуара AO. Якщо спочатку поставити реакційний резервуар Фентона, а потім резервуар АО, органічне навантаження на резервуар АО збільшиться, вимагаючи обробки високо-валентних органічних молекул, утворених у результаті окислення стійких органічних сполук у реакційному резервуарі Фентона. Це вимагатиме додавання великої кількості джерел вуглецю під час експлуатації, що значно збільшить витрати на придбання джерел вуглецю та експлуатаційні витрати. Розташування спочатку резервуара АО, а потім реакційного резервуару Фентона дозволяє проводити обробку органічних речовин, що розкладаються, у передній секції та стійких органічних речовин у задній секції, зменшуючи експлуатаційні витрати при значному зниженні концентрації органічних речовин у стічних водах.

(4) Враховуючи високий ХПК у стічній воді, BAC було обрано як передовий процес очищення для подальшого зменшення органічних речовин у стічних водах. Активоване вугілля має велику питому поверхню, що дозволяє органіці та мікроорганізмам прилипати до нього, подовжуючи час їхнього контакту та тим самим покращуючи ефективність мікробного розкладання. На додаток до активованого вугілля резервуар також оснащений системою аерації, яка не тільки збільшує швидкість руху органічних речовин у воді, забезпечує мікроорганізми киснем і покращує ефективність очищення, але також сприяє контакту між зваженими мікроорганізмами та органічними речовинами у воді, підвищуючи ефективність очищення зважених мікроорганізмів.

2.7 Одиниці процесу та параметри

Одиниці процесу та параметри для цього проекту показано вТаблиця 2.

3 Статус операції

Цей проект пройшов прийняття в червні 2022 року, при цьому всі показники забруднюючих речовин у стічних водах відповідають зазначеним стандартам скидів, наведеним уТаблиця 3.

4 Операційні витрати

Загальні експлуатаційні витрати для цього проекту показано вТаблиця 4.

5 Економічні, соціальні та екологічні вигоди

5.1 Економічні вигоди 

Реалізація цього проекту має значні економічні вигоди. По-перше, це зменшує витрати підприємства. Без цього проекту очищення циркуляційного зовнішнього дренажу з електростанції вимагало б аутсорсингу кваліфікованих організацій. Через високу концентрацію та великий об’єм циркулюючого зовнішнього дренажу вартість очищення та транспортування аутсорсингу є високою. Якщо не передати лікування кваліфікованим організаціям, це призведе до штрафів відповідних органів. Таким чином, реалізація цього проекту суттєво зменшує витрати підприємства на очищення стічних вод та потенційні штрафи. По-друге, це зменшує соціальні витрати. Якби циркулюючий зовнішній дренаж скидався неочищеним, забруднення води, що виникло, зменшило б врожайність сільського господарства та рибальства, вплинувши на розвиток навколишнього сільського господарства та рибальства. Таким чином, реалізація даного проекту значно зменшує соціальні витрати. По-третє, це опосередковано зменшує витрати мешканців на лікування. Без цього проекту навколишнє середовище підземних вод неминуче було б забруднене, що загрожувало б здоров’ю навколишніх мешканців і значно збільшило б їхні витрати на лікування. Тому реалізація цього проекту опосередковано зменшує витрати мешканців на лікування. Зрештою, це підвищує вартість землі. Реалізація цього проекту зменшує забруднення від циркуляційного зовнішнього дренажу електростанції, роблячи навколишні землі більш привабливими для інвестицій та будівництва заводів.

5.2 Соціальні виплати

Реалізація цього проекту має значні соціальні переваги. По-перше, він захищає навколишнє водне середовище. Прямий скид циркулюючого зовнішнього дренажу з високими концентраціями шкідливих речовин завдасть великої шкоди навколишньому водному середовищу та вплине на водну екосистему. По-друге, це захищає здоров’я мешканців поблизу та покращує якість їхнього життя. Висока концентрація органічної речовини в циркулюючому зовнішньому дренажі призведе до того, що річки стануть чорними та смердючими, якщо їх скинути. Крім того, це суттєво вплине на якість води, унеможливлюючи виживання водних тварин, таких як риба, призводячи до-неприємного запаху риби та впливаючи на середовище проживання та якість життя навколишніх мешканців. Тому реалізація цього проекту значною мірою захищає здоров’я мешканців прилеглих районів.

5.3 Екологічні переваги

Реалізація цього проекту значно зменшує забруднення навколишніх водойм оборотним зовнішнім дренажем електростанції та захищає середовище проживання прилеглих мешканців. Це зменшує річний CODcr приблизно на 385 тонн, BOD5 приблизно на 23 тонни, TN приблизно на 150 тонн, TP приблизно на 3 тонни та SS приблизно на 370 тонн.

6 Висновок

Цей приклад проекту демонструє, що комбінований процес AO + реакційний резервуар Fenton + BAC ефективно очищає забруднюючі речовини в циркуляційному зовнішньому дренажі електростанцій, досягаючи стабільної якості стоків, яка відповідає визначеним стандартам скидів. Зменшення CODcr досягає 85%, зменшення загального азоту досягає 87%, а загального зменшення фосфору досягає 90%. Незважаючи на те, що швидкість видалення БПК₅ та аміачного азоту невисока через низькі впливові концентрації, вони все одно відповідають стандартам. Це демонструє, що комбінований процес AO + реакційний резервуар Fenton + BAC досягає значного ефекту очищення та чудової якості стоків для циркуляційного зовнішнього дренажу електростанції. Цей комбінований процес може досягти високого рівня автоматизації, має низькі технічні вимоги та пропонує прості операції та керування. Він надає цінну довідкову інформацію для інших проектів, пов’язаних із циркуляційним зовнішнім дренажем електростанцій, одночасно забезпечуючи значні економічні, соціальні та екологічні переваги, що має велике значення для сталого розвитку та експлуатації електростанцій.