Primjena kombiniranog procesa AO-Fenton-BAC u tretmanu eksterne cirkulacijske elektrane Opis

Primjena kombiniranog procesa AO + Fenton Reaction Tank + BAC za tretiranje cirkulirajuće vanjske drenaže u elektranama

Sistem cirkulacije vode je bitan rashladni sistem potreban za rad elektrane. Njegov princip uključuje uvođenje hladne vode u kondenzator za kontinuiranu cirkulaciju radi hlađenja jedinica. Sistem postiže ravnotežu kroz kontinuirano izduvavanje i dopunjavanje novim izvorima vode. Dio vode u sistemu cirkulacije vode se zagrijava i stvara paru koja se preko vrha ispušta u atmosferu, dok se drugi dio ispušta u okoliš kao cirkulirajuća vanjska drenaža iz elektrane.

Trenutno većina domaćih elektrana koristi proces "predtretman + ultrafiltracija + reverzna osmoza" za obradu cirkulirajuće vanjske drenaže. Međutim, proces ultrafiltracije i reverzne osmoze ima nekoliko problema: (1) Neadekvatni procesi predtretmana rezultiraju lošim efektima predtretmana, što smanjuje efikasnost tretmana narednih procesa. (2) Tokom rada, membrane su često i ozbiljno začepljene zagađivačima, što zahtijeva od operatera da obavljaju često hemijsko čišćenje membrane, skraćujući vijek trajanja membrane, što zahtijeva čestu zamjenu membrane i rezultira visokim troškovima zamjene membrane. Inhibitori kamenca i inhibitori korozije se talože tokom rada, začepljuju filtere uloška i membrane reverzne osmoze, što dovodi do čestog hemijskog čišćenja membrane i zamene uloška filtera tokom rada. Dodatno, inhibitori kamenca i inhibitori korozije lako reaguju sa visoko{8}}valentnim jonima, utičući na formiranje floka, što rezultira lošom efikasnošću koagulacije. (3) Membranski sistemi zahtijevaju velika ulaganja u izgradnju i zahtijevaju visoku tehničku stručnost od operatera tokom rada i održavanja.

Sveobuhvatno postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda u određenoj elektrani usvojilo je kombinovani proces AO + Fenton reakcijski rezervoar + BAC za tretman cirkulirajuće vanjske drenaže. Ovaj proces ne samo da postiže dobar kvalitet otpadnih voda i jednostavan rad, već i značajno smanjuje operativne troškove postrojenja i štiti okolno ekološko okruženje.
 

1 Analiza kvaliteta otpadnih voda

Cirkulirajuća vanjska drenaža iz elektrane uglavnom dolazi od vode koja se koristi za rashladne jedinice kroz kontinuiranu cirkulaciju u kondenzatoru. Ovu vrstu otpadnih voda karakterizira niska koncentracija organske tvari i loša biorazgradivost. Dodatno, kako bi se spriječilo stvaranje kamenca u cjevovodu tokom recirkulacije rashladne vode, elektrana redovno dodaje inhibitore kamenca i inhibitore korozije u cirkulacijsku vodu, što rezultira relativno visokim ukupnim sadržajem dušika u cirkulirajućoj vodi za hlađenje. Ostale karakteristike uključuju visok salinitet, visoke koncentracije visoko-valentnih jona kao što su Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺ i relativno visoku tvrdoću.

Na osnovu ovih karakteristika otpadnih voda, sveobuhvatno postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda prvo je instaliralo AO rezervoar za uklanjanje amonijačnog azota i ukupnog azota iz otpadnih voda. Nakon toga, Fenton reakcioni rezervoar je instaliran nakon procesa biološke obrade kako bi se stvorili jaki oksidanti kroz hemijsku reakciju između vodikovog peroksida i željeznog sulfata, razgrađujući neposlušne organske spojeve u lako razgradive i smanjujući kemijsku potražnju za kisikom i ukupnim fosforom. Konačno, za uklanjanje SS i amonijačnog azota korišćeni su taložnik sa kosom cevi i BAC rezervoar, čime je postignuta usklađenost.

2 Pregled projekta

2.1 Brzina protoka i kvaliteta vode

Protok je 220 m³/h. Kvalitet ulazne vode je određen na osnovu podataka monitoringa, a kvalitet otpadnih voda mora biti u skladu sa standardima za ispuštanje klase A „Standarda za ispuštanje zagađujućih materija za komunalno postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda“ (GB18918-2002). Kao što je prikazano uTabela 1, ulazne otpadne vode u ovom projektu karakteriziraju visoki CODcr, ukupni dušik, ukupni fosfor i SS, uz relativno malo amonijačnog dušika i ukupnog fosfora.

 2.2 Ključni izazovi projekta

Otpadne vode u ovom projektu su cirkulirajuća vanjska odvodnja iz elektrane. Ključni izazovi u tretmanu su neposlušni zagađivači kao što su CODcr, ukupni fosfor i ukupni dušik u proizvodnim otpadnim vodama.

(1) Otpadne vode imaju nizak B/C odnos. Tokom stvarnog rada ovog projekta, influent može sadržavati značajnu količinu neposlušne organske tvari koju je teško biorazgraditi, sa B/C omjerom od približno 0,08, što spada u kategoriju teško{3}}za-biorazgradnju. Proces tretmana za ovaj projekat treba da uključi napredne mere oksidacije kako bi se povećao odnos B/C i time poboljšala biorazgradivost. Ovo predstavlja ključni izazov u tretmanu otpadnih voda za ovaj projekat.

(2) Otpadne vode sadrže visoke razine makromolekularnih organskih spojeva, koje je teško ukloniti samo konvencionalnim biološkim tretmanom. Ovo je još jedan ključni izazov u tretmanu otpadnih voda za ovaj projekat.

(3) Da bi se smanjili operativni troškovi i poboljšala efikasnost projekta, dizajn treba da minimizira broj pumpi koje se koriste za dizanje otpadnih voda i mulja i maksimalno iskoristi gravitacijski tok. Ovo predstavlja ključni fokus ovog projekta i veoma je značajno za smanjenje operativnih troškova.

2.3 Proces tretmana

(1) Proces prethodnog tretmana. Otpadne vode u ovom projektu sadrže mnoge vrste zagađivača, složenog su sastava i pokazuju značajne pH varijacije, što sveobuhvatno prečišćavanje čini teškim i skupim. Rezervoar za izjednačavanje je odvojeno ugrađen u procesu predtretmana kako bi se homogenizovao i izjednačio protok, smanjujući uticaj fluktuacija kvaliteta vode na sistem za prečišćavanje otpadnih voda.

(2) Proces biološkog tretmana. Proces treba da bude napredan, zreo, efikasan, lak za rukovanje, visoko inteligentan, da zahteva minimalan prostor i da ima niske operativne troškove. Za ovaj projekat odabran je "AO" proces. Ovaj proces se široko koristi u Kini, sa naprednom i zrelom tehnologijom, visokom efikasnošću prečišćavanja, praktičnom proizvodnjom, niskom proizvodnjom zaostalog mulja i pouzdanim kvalitetom otpadnih voda.

(3) Napredni proces liječenja. Proces "Fenton oksidacija + taložnik sa kosim cijevima + BAC" je odabran kao napredni proces obrade za ovaj projekat. Ovaj proces koristi jake oksidirajuće slobodne radikale nastale Fentonovom reakcijom za oksidaciju i razlaganje zaostalih nepokornih organskih spojeva, pretvarajući ih u organska jedinjenja koja se mogu razgraditi prirodnim mikroorganizmima. Istovremeno, poboljšava uklanjanje fosfora hemijskim mjerama, služeći kao zaštita za osiguravanje potpune usklađenosti s fosforom. Nakon toga, uklanjanje organske materije se završava sedimentacijom u taložnici sa kosim cijevima i adsorpcijom i biorazgradnjom u BAC spremniku, ispunjavajući standarde za ispuštanje.

(4) Proces obrade mulja. Spremnik za zgušnjavanje mulja ima snažan kapacitet skladištenja, nisku potrošnju energije, niske operativne troškove i jednostavan rad. Vijčana presa ima niske troškove opreme i održavanja, zauzima minimalan prostor, troši manje hemikalija, proizvodi nisku buku i postiže suvoću muljnog kolača između 20% i 25%, pokazujući dobre performanse odvodnje.

2.4 Dijagram toka procesa

Postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda usvaja proces "AO rezervoar + sekundarni taložnik + Fenton reakcioni rezervoar + taložnik sa kosom cevi + BAC + rezervoar za dezinfekciju", kao što je prikazano uSlika 1.

2.5 Procesne jedinice i funkcije

(1) Rezervoar za izjednačavanje. Smanjuje uticaj fluktuacija organskog opterećenja na naknadne procese tretmana, sprečava brze promene u brzini protoka ili kvalitetu vode da utiču na nizvodne procese tretmana (biološke ili hemijske) i održava stabilno okruženje za mikroorganizme u procesima biološke obrade i stabilno reakciono okruženje u procesima hemijskog tretmana. Potopne pumpe su ugrađene u rezervoar za podizanje otpadnih voda u anoksični rezervoar.

(2) AO rezervoar. AO rezervoar je opremljen kombinovanim pakovanjem i potapajućim mešalicama. Kombinovano pakovanje pruža dovoljno životnog prostora za denitrifikacione mikroorganizme i aerobne mikroorganizme, dok potapajuće mešalice obezbeđuju ravnomernu distribuciju organske materije u vodi. U anoksičnom rezervoaru uklanja se većina amonijačnog azota. U aerobnom rezervoaru se uklanja većina organske materije, amonijačni azot se pretvara u nitratni azot, a stvara se aerobno okruženje da organizmi koji akumuliraju fosfor{5}}usvoje fosfor. Mulj bogat-fosforom se na kraju uklanja u sekundarnom taložnom rezervoaru kao mulj.

(3) Sekundarni taložnik. Sekundarni taložnik je opremljen pokretnim mostom i pumpama za mulj. Nakon sedimentacije, mulj se struga u rezervoar za mulj pomoću pokretnog mosta, a zatim se pumpama za mulj pumpa u rezervoar za mulj, značajno smanjujući SS u otpadnoj vodi.

(4) Fenton reakcioni rezervoar. Pri niskom pH, H₂O₂ se katalitički razgrađuje od Fe²⁺ da bi se proizveo ·OH, koji može oksidirati većinu organskih jedinjenja u vodi. Također može u potpunosti oksidirati organske spojeve koje je teško tretirati biološkim ili konvencionalnim kemijskim reakcijama oksidacije. ·OH reaguje sa organskim supstancama u otpadnoj vodi, razlažući ih na CO₂ i vodu, značajno smanjujući koncentraciju teških--organskih jedinjenja u otpadnoj vodi i povećavajući B/C odnos, čime se poboljšava efikasnost tretmana naknadnog BAC rezervoara.

(5) Taložnik sa kosom cijevi. Pakovanje kosih cijevi u taložnici sa kosim cijevima agregira suspendirane čvrste tvari i flokule nastale u Fenton reakcijskom spremniku na površini nagnutih cijevi. Uz pomoć gravitacije, mulj se taloži na dnu i pumpama se pumpa u rezervoar za zgušnjavanje mulja, smanjujući SS u otpadnoj vodi.

(6) Srednji rezervoar. Osigurava stabilan kvalitet otpadne vode i brzinu protoka, jamčeći ujednačenu i stabilnu filtraciju u filteru biološkog aktivnog ugljena i poboljšavajući efikasnost filtracije BAC spremnika.

(7) BAC rezervoar i rezervoar za povratno ispiranje. BAC rezervoar sadrži medij za filtriranje s aktivnim ugljem, koji ima snažan kapacitet adsorpcije, efikasno filtrira štetne tvari i mikroorganizme u vodi i uklanja suspendirane krute tvari. Rezervoar za povratno ispiranje je opremljen pumpama za povratno ispiranje za povratno ispiranje filterskog medija u filteru, sprečavajući začepljenje.

(8) Rezervoar za dezinfekciju. Natrijum hipohlorit se dodaje u rezervoar da ubije štetne bakterije u vodi, smanjujući sadržaj štetnih bakterija u otpadnoj vodi.

(9) Rezervoar za mulj i vijčana presa. Mulj iz AO rezervoara, sekundarnog taložnika, kosih cevnih taložnika i BAC rezervoara pumpa se u rezervoar za mulj pomoću muljnih pumpi. Nakon zgušnjavanja, mulj se pumpama za mulj pumpa u vijčanu presu (sa kationskim PAM-om koji se dodaje tokom odvodnjavanja). Kroz rezervoar za zgušnjavanje mulja i vijčanu presu, sadržaj vlage u mulju se značajno smanjuje, što olakšava odlaganje.

2.6 Karakteristike kombinovanog procesa

(1) AO rezervoar ima visoku efikasnost uklanjanja organskih materija, amonijačnog azota i drugih zagađivača u otpadnoj vodi. U anoksičnom rezervoaru, bakterije konzumiraju organska jedinjenja koja sadrže C kako bi dopunili svoju energiju i smanjili nitratni azot koji se vraća iz aerobnog rezervoara u N₂, dovršavajući denitrifikaciju, a istovremeno uklanjajući deo BPK₅. Reakcije hidrolize se takođe dešavaju u anoksičnom rezervoaru, povećavajući B/C odnos otpadne vode i poboljšavajući njenu biorazgradljivost. U aerobnom rezervoaru se uklanja većina organske tvari i fosfora, a amonijačni dušik se pretvara u nitratni dušik.

(2) Fentonov reakcioni rezervoar koristi jake oksidirajuće Fenton reagense (Fe²⁺ i H₂O₂ pomiješane u određenom omjeru) za proizvodnju visoko oksidirajućih ·OH, što pruža dobre efekte oksidacijskog tretmana. Proizvodi reakcije CO₂ i voda su ne-toksični i bezopasni. Proces ima dobre operativne karakteristike, relativno nisku brzinu i cijenu tretmana na sobnoj temperaturi, visoku efikasnost oksidacije, niske troškove tretmana i može značajno smanjiti poteškoće u tretmanu otpadnih voda.

(3) Iz perspektive preduzeća, uređenje prvo AO rezervoara, a zatim Fenton reakcionog rezervoara značajno smanjuje operativne troškove u poređenju sa uređenjem prvo Fenton reakcionog rezervoara, a zatim i AO rezervoara. Ako se prvo postavi Fenton reakcioni rezervoar, a zatim AO rezervoar, organsko opterećenje AO rezervoara bi se povećalo, što bi zahtevalo od njega da tretira visoko-valentne organske molekule nastale oksidacijom neposlušnih organskih jedinjenja u Fentonovom reakcionom rezervoaru. Ovo bi zahtijevalo dodavanje velikih količina izvora ugljika tokom rada, što bi značajno povećalo troškove nabavke izvora ugljika i operativne troškove. Uređenje AO rezervoara, a zatim Fenton reakcionog rezervoara omogućava tretman razgradivih organskih materija u prednjem delu i nepokornih organskih materija u zadnjem delu, smanjujući operativne troškove uz značajno smanjenje koncentracije organske materije u otpadnoj vodi.

(4) S obzirom na visok COD u dotoku, BAC je odabran kao napredni proces tretmana za dalje smanjenje organske materije u otpadnoj vodi. Aktivni ugljen ima veliku specifičnu površinu, omogućavajući organskoj materiji i mikroorganizmima da se prianjaju na njega, produžavajući njihovo vrijeme kontakta i na taj način poboljšavajući efikasnost mikrobne razgradnje. Pored aktivnog uglja, rezervoar je opremljen i sistemom za aeraciju, koji ne samo da povećava brzinu kretanja organske materije u vodi, obezbeđuje kiseonik za mikroorganizme i poboljšava efikasnost prečišćavanja, već takođe promoviše kontakt između suspendovanih mikroorganizama i organskih supstanci u influentu, poboljšavajući efikasnost tretmana suspendovanih mikroorganizama.

2.7 Procesne jedinice i parametri

Prikazane su procesne jedinice i parametri za ovaj projekatTabela 2.

3 Status operacije

Ovaj projekat je prošao prihvatanje u junu 2022. godine, a svi indikatori zagađivača u efluentu zadovoljavaju specificirane standarde ispuštanja, prikazane uTabela 3.

4 Operativni troškovi

Ukupni operativni troškovi za ovaj projekat su prikazani uTabela 4.

5 Ekonomske, socijalne i ekološke koristi

5.1 Ekonomske koristi 

Realizacija ovog projekta ima značajne ekonomske koristi. Prvo, smanjuje troškove preduzeća. Bez ovog projekta, tretman optočne vanjske drenaže iz elektrane bi zahtijevao eksternalizaciju kvalifikovanih subjekata. Zbog visoke koncentracije i velikog volumena cirkulirajuće vanjske drenaže, troškovi obrade i transporta su visoki. Propust da se tretman eksternalizira kvalifikovanim subjektima bi rezultirao novčanim kaznama od strane nadležnih organa. Stoga, implementacija ovog projekta značajno smanjuje troškove tretmana otpadnih voda preduzeća i potencijalne kazne. Drugo, smanjuje socijalne troškove. Ako se cirkulirajuća vanjska drenaža ispušta nepročišćena, rezultirajuće zagađenje vode bi umanjilo prinose u poljoprivredi i ribarstvu, što bi uticalo na razvoj okolne poljoprivrede i ribarstva. Time se realizacijom ovog projekta značajno smanjuju društveni troškovi. Treće, to indirektno smanjuje medicinske troškove štićenika. Bez ovog projekta, životna sredina podzemnih voda bi neminovno bila zagađena, ugrožavajući zdravlje okolnih stanovnika i značajno povećavajući njihove medicinske troškove. Stoga se realizacijom ovog projekta indirektno smanjuju zdravstveni troškovi štićenika. Konačno, povećava vrijednost zemljišta. Realizacijom ovog projekta smanjuje se zagađenje iz cirkulirajuće vanjske drenaže elektrane, čineći okolno zemljište atraktivnijim za ulaganja i izgradnju tvornica.

5.2 Socijalna davanja

Realizacija ovog projekta ima značajne društvene koristi. Prvo, štiti okolno vodeno okruženje. Direktno ispuštanje cirkulirajuće vanjske drenaže s visokim koncentracijama štetnih tvari nanijelo bi veliku štetu okolnom vodenom okolišu i utjecalo na vodeni ekosistem. Drugo, štiti zdravlje obližnjih stanovnika i poboljšava njihov kvalitet života. Visoka koncentracija organske tvari u cirkulirajućoj vanjskoj drenaži dovela bi do toga da rijeke postanu crne i smrdljive ako se ispuste. Osim toga, to bi značajno uticalo na kvalitet vode, onemogućavajući opstanak vodenih životinja kao što su ribe, što bi dovelo do neugodnog-smrada ribe i utjecalo na životnu sredinu i kvalitet života okolnih stanovnika. Stoga se realizacijom ovog projekta u velikoj mjeri štiti zdravlje okolnih stanovnika.

5.3 Prednosti za životnu sredinu

Realizacijom ovog projekta značajno se smanjuje zagađenje okolnih vodnih tijela iz cirkulirajuće vanjske drenaže elektrane i štiti životna sredina obližnjih stanovnika. Smanjuje godišnji CODcr za približno 385 tona, BPK₅ za približno 23 tone, TN za približno 150 tona, TP za približno 3 tone i SS za približno 370 tona.

6 Zaključak

Ovaj projektni slučaj pokazuje da kombinovani proces AO + Fenton reakcijski rezervoar + BAC efikasno tretira zagađivače u cirkulirajućoj vanjskoj drenaži iz elektrana, postižući stabilan kvalitet efluenta koji zadovoljava specificirane standarde ispuštanja. Smanjenje CODcr dostiže 85%, smanjenje ukupnog azota dostiže 87%, a smanjenje ukupnog fosfora dostiže 90%. Iako stope uklanjanja BPK₅ i amonijačnog dušika nisu visoke zbog njihovih niskih koncentracija, oni i dalje dosljedno ispunjavaju standarde. Ovo pokazuje da kombinovani proces AO + Fenton reakcijski rezervoar + BAC postiže značajne efekte tretmana i odličan kvalitet efluenta za eksternu cirkulaciju elektrane. Ovaj kombinovani proces može postići visok stepen automatizacije, ima niske tehničke zahteve i nudi jednostavan rad i upravljanje. Pruža vrijednu referencu za druge projekte koji tretiraju cirkulirajuću vanjsku drenažu iz elektrana, dok isporučuju značajne ekonomske, društvene i ekološke koristi, što ima veliki značaj za održivi razvoj i rad elektrana.