Použití kombinovaného procesu AO-Fenton-BAC při úpravě cirkulačního vnějšího odvodnění elektrárny Popis

Aplikace kombinovaného procesu AO + Fenton Reaction Tank + BAC k úpravě cirkulačního externího odvodnění v elektrárnách

Systém cirkulační vody je nezbytný chladicí systém potřebný pro provoz elektrárny. Jeho princip spočívá v přivádění studené vody do kondenzátoru pro nepřetržitou cirkulaci pro chlazení jednotek. Systém dosahuje rovnováhy nepřetržitým odkalováním a doplňováním novými zdroji vody. Část vody v cirkulačním vodním systému se ohřívá a generuje páru, která je vypouštěna do atmosféry vrchem, zatímco další část je vypouštěna do okolí jako cirkulační externí drenáž z elektrárny.

V současné době většina domácích elektráren používá proces „předúprava + ultrafiltrace + reverzní osmóza“ pro úpravu cirkulačního externího odvodnění. Proces ultrafiltrace a reverzní osmózy má však několik problémů: (1) Neadekvátní procesy předúpravy mají za následek špatné účinky předúpravy, což snižuje účinnost úpravy následných procesů. (2) Během provozu jsou membrány často a silně zanášeny znečišťujícími látkami, což vyžaduje, aby operátoři často prováděli chemické čištění membrán, zkracují životnost membrány, vyžadují častou výměnu membrány, což má za následek vysoké náklady na výměnu membrány. Inhibitory vodního kamene a inhibitory koroze se během provozu vysrážejí, ucpávají patronové filtry a membrány reverzní osmózy, což vede k častému chemickému čištění membrán a výměně filtrační patrony během provozu. Inhibitory vodního kamene a inhibitory koroze navíc snadno reagují s vysoce -mocnými ionty, což ovlivňuje tvorbu vloček, což má za následek špatnou koagulační účinnost. (3) Membránové systémy vyžadují vysoké stavební investice a vyžadují vysokou technickou odbornost od operátorů během provozu a údržby.

Komplexní čistírna odpadních vod v určité elektrárně přijala kombinovaný proces AO + Fentonova reakční nádrž + BAC pro čištění cirkulačního externího odvodnění. Tímto procesem je dosaženo nejen dobré kvality odpadních vod a jednoduchého ovládání, ale také výrazně snižuje provozní náklady zařízení a chrání okolní ekologické prostředí.
 

1 Analýza kvality odpadních vod

Cirkulační externí drenáž z elektrárny pochází převážně z vody používané pro chlazení jednotek prostřednictvím nepřetržité cirkulace v kondenzátoru. Tento typ odpadních vod se vyznačuje nízkou koncentrací organické hmoty a špatnou biologickou rozložitelností. Navíc, aby se zabránilo usazování vodního kamene v potrubí během recirkulace chladicí vody, elektrárna pravidelně přidává do cirkulační vody inhibitory vodního kamene a inhibitory koroze, což má za následek relativně vysoký celkový obsah dusíku v cirkulující chladicí vodě. Mezi další vlastnosti patří vysoká salinita, vysoké koncentrace vysoko-mocných iontů, jako je Fe3⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al3⁺, a relativně vysoká tvrdost.

Na základě těchto charakteristik odpadních vod byla v komplexní čistírně odpadních vod nejprve instalována AO nádrž k odstranění amoniakálního dusíku a celkového dusíku z odpadních vod. Následně byla po procesu biologického čištění instalována Fentonova reakční nádrž, která chemickou reakcí mezi peroxidem vodíku a síranem železnatým vygenerovala silné oxidanty, rozložila odolné organické sloučeniny na snadno odbouratelné a snížila chemickou spotřebu kyslíku a celkový fosfor. Nakonec byla k odstranění SS a amoniakálního dusíku použita sedimentační nádrž se skloněnou trubkou a nádrž BAC, čímž bylo dosaženo shody.

2 Přehled projektu

2.1 Průtok a kvalita vody

Průtok je 220 m³/h. Kvalita přitékající vody byla stanovena na základě údajů z monitorování a kvalita odpadních vod musí splňovat standardy vypouštění třídy A podle "Standardu vypouštění znečišťujících látek pro čistírnu komunálních odpadních vod" (GB18918-2002). Jak je uvedeno vTabulka 1, přitékající odpadní voda v tomto projektu se vyznačuje vysokou CHSKcr, celkovým dusíkem, celkovým fosforem a SS, s relativně nízkým obsahem amoniakálního dusíku a celkového fosforu.

 2.2 Klíčové výzvy projektu

Odpadní voda v tomto projektu cirkuluje externí kanalizací z elektrárny. Klíčovými výzvami při čištění jsou odolné znečišťující látky, jako je CHSKcr, celkový fosfor a celkový dusík ve výrobních odpadních vodách.

(1) Odpadní voda má nízký poměr B/C. Během skutečného provozu tohoto projektu může přítok obsahovat značné množství nepoddajných organických látek, které jsou obtížně biologicky rozložitelné, s poměrem B/C přibližně 0,08, což spadá do kategorie obtížně --biologicky rozložitelné. Proces úpravy pro tento projekt musí zahrnovat pokročilá oxidační opatření ke zvýšení poměru B/C a tím ke zlepšení biologické rozložitelnosti. To představuje klíčovou výzvu při čištění odpadních vod pro tento projekt.

(2) Odpadní voda obsahuje vysoké úrovně makromolekulárních organických sloučenin, které je obtížné odstranit pouze konvenčním biologickým čištěním. To je další klíčová výzva při čištění odpadních vod pro tento projekt.

(3) Pro snížení provozních nákladů a zlepšení efektivity projektu by návrh měl minimalizovat počet čerpadel používaných pro čerpání odpadních vod a kalů a maximálně využívat gravitační proudění. To představuje klíčové zaměření tohoto projektu a je velmi významné pro snížení provozních nákladů.

2.3 Proces ošetření

(1) Proces předúpravy. Odpadní voda v tomto projektu obsahuje mnoho typů znečišťujících látek, má složité složení a vykazuje výrazné kolísání pH, takže komplexní čištění je obtížné a nákladné. V procesu předčištění byla samostatně instalována vyrovnávací nádrž pro homogenizaci a vyrovnání průtoku, čímž se snížil dopad kolísání kvality vody na systém čištění odpadních vod.

(2) Proces biologického čištění. Proces musí být pokročilý, vyspělý, efektivní, snadno ovladatelný, vysoce inteligentní, vyžaduje minimální prostor a má nízké provozní náklady. Pro tento projekt byl vybrán proces "AO". Tento proces je široce používán v Číně a vyznačuje se pokročilou a vyspělou technologií, vysokou účinností čištění, pohodlnou výrobou, nízkou produkcí zbytkového kalu a spolehlivou kvalitou odpadních vod.

(3) Pokročilý proces léčby. Proces "Fenton oxidace + sedimentační nádrž se šikmou trubkou + BAC" byl vybrán jako pokročilý proces čištění pro tento projekt. Tento proces využívá silné oxidační volné radikály generované Fentonovou reakcí k oxidaci a rozkladu zbytkových odolných organických sloučenin a jejich přeměně na organické sloučeniny, které mohou být degradovány přírodními mikroorganismy. Současně zlepšuje odstraňování fosforu pomocí chemických opatření, která slouží jako záruka pro zajištění úplné shody s fosforem. Následně je odstranění organické hmoty dokončeno sedimentací v sedimentační nádrži se šikmou trubkou a adsorpcí a biodegradací v nádrži BAC, splňující vypouštěcí normy.

(4) Proces zpracování kalu. Nádrž na zahušťování kalu má vysokou skladovací kapacitu, nízkou spotřebu energie, nízké provozní náklady a jednoduchou obsluhu. Šnekový lis má nízké náklady na vybavení a údržbu, zabírá minimální prostor, spotřebuje méně chemikálií, produkuje nízkou hlučnost a dosahuje suchosti kalového koláče mezi 20 % a 25 %, což prokazuje dobrý odvodňovací výkon.

2.4 Diagram toku procesu

Čistírna odpadních vod používá proces „nádrž AO + sekundární sedimentační nádrž + reakční nádrž Fenton + sedimentační nádrž se šikmou trubkou + BAC + dezinfekční nádrž“, jak je znázorněno naObrázek 1.

2.5 Procesní jednotky a funkce

(1) Vyrovnávací nádrž. Snižuje dopad výkyvů organické zátěže na následné procesy čištění, zabraňuje tomu, aby rychlé změny průtoku nebo kvality vody ovlivňovaly navazující procesy čištění (biologické nebo chemické), a udržuje stabilní prostředí pro mikroorganismy v procesech biologického čištění a stabilní reakční prostředí v procesech chemického čištění. Pro čerpání odpadní vody do anoxické nádrže jsou v nádrži instalována ponorná čerpadla.

(2) Nádrž AO. Nádrž AO je vybavena kombinovaným balením a ponorným míchadlem. Kombinovaný obal poskytuje dostatečný životní prostor pro denitrifikační mikroorganismy a aerobní mikroorganismy, zatímco ponorná míchadla zajišťují rovnoměrnou distribuci organické hmoty ve vodě. V anoxické nádrži je odstraněna většina amoniakálního dusíku. V aerobní nádrži je odstraněna většina organické hmoty, čpavkový dusík je přeměněn na dusičnanový dusík a je vytvořeno aerobní prostředí pro organismy akumulující fosfor-, aby mohly fosfor absorbovat. Kal bohatý na fosfor- je nakonec odstraněn v sekundární sedimentační nádrži jako kal.

(3) Sekundární sedimentační nádrž. Sekundární sedimentační nádrž je vybavena pojízdným mostovým škrabákem a kalovými čerpadly. Po sedimentaci je kal seškrabován do kalové násypky pojízdným můstkovým škrabákem a následně přečerpáván kalovými čerpadly do kalové nádrže, čímž se výrazně snižuje SS v odpadních vodách.

(4) Fentonova reakční nádrž. Při nízkém pH se H202 katalyticky rozkládá Fe2⁺ za vzniku ·OH, který může oxidovat většinu organických sloučenin ve vodě. Dokáže také zcela oxidovat organické sloučeniny, které se obtížně ošetřují biologickými nebo konvenčními chemickými oxidačními reakcemi. ·OH reaguje s organickými látkami v odpadní vodě, rozkládá je na CO₂ a vodu, čímž výrazně snižuje koncentraci obtížně --upravitelných organických sloučenin v odpadní vodě a zvyšuje poměr B/C, čímž zlepšuje účinnost čištění následné nádrže BAC.

(5) Sedimentační nádrž se šikmou trubkou. Náplň šikmých trubek v sedimentační nádrži se šikmými trubkami agreguje suspendované pevné látky a vločky vytvořené ve Fentonově reakční nádrži na povrchu šikmých trubek. Prostřednictvím gravitace se kal usazuje na dně a kalovými čerpadly je čerpán do zahušťovací nádrže kalu, čímž se snižuje SS v odpadních vodách.

(6) Mezinádrž. Zajišťuje stabilní kvalitu odpadní vody a průtok, zaručuje rovnoměrnou a stabilní filtraci v biologickém filtru s aktivním uhlím a zlepšuje účinnost filtrace nádrže BAC.

(7) Nádrž BAC a nádrž zpětného proplachu. Nádrž BAC obsahuje filtrační médium s aktivním uhlím, které má silnou adsorpční kapacitu, účinně filtruje škodlivé látky a mikroorganismy ve vodě a odstraňuje nerozpuštěné pevné látky. Nádrž pro zpětný proplach je vybavena čerpadly zpětného proplachu pro zpětné proplachování filtračního média ve filtru, čímž se zabrání ucpání.

(8) Dezinfekční nádrž. Do nádrže se přidává chlornan sodný, který zabíjí škodlivé bakterie ve vodě a snižuje obsah škodlivých bakterií v odpadní vodě.

(9) Kalová nádrž a šroubový lis. Kal z AO nádrže, sekundární dosazovací nádrže, šikmé trubkové sedimentační nádrže a BAC nádrže je čerpán do kalové nádrže kalovými čerpadly. Po zahuštění je kal čerpán do šnekového lisu kalovými čerpadly (s kationtovým PAM přidávaným při odvodňování). Prostřednictvím nádrže na zahušťování kalu a šnekového lisu je obsah vlhkosti kalu výrazně snížen, což usnadňuje likvidaci.

2.6 Charakteristika kombinovaného procesu

(1) Nádrž AO má vysokou účinnost odstraňování organických látek, amoniakálního dusíku a dalších znečišťujících látek v odpadní vodě. V anoxické nádrži bakterie spotřebovávají organické sloučeniny obsahující C, aby doplnily svou energii a snížily dusičnanový dusík vracený z aerobní nádrže na N2, čímž dokončí denitrifikaci a zároveň odstraní část BSK₅. V anoxické nádrži také probíhají hydrolytické reakce, které zvyšují poměr B/C odpadní vody a zlepšují její biologickou rozložitelnost. V aerobní nádrži se odstraní většina organické hmoty a fosforu a amoniakální dusík se přemění na dusičnanový dusík.

(2) Fentonova reakční nádoba používá silná oxidační Fentonova činidla (Fe²⁺ a H2O₂ smíchané v určitém poměru) k výrobě vysoce oxidačních ·OH, což poskytuje dobré účinky oxidačního ošetření. Reakční produkty CO₂ a voda jsou ne-toxické a neškodné. Proces má dobré provozní vlastnosti, relativně nízkou rychlost čištění a náklady při pokojové teplotě, vysokou účinnost oxidace, nízké náklady na čištění a může významně snížit obtížnost čištění odpadních vod.

(3) Z podnikového hlediska uspořádání nejprve AO nádrže a poté Fentonovy reakční nádrže výrazně snižuje provozní náklady ve srovnání s uspořádáním nejprve Fentonovy reakční nádrže a poté AO nádrže. Pokud by byla nejprve umístěna Fentonova reakční nádrž a poté AO nádrž, organické zatížení AO nádrže by se zvýšilo, což by vyžadovalo zpracování vysoce -valentních organických molekul vytvořených oxidací odolných organických sloučenin ve Fentonově reakční nádrži. To by vyžadovalo přidávání velkého množství zdrojů uhlíku během provozu, což by výrazně zvýšilo náklady na pořízení zdroje uhlíku a provozní náklady. Uspořádání nejprve AO nádrže a poté Fentonovy reakční nádrže umožňuje zpracování rozložitelné organické hmoty v přední části a nepoddajné organické hmoty v zadní části, čímž se snižují provozní náklady a zároveň se výrazně snižuje koncentrace organických látek v odpadní vodě.

(4) Vzhledem k vysoké CHSK v přítoku byl BAC vybrán jako pokročilý proces čištění k dalšímu snížení organické hmoty v odpadní vodě. Aktivní uhlí má velký specifický povrch, což umožňuje organické hmotě a mikroorganismům přilnout k němu, prodloužit dobu jejich kontaktu a tím zlepšit účinnost mikrobiálního rozkladu. Kromě aktivního uhlí je nádrž vybavena také provzdušňovacím systémem, který nejen zvyšuje rychlost pohybu organické hmoty ve vodě, dodává kyslík mikroorganismům a zlepšuje účinnost čištění, ale také podporuje kontakt mezi suspendovanými mikroorganismy a organickými látkami v přítoku, čímž zvyšuje účinnost čištění suspendovaných mikroorganismů.

2.7 Procesní jednotky a parametry

Procesní jednotky a parametry pro tento projekt jsou uvedeny vTabulka 2.

3 Provozní stav

Tento projekt prošel schválením v červnu 2022, přičemž všechny ukazatele znečišťujících látek v odpadních vodách splňují stanovené normy pro vypouštění uvedené vTabulka 3.

4 Provozní náklady

Celkové provozní náklady tohoto projektu jsou uvedeny vTabulka 4.

5 Ekonomické, sociální a environmentální přínosy

5.1 Ekonomické přínosy 

Realizace tohoto projektu má značné ekonomické přínosy. Za prvé, snižuje náklady podniku. Bez tohoto projektu by úprava cirkulačního externího odvodnění z elektrárny vyžadovala outsourcing kvalifikovaným subjektům. Vzhledem k vysoké koncentraci a velkému objemu cirkulující externí drenáže jsou náklady na outsourcing a dopravu vysoké. Neposkytnutí externího ošetření kvalifikovaným subjektům by mělo za následek pokuty od příslušných úřadů. Realizace tohoto projektu proto výrazně snižuje náklady podniku na čištění odpadních vod a případné pokuty. Za druhé, snižuje sociální náklady. Pokud by cirkulující vnější kanalizace byla vypouštěna bez úpravy, výsledné znečištění vody by snížilo zemědělské a rybářské výnosy, což by ovlivnilo rozvoj okolního zemědělství a rybolovu. Realizace tohoto projektu tak výrazně snižuje sociální náklady. Zatřetí, nepřímo snižuje zdravotní výdaje obyvatel. Bez tohoto projektu by nevyhnutelně došlo ke znečištění prostředí podzemních vod, ohrožení zdraví okolních obyvatel a výraznému zvýšení jejich léčebných nákladů. Realizace tohoto projektu proto obyvatelům nepřímo snižuje léčebné náklady. V neposlední řadě zvyšuje hodnotu pozemku. Realizace tohoto projektu snižuje znečištění z cirkulačního vnějšího odvodnění elektrárny a činí okolní pozemky atraktivnější pro investice a výstavbu továren.

5.2 Sociální dávky

Realizace tohoto projektu má významný společenský přínos. Za prvé, chrání okolní vodní prostředí. Přímé vypouštění cirkulační vnější drenáže s vysokými koncentracemi škodlivých látek by způsobilo velké poškození okolního vodního prostředí a ovlivnilo vodní ekosystém. Za druhé, chrání zdraví blízkých obyvatel a zvyšuje kvalitu jejich života. Vysoká koncentrace organické hmoty v cirkulující externí drenáži by způsobila, že by řeky v případě vypouštění zčernaly a zapáchaly. Kromě toho by to výrazně ovlivnilo kvalitu vody, znemožnilo by přežití vodním živočichům, jako jsou ryby, což by vedlo k páchnoucím-rybám a ovlivnilo by to životní prostředí a kvalitu života okolních obyvatel. Realizace tohoto projektu proto velmi chrání zdraví blízkých obyvatel.

5.3 Přínosy pro životní prostředí

Realizace tohoto projektu výrazně snižuje znečištění okolních vodních ploch z cirkulačního vnějšího odvodnění elektrárny a chrání životní prostředí okolních obyvatel. Snižuje roční CHSKcr přibližně o 385 tun, BSK₅ přibližně o 23 tun, TN přibližně o 150 tun, TP přibližně o 3 tuny a SS přibližně o 370 tun.

6 Závěr

Tento případ projektu demonstruje, že kombinovaný proces AO + Fentonova reakční nádrž + BAC účinně zpracovává znečišťující látky v cirkulujícím externím odvodnění z elektráren, čímž dosahuje stabilní kvality odpadních vod, která splňuje stanovené normy pro vypouštění. Snížení CHSKcr dosahuje 85 %, celkové snížení dusíku 87 % a snížení celkového fosforu 90 %. Přestože rychlosti odstraňování BSK5 a amoniakálního dusíku nejsou vysoké kvůli jejich nízkým koncentracím v přítoku, stále konzistentně splňují normy. To dokazuje, že kombinovaný proces AO + Fentonova reakční nádrž + BAC dosahuje významných čistících efektů a vynikající kvality odpadních vod pro cirkulační externí drenáž elektrárny. Tento kombinovaný proces může dosáhnout vysokého stupně automatizace, má nízké technické požadavky a nabízí jednoduchou obsluhu a správu. Poskytuje cennou referenci pro další projekty zabývající se cirkulačním externím odvodněním z elektráren a zároveň přináší významné ekonomické, sociální a ekologické přínosy, které mají velký význam pro udržitelný rozvoj a provoz elektráren.